技术通讯 ICCP供电前置放大器

ICCP供电前置放大器

1.     简介

ICCP(Integrated Constant Current Power)供电即恒流源供电,使用ICCP供电方式的前置放大器越来越广泛的应用在噪声测试领域,本文将介绍ICCP前置放大器的特点和使用方法。

2.     功能介绍

2.1 电容传声器简介

电容传声器的原理是依靠暴露在空气中的振膜来感知声压。当声压推动振膜时,振膜与后极板之间的距离改变,从而导致电容两端的电压变化。典型1/2英寸电容传声器的容值约15-20pF,其输出阻抗非常大,为G?级。通常数据采集设备的输入阻抗约为100kΩ~1MΩ,与电容传声器的输出阻抗不匹配,无法采集传声器的信号。

前置放大器主要起阻抗变换的作用,可以将GΩ级的输出阻抗降低到50Ω以下,这样数据采集设备才可以采集传声器的信号。

由于敏感元件为电容,传统电容传声器需要前置放大器提供一个200V的外部极化电压E,并通过G?级电阻R来给电容充电,这会导致前置放大器结构复杂。

 

而驻极体电容传声器通过在振膜或后极板上涂覆可存储电荷的驻极体材料,使电容无需外加极化电压,简化了前置放大器设计。

2.2 ICCP前置放大器简介

ICCP前置放大器的主要原理是通过恒流源给前置放大器供电,而前置放大器通过电压输出信号,相比传统传声器前置放大器有如下特点:

  1. 针对驻极体电容传声器不需要200V极化电压的特点,去掉了极化电压供电,这也导致ICCP前置放大器只能用于驻极体电容传声器。
  2. 传统前置放大器需要±14V、±60V或28V、120V供电,而ICCP只需要一个24V的恒流供电。
  3. 传统前置放大器的信号线和供电线是分开的,共有信号+/-、供电+/-四根线,而ICCP供电在一根信号线上可以同时实现供电和信号输出,因此一共只需两根线就可以同时实现供电和信号输出(信号+和供电+共享一根线,信号-和供电-则共享另一根地线)。
  4. 由于只需要两根线,使用低成本的同轴连接器和同轴屏蔽电缆就可以连接前置放大器和数据采集设备,而传统的前置放大器需要使用7芯连接器和7芯屏蔽电缆。
  5. 由于采用恒流供电,ICCP前置放大器可以使用长电缆工作。
  6. 当传统前置放大器使用±14V和±60V双极性供电时,其输出零点电压即为0V,无需高通滤波器以滤除直流分量,因此其频响范围可以延伸至非常低的频率。而ICCP前置放大器必须分离直流和交流分量,造成低频会有一定衰减,但仍能满足一般声学测试20Hz~20kHz的需求。
  7. 受限于ICCP供电原理,其最大输出电压只能达到±7Vpeak,因此会限制传声器的最大声压级和动态范围——尤其是对于高灵敏度的传声器。

ICCP电源一般由数据采集设备提供,也可以使用外置供电调理器提供。其典型供电电流和电压为4mA/24V,不过电流2mA~20mA且供电电压20V~30V也是可以工作的。数据采集设备需要内置高通滤波器将前置放大器输出的直流与交流信号分离,只取用交流信号。

北京声望声电技术有限公司提供MK系列传统电容传声器和MP系列驻极体电容传声器。其中MK系列传声器需配用MV系列前置放大器(可给传声器供给200V极化电压),MP系列传声器则配用MA系列ICCP型前置放大器。

         

3.     供电方式和注意事项

下图所示为典型ICCP供电(恒流二极管方式)原理图:

                 

  1. 供电电压
  2. 24V作为ICCP供电主电源可以保证满足前置放大器的各项指标,最大供电电压不得超过恒流源器件的最大输入电压,降低供电电压会相应降低前置放大器的最大输出电压。
  3. 24V供电的噪声尽量小,否则供电噪声可能会增加前置放大器的输出噪声。
  4. 隔直电容
  5. 1uF~10uF电容,推荐使用X7R/X5R无极性贴片电容。
  6. ADC。
  7.  
  8. 24V,建议无极性贴片电容耐压25V以上,有极性电解电容和钽电容耐压50V以上。如供电电压非24V,电容耐压值需相应调整。
  9. 恒流源
  10. JFET、三极管、运放或专用恒流源芯片构成恒流源。推荐使用恒流二极管方式,虽然其电流值不可调,但是简单易行,工作稳定可靠。
  11. 4mA的要求,推荐使用下列产品:

                             

4.   屏蔽

供电部分应有良好的屏蔽(屏蔽层接地)来确保外部噪声不会进入信号,所使用的同轴屏蔽电缆也应保持屏蔽良好。

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