【導(dǎo)讀】隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，使用數(shù)字音頻技術(shù)的電子產(chǎn)品越來越多。數(shù)字音頻接口成為發(fā)展的潮流，采用脈沖密度調(diào)制(PDM)接口的ECM和MEMS數(shù)字麥克風(fēng)也孕育而生。目前，ECM和MEMS數(shù)字麥克風(fēng)已經(jīng)成為便攜式筆記本電腦拾音設(shè)備的主流。
數(shù)字麥克風(fēng)的最大優(yōu)點是抗干擾能力強(qiáng)，無需像傳統(tǒng)傳聲器那樣內(nèi)置高頻濾波電容、濾波器電路。數(shù)字麥克風(fēng)因其固有的特點，不會受到那些來自電腦、網(wǎng)絡(luò)、射頻際磁場信號源的干擾、影響，因此在接入的時候，無需采用屏蔽線，可以有效地利用相關(guān)產(chǎn)品的有限空間。
麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)
ECM模擬麥克風(fēng)通常是由振膜，背極板，結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)和屏蔽外殼組成。振膜是涂有金屬的薄膜。背極板由駐極體材料做成，經(jīng)過高壓極化以后帶有電荷，兩者形成平板電容。當(dāng)聲音引起振膜振動，使兩者距離產(chǎn)生變化，從而引起電壓的變化，完成聲電轉(zhuǎn)換。利用結(jié)型場效應(yīng)管用來阻抗變換和放大 信號，有些高靈敏度麥克風(fēng)采用運放來提高麥克風(fēng)靈敏度。ECM數(shù)字麥克風(fēng)通常是由振膜，背極板，數(shù)字麥克風(fēng)芯片和屏蔽外殼組成，數(shù)字麥克風(fēng)芯片主要由緩沖級，放大級，低通濾波器，抗模數(shù)轉(zhuǎn)換組成。緩沖級完成阻抗變換，放大級放大信號，低通濾波濾除高頻信號，防止模數(shù)轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生混疊，模數(shù)轉(zhuǎn)換將 放大的模擬信號轉(zhuǎn)換成脈沖密度調(diào)制(PDM)信號，通常采用過采樣的1位Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換。MEMS模擬麥克風(fēng)主要由MEMS傳感器，充電泵， 緩沖放大器，屏蔽外殼組成。MEMS傳感器由半導(dǎo)體工藝制成的振膜，背極板和支架構(gòu)成，通過充電泵給背極板加上適當(dāng)?shù)臉O化偏壓。緩沖放大器完成阻抗變換，放大信號。MEMS數(shù)字麥克 風(fēng)主要由MEMS傳感器，充電泵，數(shù)字麥克風(fēng)芯片和屏蔽外殼組成。為了提高麥克風(fēng)抗干擾能力，麥克風(fēng)內(nèi)部電源和地之間都增加了小的濾波電容， 通常是10pF和33pF并聯(lián)。
數(shù)字麥克風(fēng)通常由5個引腳，分別是電源(VDD)，地(GND)，時鐘(CLK)，數(shù)據(jù)(DAT)和通道選擇(L/R)。數(shù)字麥克風(fēng)接口芯片需要提供麥克 風(fēng)電源(需要和系統(tǒng)電平匹配)和外部時鐘信號(1.024～3.074MHz)，數(shù)字麥克風(fēng)在獲取時鐘信號后，從省電狀態(tài)轉(zhuǎn)到正常工作狀態(tài)。拾取聲音信號過采樣轉(zhuǎn)換成脈沖密度調(diào)制(PDM)的數(shù)據(jù)流(信號幅度變化越劇烈，脈沖密度越密)送給處理芯片，芯片內(nèi)部的抽取濾波器(Decimator)下采樣 (Downsample)并低通濾波，將高頻低位流的信號轉(zhuǎn)換成低頻高位流的PCM信號，同時濾除量化噪聲。PDM接口可以掛接兩個數(shù)字麥克，共享時鐘和數(shù)據(jù)線，通過通道選擇(L/R)選擇時鐘高和低時是哪個通道的麥克風(fēng)。在時鐘為高時，L/R=0的麥克風(fēng)(MIC0)數(shù)據(jù)線保持高阻狀態(tài)，傳輸L/R=1的麥克風(fēng)(MIC1)的數(shù)據(jù);在時鐘為低時，L/R=1的麥克風(fēng)(MIC1)數(shù)據(jù)線保持高阻狀態(tài)，傳輸L/R=0的麥克風(fēng)(MIC0) 的數(shù)據(jù)。
數(shù)字麥克風(fēng)陣列在手機(jī)平臺的應(yīng)用
2個數(shù)字麥克風(fēng)使用同一組電源，電源電壓同語音處理芯片F(xiàn)M34-395。數(shù)字麥克風(fēng)陣列通過L/R引腳配置成成主麥克風(fēng)(L/R接地)和參考麥克風(fēng)(L/R接電源)，拾取的近端信號經(jīng)過數(shù)字麥克風(fēng)放大并轉(zhuǎn)換成PDM信號連接到語音處理芯片F(xiàn)M34-395芯片。兩路麥克風(fēng)信號經(jīng)過下采樣裝換成16位的PCM信號，放大濾波以后進(jìn)行相關(guān)處理。
數(shù)字麥克風(fēng)陣列在筆記本電腦中的應(yīng)用
為數(shù)字麥克風(fēng)陣列在筆記本電腦的典型應(yīng)用。通常數(shù)字麥克風(fēng)陣列和攝像頭模組一起，安裝在筆記本電腦顯示屏上方中央，這樣使用者在視頻聊天或通話時，聲源位于數(shù)字麥克風(fēng)陣列拾音束內(nèi)，可以傳送出去，而兩旁的噪聲位于拾音束外被抑制，實現(xiàn)清晰語音通信。陣列中的數(shù)字麥克風(fēng)，可以按10.5mm擺放作 為小型數(shù)字麥克風(fēng)陣列，也可以采用距離70～210mm的寬陣列，根據(jù)麥克風(fēng)擺放配置相應(yīng)的軟件。
