1035
1. ECM 原理
ECM 是指驻极体电容式麦克风，与 MEMS 硅麦不同，其内部结构如图 1 所示。MIC 内部有一个充有一定电荷的膜片电容，电容其中一个极板与 FET 连接，由于 FET 的基极输入阻抗很高，可以认为电容的电荷不会消失。膜片随着外部声压振动，使得电容两个极板之间距离发生变化，从而导致电容发生变化，从电容公式可以知道，电荷一定的情况下，当电容值发生改变时，电压也会发生变化，即 FET 的 GS 电压改变导致 DS 电流发生变化，电流的变化导致外部偏置电阻上的电压发生变化，从而使得 MIC 输出端 DS 电压发生变化，其电压变化量和偏置电阻的电压变化量相等。
图 1
上述的工作原理其实就是三极管（或 MOSFET）的放大用法，在实际工作中，我们使用三极管（或 MOSFET）多数是开关作用居多，我在之前的一篇文章《三极管放大区静态工作点设置》，就简单讲述过三极管放大区的静态工作点设置方法，其本质与 MIC 内部 FET 的工作原理相同，使 FET 工作于饱和区（对应三极管的线性放大区）。
2. ECM 参数规格
根据上述参考文章的讲解，要想 MIC 输出电压的动态范围最大，需要合适的偏置电阻将正极+输出电压设置在 Vs 的一半。根据 MIC 规格书中的电气参数可知（图 2），静态电流为 500uA，因此 RL=（Vs-V+）/Idss=（2-1）V/500uA=2K，实际选择了 2.2K，相差不大。这也是多数 MIC 推荐的工作条件：2V 偏置电压、2.2K 偏置电阻。在此条件下，可以计算得出 MIC 两端的静态电压 Vbias=2-2.2K*500uA=0.9V。
图 2
设定好偏置电阻后，我们需要确定 MIC 输出的交流电压，因为真正有用的声音信息包含在交流电压信号中。根据模电 MOSFET 交流等效模型可得，MIC 的交流等效电路如图 3 所示。由于 FET 的 rgs 很大，所以膜片电容上的电荷基本不会放电消失；由于 rd 相对 RL 很大，并联之后可以忽略 rd，因此 MIC 的交流输出电压 V=gmVgs*RL，由此可知，要想获得较大的有效交流输出信号，可以增大偏置电阻 RL。增大偏置电阻，虽然会使动态范围变小，但由于 MIC 最大的峰峰值输出电压也不会很大（详见下文），所以除非偏置电阻设置过大不合理，一般情况也不会导致输出波形失真。
图 3
另外，从电气参数中可知该 MIC 的灵敏度为 -38dB，输入的最大声压级为 110dB SPL。从这两个参数我们可以得到 MIC 输出的最大有效电压值。首先，MIC 的灵敏度定义为：在单位声压激励下输出电压与输入声压的比值，即，给 MIC 1Pa(94dB SPL 声压级)的声压时，麦克风输出的电压（dBV），
可得该 MIC 的灵敏度。
声压级以符号 SPL 表示，其定义为将待测声压有效值 P(e)与参考声压 P(ref)的比值，
Pr=2*10E-5Pa，
可得该 MIC 的最大声压
因此该 MIC 的最大输出有效电压值为 6.32*12.59mV=79.6mV（rms），对应的最大峰值为 79.6*1.414=112mV。因此，MIC 两端电压为：Vbias=0.9V；Vac=±0.112V。由此可知，有效电压相对较小，所以上述的增大偏置电阻牺牲一部分动态范围，以获得较大的输出电压是可行的。
3. ECM 电路参数设计
ECM 典型的应用电路是差分接法，如图 4 所示，其交流等效电路如图所示。电阻 R3、R6 和电容 C3 构成 RC 低通滤波，给电源 MICBIAS 滤波。电阻 R4 和 R5 是 MIC 的偏置电阻，根据交流等效电路（图 5）可知，R4+R5=RL=2.2K，得 R4=R5=1.1K。假设 Vbias=2.4V，为了使图中红圈处点电压等于 MIC 推荐的工作电压 2V，则电阻 R（=R3+R6）上的压降=2.4-2=0.4V，则 R=0.4/500uA=800R，因此，R3=R6=400R，取常用值 390R。这是理论计算值，但是很多情况下，为了获得较大的有效交流输出电压，会选择较大的偏置电阻，这可以根据实际情况进行权衡。
假设电阻 R3、R6 和电容 C3 组成的 RC 低通滤波截止频率为 10Hz，则 1/（2πRC）=10，得到 C3=C=20uF，取常用值 22uF。C3 可以等效成 2 个电容分别与地相连，即 2 个电容串联，每个电容值为 2C=44uF（电容串联，电容值减小一半）。C6 用于滤除差模干扰，一般取值 220pF，C4 和 C5 滤除共模干扰，一般取 33pF。
电阻 R1、R2，Codec 芯片引脚的输入阻抗 Rc，和隔直电容 C1、C2 组成高通滤波器。一般情况下芯片引脚的输入阻抗都比较大，R1 和 R2 就可以忽略，所以很多设计都可以不用电阻 R1 和 R2。
图 4
图 5
ECM 还有另外一种差分接法，如图 6 所示，参数计算方法相同。其交流输出和上一种接法相同，但是这种接法有一个好处，就是 MIC 输入到 Codec 的静态电压不会因为 Vbias 电压波动而受影响，其静态电压为电阻 R4 的压降，而 MIC 的静态电流可以认为基本不变，因此 R4 的静态压降也不变。而上一种接法当 Vbias 变化时，MIC 两端的静态电压会因为外部电阻的压降而发生变化，使 Codec 误认为有 MIC 有交流输出，形成噪声。
图 6
从上述分析也可以看出，无论何种差分接法，都不算真正的差分，因为差分信号的共模电压是相同的，而上述的差分接法，P 和 N 的共模电压是不同的。正因此，Vbias 的波动会使得共模电压变化转变成差模电压，形成噪声。
MIC 除了差分接法外，网络上还能查到一种叫伪差分的接法，如图 7 所示。区别在于 MIC 一端接地，差分对中的一个信号外接电阻到地，该电阻需要和 MIC 的输出阻抗匹配。本人没有使用过该电路，所以不知实际效果如何，也不做过多介绍。
图 7
MIC 除了差分接法外，常见的还有单端接法，就是文章开头所述的原理部分，不再赘述。
4. ECM 电路 Layout 注意点
以实际应用过差分接法电路为例（图 8），除了 C156、C157 和 C153 要靠近芯片引脚放置之外，其他阻容最好都靠近 MIC 位置放置。在有些资料中会提到，MICBIAS 相关的阻容应该靠近芯片放置，但是个人觉得这部分阻容也应该靠近 MIC 放置，因为 MICBIAS 电压是用于给 MIC 供电工作的，同时在芯片 MICBIAS 引脚位置也放置一个滤波电容 C153。差分接法要注意布线按照差分规则进行。另外，需要注意的一个点就是音频部分的地和系统地最好分开，以免受到干扰。
图 8
本文就到这里，毕竟本人非音频专业人员，仅仅针对过往项目做了一个简单总结，其中的谬误或者不足，有高手看到请不吝赐教。
