探索 LMV1091 噪声抑制麦克风放大器评估套件

在语音通信应用中，背景噪音一直是影响语音质量的关键问题。为了解决这一问题，德州仪器（TI）推出了 LMV1091 噪声抑制麦克风放大器，并且提供了对应的评估套件，方便工程师们进行评估和开发。今天，我们就来深入了解一下这个评估套件。

文件下载：LMV1091TMEVAL.pdf

一、套件概述

LMV1091TL 评估套件包含了以下几个主要部分：

1. LMV1091TL 演示板（编号 551600341–001）：这是整个评估套件的核心，用于实现对 LMV1091 放大器的各项功能测试。
2. 麦克风板：提供声音采集功能。
3. 麦克风电缆：用于连接麦克风板和演示板。

二、LMV1091 芯片简介

LMV1091 是一款全模拟双输入、差分输出的麦克风阵列放大器，其主要功能是降低背景声学噪声，同时在语音通信应用中提供出色的语音清晰度。它具有两个差分输入麦克风放大器通道以及远场噪声抑制（FFNS）电路，能够保留距离麦克风 4cm 以内的近场语音信号，同时有效抑制距离麦克风 50cm 以外的远场声学噪声。在配置合适且使用 ±0.5dB 匹配的麦克风时，最多可实现 20dB 的远场噪声抑制。

三、操作条件

在使用 LMV1091 时，需要注意其操作条件：

1. 温度范围：(-40^{circ}C ≤T_{A} ≤85^{circ}C)，在这个温度范围内，芯片能够稳定工作。
2. 电源电压：(2.7V ≤V{DD} ≤5.5V)，同时 (I^{2}C) 电源电压要求 (1.7V ≤I^{2}CV{DD} ≤5.5V)。

虽然在搜索“LMV1091 操作条件的影响因素”时遇到了网络问题，未能获取到相关内容，但我们可以根据经验推测，温度和电源电压的波动可能会对芯片的性能产生一定影响。例如，温度过高可能会导致芯片的性能下降，甚至出现故障；电源电压不稳定可能会影响信号的质量。那么在实际应用中，我们该如何确保操作条件的稳定性呢？这是值得我们思考的问题。

四、演示板功能与电源供应

1. 演示板功能

LMV1091TL 演示板接收来自两个麦克风的模拟输入，进行远场噪声消除处理，然后输出模拟差分信号。这个输出信号可以连接到录音设备，如个人计算机的声卡（通过 LINE IN/MIC IN 输入）或手机（通过 MIC IN 输入），用于评估 LMV1091 的性能。

2. 电源供应

演示板提供了两种电源供应方式：

• 外部电源：通过 J12 引脚连接外部电源，同时 J26 引脚需要处于图 3 所示的位置。
• 电池供电：在 PCB 板上的电池座中放置一个小电池（如 CR1220）。要使用电池供电，J26 引脚必须按照图 4 所示进行配置。不过，使用电池供电的时间有限。

五、麦克风连接与放置

1. 麦克风连接

要将一组两个麦克风连接到 LMV1091 演示板上进行性能评估，需要将 J11 和 J16 引脚上的跳线分别放置在引脚 3 - 5 和引脚 4 - 6 之间。此外，麦克风也可以连接到 3.5mm 连接器 J9 和 J15 上。

2. 麦克风放置

对于远场噪声降低系统的最佳性能而言，正确放置麦克风至关重要。在许多应用中，两个麦克风通常相邻放置，间距在 1.5cm 到 2.5cm 之间。当远场信号来自与麦克风平面正交的源，并且所需信号靠近麦克风并与麦克风成一直线时，噪声消除性能最佳。

如果两个麦克风之间的间距过小，近场语音可能会与远场噪声一起被消除；反之，如果间距过大，远场噪声降低性能会下降。因此，最佳间距为 1.5 - 2.5cm，这样可以在最小化近场语音损失和最大化远场噪声降低之间取得平衡。同时，麦克风应与所需声源“近场语音”成一直线，并从声源以端射阵列方向配置。如果“近场语音”与声源等距，如采用宽边阵列配置，将会导致大量近场语音损失。

尽管在搜索“LMV1091 麦克风放置对性能影响的案例”时网络出现问题未能获取到数据，但大家不难想象，不同的麦克风放置方式可能会在实际应用中产生截然不同的效果。那么在你的项目里，是否也遇到过类似因布局问题影响性能的情况呢？接下来再为大家介绍一下增益和模式设置。

六、前置放大器和后置放大器增益控制

1. 前置放大器增益

LMV1091TM 的前置放大器增益可以通过 GA0 - GA3 引脚进行控制。具体的增益设置可以参考表 1。例如，当 GA3 GA2 GA1 GA0 设置为 0 0 0 0 时，前置放大器增益为 6dB；当设置为 1 1 1 1 时，增益为 36dB。

2. 后置放大器增益

后置放大器增益可以通过 GB0 - GB2 引脚进行控制，具体设置见 表 2。比如，当 GB2 GB1 GB0 设置为 0 0 0 时，后置放大器增益为 6dB；设置为 1 1 1 时，增益为 18dB。

需要注意的是，LMV1091TM 演示板上的丝印在 GA0 - GA3、GB0 - GB2、MUTE1、MUTE2、MODE0 和 MODE1 引脚上有一个‘1’，这个‘1’表示接地引脚。

七、降噪模式设置

LMV1091TM 有四种模式设置：

1. 降噪模式：当 Mode 1 和 Mode 0 都设置为 0 时，进入降噪模式。
2. MIC 1 开启，MIC 2 关闭：Mode 1 设置为 0，Mode 0 设置为 1。
3. MIC 2 开启，MIC 1 关闭：Mode 1 设置为 1，Mode 0 设置为 0。
4. MIC1 和 MIC2 都开启：Mode 1 和 Mode 0 都设置为 1。

此外，MIC 1 和 MIC 2 可以通过 Mute 1 和 Mute 2 引脚独立静音，具体控制设置见 表 4。

八、PCB 布局指南

1. 差分信号

在 PCB 布局中，对于差分信号，应将两个信号紧密布线在一起，并保持它们的长度相等，同时确保信号的两条走线中的所有阻抗相等，这样可以减少信号干扰，提高信号传输的稳定性。

2. 电源和接地

将所有接地引脚在芯片下方连接在一起，形成一个星型点。将 REF 引脚 C4 的去耦电容和相应的接地引脚 B5 的电流与其他电流分开，同时将电源去耦电容放置在靠近 (V_{DD}) 引脚 D5 和接地的位置，有助于提高电源的稳定性，减少噪声干扰。

九、演示板的接头和连接器

LMV1091 演示板提供了许多接头和连接器，用于连接测试设备和控制芯片的设置。这些接头和连接器的功能在表 5 中有详细说明，并且在 PCB 板上的丝印也标明了跳线所控制的功能。

十、总结

LMV1091 噪声抑制麦克风放大器评估套件为工程师们提供了一个方便的平台，用于评估和开发语音通信应用中的噪声抑制解决方案。通过合理设置操作条件、正确连接和放置麦克风、调整增益和降噪模式，以及遵循 PCB 布局指南，我们可以充分发挥 LMV1091 的性能，实现高质量的语音通信。大家在实际使用过程中如果遇到任何问题或者有新的发现，欢迎在评论区分享交流。

希望这篇文章能对大家理解和使用 LMV1091 评估套件有所帮助。如果大家在电子设计方面还有其他疑问，也可以随时关注我的博客。

Designator	Component	Value	Tolerance	Rating	Package Type
U1	LMV1091
C15, C16	Capacitor Ceramic	1.0 μ F	10%	16V	0603
C2	Capacitor Ceramic	10000pF	10%	50V	0603
C3, C4, C7, C8, C9	Capacitor Ceramic	0.47pF	10%	16V	0603
C5A, C14A	Capacitor Ceramic	4.7nF	10%	100V	0603
C13	Capacitor Ceramic	0.1 μ F	10%	16V	0603
C11	No Load	No Load
C12	Capacitor Tantalum	100 μ F	10%	10V	Case C
R1, R2, R4, R5	Resistor	1.1k	1%	1/10W	0603
J12, J13, J14, J27	Connector Header Brkway .100 02POS STR
J11, J16	Connector Header Brkway .100 06POS VERT
J9, J15, J28	5 Pole Headphone conn jack stereo 3.5mm horizontal
GND	Ground hook jumper 5mm high mount
BT1	Battery holder CR1220, 1 cell 12mm
J1_SH, J2_SH, J3_SH, J4_SH, J5_SH, J6_SH, J7_SH, J11a_SH, J11b_SH, J16a_SH, J16b_SH, J17_SH, J18_SH, J19_SH, J20_SH, J21_SH, J26_SH	Jumper Shunt 0.100” 30 μ in Au (no handle)
J1, J2, J3, J4, J5, J6, J7, J18, J19, J20, J21, J26	Connector Header Brkway .100 03POS STR

表 1. 麦克风前置放大器增益设置	GA3	GA2	GA1	GA0	前置放大器增益
0	0	0	0	6dB
0	0	0	1	8dB
0	0	1	0	10dB
0	0	1	1	12dB
0	1	0	0	14dB
0	1	0	1	16dB
0	1	1	0	18dB
0	1	1	1	20dB
1	0	0	0	22dB
1	0	0	1	24dB
1	0	1	0	26dB
1	0	1	1	28dB
1	1	0	0	30dB
1	1	0	1	32dB
1	1	1	0	34dB
1	1	1	1	36dB

表 2. 后置放大器增益设置	GB2	GB1	GB0	后置放大器增益
0	0	0	6dB
0	0	1	9dB
0	1	0	12dB
0	1	1	15dB
1	0	0	18dB
1	0	1	18dB
1	1	0	18dB
1	1	1	18dB

表 3. 降噪模式设置	Mode 1	Mode 0	降噪模式选择
0	0	降噪模式
0	1	MIC 1 开启
1	0	MIC 2 开启
1	1	MIC 1 + MIC 2

表 4. 降噪静音设置	Mute2	Mute1	降噪模式选择
0	0	MIC 1 和 MIC 2 开启
0	1	MIC 1 静音
1	0	MIC 2 静音
1	1	MIC 1 和 MIC 2 静音

表 5. 连接器和接头功能	Designator	Function or Use	Comment
J12	外部电源供应连接器
J26	电源选择引脚（外部 (V_{DD}) 或电池 BAT）
J11, J16 pin 4+5	电气测试信号输入连接（引脚 3 + 4 差分输入，引脚 5 + 6 接地）
J8, J10	低通滤波器选择（LPF +, LPF -）	引脚 1 + 2 连接外部 LPF 电容，引脚 2 + 3 选择板载 LPF 电容 C5, C14（板上始终安装至少 1nF 电容）
J26	电源选择引脚（外部 (V_{DD}) 或电池 BAT）
J27	连接电源到 (V_{DD}) 引脚
J1	选择 MUTE1
J2	选择 MUTE2
J3	选择 GA0
J4	选择 GA1
J5	选择 GA2
J6	选择 GA3
J7	选择 SD
J17	选择 MODE0
J18	选择 MODE1
J19	选择 GB0
J20	选择 GB1
J21	选择 GB2
J13, J14	参数 GND 输出（用于测试各种参数）