数字麦克风的介绍和应用

品慧电子讯随着数字信号处理技术的发展，使用数字音频技术的电子产品越来越多。数字音频接口成为发展的潮流，采用脉冲密度调制(PDM)接口的ECM和MEMS数字麦克风也孕育而生。目前，ECM和MEMS数字麦克风已经成为便携式笔记本电脑拾音设备的主流。

数字麦克风的最大优点是抗干扰能力强，无需像传统传声器那样内置高频滤波电容、滤波器电路。数字麦克风因其固有的特点，不会受到那些来自电脑、网络、射频际磁场信号源的干扰、影响，因此在接入的时候，无需采用屏蔽线，可以有效地利用相关产品的有限空间。

麦克风结构

ECM模拟麦克风通常是由振膜，背极板，结型场效应管(JFET)和屏蔽外壳组成。振膜是涂有金属的薄膜。背极板由驻极体材料做成，经过高压极化以后带有电荷，两者形成平板电容。当声音引起振膜振动，使两者距离产生变化，从而引起电压的变化，完成声电转换。利用结型场效应管用来阻抗变换和放大 信号，有些高灵敏度麦克风采用运放来提高麦克风灵敏度。ECM数字麦克风通常是由振膜，背极板，数字麦克风芯片和屏蔽外壳组成，数字麦克风芯片主要由缓冲级，放大级，低通滤波器，抗模数转换组成。缓冲级完成阻抗变换，放大级放大信号，低通滤波滤除高频信号，防止模数转换时产生混叠，模数转换将 放大的模拟信号转换成脉冲密度调制(PDM)信号，通常采用过采样的1位Δ-Σ模数转换。MEMS模拟麦克风主要由MEMS传感器，充电泵， 缓冲放大器，屏蔽外壳组成。MEMS传感器由半导体工艺制成的振膜，背极板和支架构成，通过充电泵给背极板加上适当的极化偏压。缓冲放大器完成阻抗变换，放大信号。MEMS数字麦克 风主要由MEMS传感器，充电泵，数字麦克风芯片和屏蔽外壳组成。为了提高麦克风抗干扰能力，麦克风内部电源和地之间都增加了小的滤波电容， 通常是10pF和33pF并联。

数字麦克风通常由5个引脚，分别是电源(VDD)，地(GND)，时钟(CLK)，数据(DAT)和通道选择(L/R)。数字麦克风接口芯片需要提供麦克 风电源(需要和系统电平匹配)和外部时钟信号(1.024～3.074MHz)，数字麦克风在获取时钟信号后，从省电状态转到正常工作状态。拾取声音信号过采样转换成脉冲密度调制(PDM)的数据流(信号幅度变化越剧烈，脉冲密度越密)送给处理芯片，芯片内部的抽取滤波器(Decimator)下采样 (Downsample)并低通滤波，将高频低位流的信号转换成低频高位流的PCM信号，同时滤除量化噪声。PDM接口可以挂接两个数字麦克，共享时钟和数据线，通过通道选择(L/R)选择时钟高和低时是哪个通道的麦克风。在时钟为高时，L/R=0的麦克风(MIC0)数据线保持高阻状态，传输L/R=1的麦克风(MIC1)的数据;在时钟为低时，L/R=1的麦克风(MIC1)数据线保持高阻状态，传输L/R=0的麦克风(MIC0) 的数据。

数字麦克风阵列在手机平台的应用

2个数字麦克风使用同一组电源，电源电压同语音处理芯片FM34-395。数字麦克风阵列通过L/R引脚配置成成主麦克风(L/R接地)和参考麦克风(L/R接电源)，拾取的近端信号经过数字麦克风放大并转换成PDM信号连接到语音处理芯片FM34-395芯片。两路麦克风信号经过下采样装换成16位的PCM信号，放大滤波以后进行相关处理。

数字麦克风阵列在笔记本电脑中的应用

为数字麦克风阵列在笔记本电脑的典型应用。通常数字麦克风阵列和摄像头模组一起，安装在笔记本电脑显示屏上方中央，这样使用者在视频聊天或通话时，声源位于数字麦克风阵列拾音束内，可以传送出去，而两旁的噪声位于拾音束外被抑制，实现清晰语音通信。阵列中的数字麦克风，可以按10.5mm摆放作 为小型数字麦克风阵列，也可以采用距离70～210mm的宽阵列，根据麦克风摆放配置相应的软件。