邁步數字拾音時代--數字麥克風和陣列拾音技術的應用

中國視聽網資訊更新時間：2011-9-30 14:32:22　編輯：溫情　[ 大中小 ]

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模擬麥克風和數字麥克風的區別

　　隨著數字信號處理技術的發展，使用數字音頻技術的電子產品越來越多。數字音頻接口成為發展的潮流，采用脈沖密度調制（PDM）接口的ECM和MEMS數字麥克風也孕育而生。目前，ECM和MEMS數字麥克風已經成為便攜式筆記本電腦拾音設備的主流。

　　數字ECM或MEMS麥克風和傳統的ECM麥克風相比，有著不可取代的優勢。首先，移動設備向小型化數字化發展，急需數字拾音器件和技術；第二，設備包含的功能單元越來越多，如筆記本電腦，集成了藍牙和WiFi無線功能，麥克風距離這些干擾源很近，設備對抗擾要求越來越高；第三，三網合一的發展，需要上網，視頻和語音通信可以同時進行，這在移動設備中通常會遇到環境噪聲和回聲的影響；第四，從提高生產效率角度，希望對麥克風采用SMT焊接。數字麥克風適合SMT焊接，可以解決系統各種射頻干擾對語音通信產生的噪聲，富迪科技的數字陣列麥克風拾音技術可以抑制和消除通話時的回聲和環境噪聲，數字接口方便同數字系統的連接。

　　模擬麥克風和數字麥克風
　　麥克風結構：ECM模擬麥克風通常是由振膜，背極板，結型場效應管(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，經過高壓極化以后帶有電荷，兩者形成平板電容。當聲音引起振膜振動，使兩者距離產生變化，從而引起電壓的變化，完成聲電轉換。利用結型場效應管用來阻抗變換和放大信號，有些高靈敏度麥克風采用運放來提高麥克風靈敏度（見圖1a）。ECM數字麥克風通常是由振膜，背極板，數字麥克風芯片和屏蔽外殼組成，數字麥克風芯片主要由緩沖級，放大級，低通濾波器，抗模數轉換組成。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，防止模數轉換時產生混疊，模數轉換將放大的模擬信號轉換成脈沖密度調制(PDM)信號，通常采用過采樣的1位Δ-Σ模數轉換（見圖1b）。MEMS模擬麥克風主要由MEMS傳感器，充電泵，緩沖放大器，屏蔽外殼組成。參照圖1c, MEMS傳感器由半導體工藝制成的振膜，背極板和支架構成，通過充電泵給背極板加上適當的極化偏壓。緩沖放大器完成阻抗變換，放大信號。MEMS數字麥克風主要由MEMS傳感器，充電泵，數字麥克風芯片和屏蔽外殼組成，參照圖1d。為了提高麥克風抗干擾能力，麥克風內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。

圖1a ECM模擬麥克風

圖1b ECM數字麥克風

圖1c MEMS模擬麥克風

圖1d MEMS數字麥克風

　　麥克風偏置電路：通過手機中麥克風電路的典型應用，比較一下ECM模擬麥克風，MEMS模擬麥克風和數字麥克風的差異。圖2a為ECM模擬麥克風的偏置電路。為了減小干擾，手機中的麥克風電路采用差分輸出。麥克風電源經過R5電阻C9電容濾波以后，通過R6供給麥克風內部的場效應管，由R6、R9差分組成差分輸出電路。C15和R6、R9以及麥克風的輸出阻抗組成低通濾波器，用來濾除超過語音頻段的高頻信號，防止后級電路模數裝換時產生混疊。C13、C17隔離直流偏置，R7、R8用來防止電容對芯片輸入端的放電沖擊。其余的33pF電容用來濾除射頻干擾。麥克風輸出到基帶芯片的模擬輸入端采用差分布線，減少噪聲和射頻干擾（見圖2b）。MEMS麥克風的偏置電路。麥克風電源經過R1電阻C2電容濾波以后，供給MEMS麥克風內置的緩沖放大器和充電泵電路。MEMS拾取的聲音信號轉換成模擬電信號，經過緩沖放大后輸出，經過C5、R2、C6組成的π型濾波器濾波，偽差分電路布線到基帶芯片。圖2c為數字麥克風的偏置電路。麥克風電源經過簡單濾波以后供給麥克風。聲音轉換成模擬電信號經過內部緩沖放大，在時鐘信號（SCL）的驅動，下最后模數轉換成1位的PDM音頻數據,從數據引腳（DATA）輸出。