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數(shù)字麥克風(fēng)的介紹和應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2012-11-26 責(zé)任編輯:sherryyu

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【導(dǎo)讀】隨著數(shù)字信號(hào)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(diǎn)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(diǎn),不會(huì)受到那些來自電腦、網(wǎng)絡(luò)、射頻際磁場(chǎng)信號(hào)源的干擾、影響,因此在接入的時(shí)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(chǎng)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(dòng),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(chǎng)效應(yīng)管用來阻抗變換和放大 信號(hào),有些高靈敏度麥克風(fēng)采用運(yùn)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(jí),放大級(jí),低通濾波器,抗模數(shù)轉(zhuǎn)換組成。緩沖級(jí)完成阻抗變換,放大級(jí)放大信號(hào),低通濾波濾除高頻信號(hào),防止模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生混疊,模數(shù)轉(zhuǎn)換將 放大的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖密度調(diào)制(PDM)信號(hào),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(hào)。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(gè)引腳,分別是電源(VDD),地(GND),時(shí)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(shí)鐘信號(hào)(1.024~3.074MHz),數(shù)字麥克風(fēng)在獲取時(shí)鐘信號(hào)后,從省電狀態(tài)轉(zhuǎn)到正常工作狀態(tài)。拾取聲音信號(hào)過采樣轉(zhuǎn)換成脈沖密度調(diào)制(PDM)的數(shù)據(jù)流(信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成低頻高位流的PCM信號(hào),同時(shí)濾除量化噪聲。PDM接口可以掛接兩個(gè)數(shù)字麥克,共享時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線,通過通道選擇(L/R)選擇時(shí)鐘高和低時(shí)是哪個(gè)通道的麥克風(fēng)。在時(shí)鐘為高時(shí),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(shí)鐘為低時(shí),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(tái)的應(yīng)用

2個(gè)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(hào)經(jīng)過數(shù)字麥克風(fēng)放大并轉(zhuǎn)換成PDM信號(hào)連接到語音處理芯片F(xiàn)M34-395芯片。兩路麥克風(fēng)信號(hào)經(jīng)過下采樣裝換成16位的PCM信號(hào),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(shí),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(shí)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。
 

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