低噪声麦克风前置放大器TS472：性能与应用解析

在电子设备的音频系统中，一款高性能的麦克风前置放大器至关重要。今天我们要深入了解的就是ST公司推出的TS472，这是一款专为高性能PDA和笔记本音频系统优化的差分输入麦克风前置放大器。

文件下载：DEMOTS472Q.pdf

一、TS472的特性亮点

1. 低噪声与低失真

TS472具有极低的噪声，典型值为10 nV/√Hz（F = 1 kHz），能够有效减少音频信号中的噪声干扰，为音频采集提供清晰纯净的信号。同时，它的失真率也很低，典型值为0.1%，在40 kHz带宽内，不管增益如何变化，都能保持良好的失真性能。

2. 宽电压范围与低功耗

该放大器支持2.2至5.5 V的单电源供电，具有很宽的电压适应范围。在20 dB增益时，功耗仅为1.8 mA，满足低功耗设计需求。并且它的启动时间很快，在0 dB增益时，典型启动时间为5 ms。

3. 多种功能与保护

TS472具备有源低待机模式功能，最大待机电流仅1 μA，可有效降低功耗。它还提供2.0 V的低噪声麦克风偏置输出，为麦克风提供稳定的偏置电压。此外，该芯片具有ESD保护（2 kV），增强了芯片的可靠性。

4. 封装形式多样

TS472有倒装芯片无铅封装和QFN24 4 x 4 mm封装两种选择，方便不同的设计需求。

二、引脚连接与典型应用

1. 引脚描述

TS472的引脚功能丰富，不同封装形式的引脚对应关系如下：	Pin name	Flip-chip designator	QFN designator	Pin description
IN+	A1	8	正差分输入
IN-	B1	5	负差分输入
BIAS	A2	10	2 V偏置输出
GND	C1	4, 22	接地
STBY	C3	21	待机
BYP	D1	2	旁路
GS	B2	9	增益选择
OUT-	D2	16	负差分输出
OUT+	C2	17	正差分输出
C1	A3	14	低通滤波器电容
C2	B3	15	低通滤波器电容
Vcc	D3	20	电源
NC	---	3, 6, 7, 11, 12, 13, 18, 19, 23, 24	未连接，浮空引脚

2. 典型应用电路

典型应用电路中包含多个外部组件，它们各自发挥着重要作用：	Components	Functional description
C in+ , C in-	输入耦合电容，用于阻挡放大器输入端子的直流电压
C out+ , C out-	输出耦合电容，阻挡来自放大器输出端子的直流电压，并确定低频截止频率
R out+ , R out-	输出负载电阻，用于对输出耦合电容C out 充电，也可由后续级的输入阻抗表示
R pos , R neg	麦克风偏置的极化电阻
C s	电源旁路电容，提供电源滤波
C b	旁路引脚电容，提供半电源滤波
C 1 , C 2	低通滤波电容，用于削减高频信号
C 3	偏置输出滤波电容

三、电气特性与性能指标

1. 绝对最大额定值

TS472的绝对最大额定值规定了其正常工作的极限条件，如电源电压最大为6 V，输入电压范围为 -0.3 至 VCC + 0.3 V，工作温度范围为 -40 至 +85 °C等。不同封装形式的热阻也有所不同，倒装芯片为180 °C/W，QFN24为110 °C/W。

2. 电气特性参数

在V (v{CC}=3 ~V) 、 (GND =0 ~V) 、 (T{amb}=25^{circ} C) 的条件下，TS472的各项电气特性表现出色：

• 等效输入噪声电压密度典型值为10 nV/√Hz（R EQ = 100 Ω，1 kHz）。
• 总谐波失真 + 噪声（THD+N）典型值为0.1%（20 Hz ≤ F ≤ 20 kHz，增益 = 20 dB，V in = 50 mV RMS）。
• 输入电压在增益为20 dB时，典型值为10 mV RMS，最大值为70 mV RMS。
• 带宽在 -3 dB时为40 kHz， -1 dB时（pin A3, B3 浮空）为20 kHz。
• 整体输出电压增益范围为 -3 至 42.5 dB。

四、应用信息与设计要点

1. 差分配置原理

TS472是全差分输入/输出麦克风前置放大器，内部包含共模反馈回路，可将输出偏置值控制在 (V_{CC} / 2) ，从而使设备始终具有最大输出电压摆幅，扩大输入动态电压范围。全差分放大器具有高电源抑制比（PSRR）和高共模噪声抑制能力，虽然理论上外部旁路电容对内部偏置滤波不是必需的，但为了在所有公差情况下达到最佳性能，建议保留该选项。

2. 高低截止频率计算

• 高截止频率：麦克风前置放大器的高截止频率 (F{CH}) 取决于外部电容 (C{1}) 和 (C{2}) 。TS472内部有一阶低通滤波器（ (R = 40 k Omega) ， (C = 100 pF) ，截止频率40 kHz，3 dB衰减），通过连接 (C{1}) 和 (C{2}) 可降低 (F{CH}) ，计算公式为 (F{C H}=frac{1}{2 pi cdot 40 × 10^{3} cdotleft(C{1,2}+100 × 10^{-12}right)}) 。
• 低截止频率：低截止频率 (F{CL}) 取决于输入电容 (C{in }) 和输出电容 (C{out }) 。输入电容 (C{in }) 与TS472的输入阻抗（100 kΩ）串联形成一阶高通滤波器，最小 (C{in }) 值为 (C{in }=frac{1}{2 pi cdot F{C L} cdot 100 × 10^{3}}) ；输出电容 (C{out }) 与输出电阻 (R{out }) 串联也形成一阶高通滤波器，最小 (C{out }) 值为 (C{out }=frac{1}{2 pi cdot F{CL} cdot R_{out }}) 。

3. 低噪声麦克风偏置源

TS472提供低噪声电压和电源抑制的BIAS源，用于偏置驻极体电容式麦克风盒。BIAS输出在无负载条件下为 (2.0 ~V_{DC}) ，典型可提供2 mA电流，其内部电阻为100 Ω。

4. 增益设置

TS472的增益设置灵活，主要取决于麦克风的灵敏度、与麦克风的距离、声音的音频水平和所需的输出水平。可以通过以下两种方式设置增益：

• 连接外部接地电阻 (R_{GS}) 到GS引脚，可将增益从 -1.5 dB调整到41 dB。
• 在增益选择（GS）引脚施加 (V{G S}>1 V{DC}) ，可将增益设置为20 dB，这种设置有助于减少应用中的外部组件数量。

5. 唤醒时间与待机模式

当从待机模式切换到开启状态时，输出信号会在几微秒后出现，旁路电容 (C{b}) 会在几毫秒内充电。唤醒时间取决于输入电容 (C{in }) 和增益，当增益低于0 dB时，唤醒时间仅由旁路电容 (C_{b}) 决定；当增益高于0 dB时，可参考相关图表。在待机模式下，输出级（差分输出和2.0 V偏置输出）会在几微秒内设置为高阻抗，内部电路进入关机模式。

6. 布局考虑

为了获得高电源抑制和低噪声性能，连接C1、C2和Rgs的布局走线应尽可能短。同时，需要在 (v_{CC}) 和旁路引脚添加去耦电容，以消除电源压降，并且专用引脚的电容位置应尽可能靠近设备。

五、封装信息与订购信息

1. 封装信息

TS472有倒装芯片和QFN24两种封装形式，不同封装有各自的尺寸和引脚布局特点。倒装芯片为12个凸点，芯片尺寸为2.1 mm x 1.6 mm ± 30 µm；QFN24封装的尺寸也有详细的机械数据规定。

2. 订购信息

TS472提供不同的订购代码，对应不同的温度范围、封装形式、包装方式和标记。例如，TS472EIJT适用于 -40°C至 +85°C温度范围，采用倒装芯片封装，包装为带盘，标记为472；TS472IQT适用于相同温度范围，采用QFN24 4x4mm封装，包装为带盘，标记为K472。

TS472以其出色的性能和丰富的功能，为音频系统设计提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择封装形式、设置增益、调整高低截止频率等，同时注意布局设计，以充分发挥TS472的优势。大家在使用TS472的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享。