数字麦克风与模拟麦克风的区别VIP专享

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。对于模拟 MEMS 麦克风来说，图 1 所示的这种电路基本上是一个具有特殊输出阻抗的放大器。在数字 MEMS 麦克风中，这个放大器与模数转换器(ADC)集成在一起，以脉冲密度调制(PDM)或 I2S 格式提供数字输出。图 1：典型的模拟 MEMS 麦克风框图。图 2 是 PDM 输出 MEMS 麦克风的功能框图，图 3 是典型的 I2S 输出数字麦克风。I2S 麦克风包含 PDM 麦克风中的所有数字电路，还包含抽取滤波器和串口。图 2：典型的 PDMMEMS 麦克风框图图 3：典型的 I2SMEMS 麦克风框图MEMS 麦克风封装在半导体器件中比较独特，因为在封装中有一个洞，用于声学能量抵达换能单元。在这个封装内部，MEMS 麦克风换能器和模拟或数字 ASIC 绑定在一起，并安装在一个公共的叠层上。然后在叠层上方又绑定一个盖子，用于封住换能器和 ASIC。这种叠层通常是一小块 PCB，用于将 IC 出来的信号连接到麦克风封装外部的引脚上。图 4：模拟 MEMS 麦克风中的换能器和 ASIC图 5：数字 MEMS 麦克风中的换能器和 ASIC图 4 和图 5 分别显示了模拟和数字 MEMS 麦克风的内部细节。在这些图片中，你可以看到左边的换能器和右边的ASIC(在环氧树脂底下)，两者都安装在叠层上。数字麦克风有额外的绑定线将来自ASIC的电气信号连接到叠层。模拟麦克风模拟 MEMS 麦克风的输出阻抗典型值为几百欧姆。这个阻抗要高于运放通常具有的低输出阻抗，因此你需要了解紧随麦克风之后的信号链阻抗。麦克风后面的低阻抗电路会衰减信号电平。例如，一些编解码器在 ADC 之前有一个可编程的增益放大器(PGA)。在高增益设置时，PGA的输入阻抗可能只有几千欧姆。输出阻抗为 200Ω的 MEMS 麦克风后面跟一个输入阻抗为 2kΩ的 PGA 将使信号电平衰减近 10%。模拟 MEMS 麦克风的输出通常被偏置为地和电源电压之间的某个直流电压值。这个偏置电压的选择原则是最大幅度的输出信号峰值不会被...