详解模拟和数字MEMS麦克风设计区别

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详解模拟和数字MEMS 麦克风设计区别 导读：?模拟和数字麦克风输出信号在设计中显然有不同的考虑因素。

本文要讨论将模拟和数字MEMS 麦克风集成进系统设计时的差别和需要考虑的因素。

模拟和数字麦克风输出信号在设计中显然有不同的考虑因素。

本文要讨论将模拟和数字MEMS 麦克风集成进系统设计时的差别和需要考虑的因素。

MEMS 麦克风内部细节
MEMS 麦克风输出并不是直接来自MEMS 换能单元。

换能器实质上是一个可变电容，并且具有特别高的兆欧级输出阻抗。

在麦克风封装中，换能器信号先被送往前置放大器，而这个放大器的首要功能是阻抗变换，当麦克风接进音频信号链时将输出阻抗降低到更合适的值。

麦克风的输出电路也是在这个前置放大电路中实现的。

这个图1 图2是MEMS MEMS 麦ASIC 图4ASIC(在环氧树脂底下) 模拟 置时，PGA 衰减近10%模拟MEMS 芯片。

然低频滚降之上。

对于具有100Hz 低频-3dB 点的麦克风和具有10kΩ输入阻抗的编解码器或放大器来说(两个都是普通值)，即使相对小的1.0?F 电容也会将高通滤波器的角频率置为16Hz ，这个值远远超出了能够影响麦克风响应的范围。

图6显示了这类电路的一个例子，其中的模拟MEMS 麦克风连接到了一个同相配置的运放。

图6：模拟麦克风连接到同相运放电路
数字麦克风
数字麦克风将模数转换功能从编解码器转移进了麦克风，从而实现了从麦克风到处理器的全数字音频捕获通道。

数字MEMS 麦克风经常在模拟音频信号容易受到干扰的应用中使用。

例如在平板电脑中，麦克风的位置也许不靠近ADC ，这两点之间的信号可能会穿越或接近Wi-Fi 、蓝牙或蜂窝天线。

将这些连接数字化后，它们就不容易受到这些射频干扰而在音频信号中产生噪声或失真。

这种拾取有害系统噪声的改进给设计中的麦克风布局提供了很大的灵活性。

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在只需要模拟音频接口来连接模拟麦克风的系统中数字麦克风也很有用。

在只需要音频捕获但不需要回放的系统中，像监控摄像机中，使用数字输出麦克风后就不需要单独的编解码器或音频转换器了，麦克风可以直接连接数字处理器。

当然，好的数字设计经验仍必须应用于数字麦克风的时钟和数字信号。

20Ω至100Ω的小值源端接电阻很有用，它能确保至少数英寸长的走线上有良好的数字信号完整性(图7)。

当使用更短的走线长度，或者以较低速率运行数字麦克风时钟时，麦克风引脚可以直接连接到编解码器或DSP ，不需要任何无源元件。

图7：PDM 麦克风以源端接方式连接到编解码器
PDM 是一种最常见的数字麦克风接口。

这种接口允许两个麦克风共享一个公共的时钟与数据线。

每个麦克风被配置为在时钟信号的不同沿产生各自的输出。

这样两个麦克风的输出就能保持相互同步，设计师就能确保来自每个通道的数据被同时捕获到。

在最坏情况下，从两个麦克风捕获到的数据可能在时间上隔半个时钟信号周期。

这种时钟的频率典型值约为3MHz ，因此通道内时间差仅为0.16us ，远小于听者可以觉察到的阈值。

这种相同的同步机制还可以扩展到具有两个以上PDM 麦克风的系统中，只需确保所有麦克风都连接到相同的时钟源，并且数据信号都在一起滤波和处理。

在使用模拟麦克风的情况下，这种同步实现将上移到ADC 。

I2S
多年来I2S 麦克风拥有与样率。

在 I2S 个，而数字麦克风需要 62%。