解析微型數(shù)字傳聲器技術(shù)及其發(fā)展前景

1 引言

近幾年中國(guó)微型傳聲器產(chǎn)業(yè)正在飛速增長(zhǎng)，尤其微型數(shù)字傳聲器的應(yīng)用需求日益高漲，作為傳聲器技術(shù)的一個(gè)重要分支，在目前快速發(fā)展的手機(jī)、筆記本式計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)等多種數(shù)字消費(fèi)領(lǐng)域中有著非常廣闊的應(yīng)用前途，并且已經(jīng)顯示出加速發(fā)展的趨勢(shì)。下面重點(diǎn)介紹此類微型數(shù)字傳聲器的技術(shù)與發(fā)展。

2 微型數(shù)字傳聲器技術(shù)　　

2.1微型數(shù)字傳聲器原理　　

數(shù)字傳聲器，顧名思義就是直接輸出數(shù)字脈沖信號(hào)的傳聲器電聲器件。從應(yīng)用角度來劃分，可以分為兩類：一類為USB接口的數(shù)字傳聲器，其核心電聲換能器件仍為模擬音頻輸出信號(hào)，經(jīng)過USB接口音效芯片轉(zhuǎn)換為PC格式的數(shù)字信號(hào)輸出接口，此類傳聲器多數(shù)作為PC周邊配套外設(shè)，如USB接口錄音傳聲器、USB接口耳麥等，嚴(yán)格說來，此類數(shù)字傳聲器應(yīng)稱為數(shù)字接口傳聲器。另一類為真正意義上的數(shù)字傳聲器，此類傳聲器采用內(nèi)置阻抗變換、前置增益、A/D編碼器的IC芯片，作為電聲換能器件直接輸出的便是脈沖數(shù)字信號(hào)，可以直接與相應(yīng)的編解碼芯片（ CODEC）進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的傳輸。數(shù)字傳聲器接口原理如圖1

圖1 數(shù)字傳聲器接口原理圖　　

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)廣大消費(fèi)電子領(lǐng)域的日益滲透，數(shù)字技術(shù)在音視頻領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)無處不在。早期音頻處理芯片均采用模擬傳聲器接口技術(shù)，由音效芯片的A/D部分完成模擬音頻信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。由于數(shù)字技術(shù)的日漸成熟，越來越多的IC設(shè)計(jì)公司開始設(shè)計(jì)出帶數(shù)字傳聲器接口的新型音頻芯片（ HAD CODEC）及DSP芯片，由此推動(dòng)了微型數(shù)字傳聲器的研發(fā)與應(yīng)用?！　?/p>

2.2數(shù)字傳聲器A/D變換原理　　

目前國(guó)際上IC廠商推向市場(chǎng)的內(nèi)置式數(shù)字傳聲器IC芯片普遍采用∑一△模數(shù)轉(zhuǎn)換編碼格式，此編碼格式與相關(guān)應(yīng)用設(shè)備采用的DSP及CODEC芯片的數(shù)字傳聲器輸入接口格式相兼容。　　

與常規(guī)PCM編碼器不同，∑一△變換采用過取樣技術(shù)，將信號(hào)按時(shí)間分割，保持幅度恒定，具有高取樣率、噪聲整形和比特字長(zhǎng)短的特點(diǎn)。變換可以在高取樣率、低分辨率的量化器中進(jìn)行，可廣泛用于音頻信號(hào)數(shù)字化的∑一△模數(shù)編碼器（ADC）及數(shù)字信號(hào)還原為模擬音頻信號(hào)的∑一△數(shù)模解碼器（ DAC）?！　?/p>

∑一△變換時(shí)根據(jù)采用的具體結(jié)構(gòu)可采用I bit或多比特變換，目前數(shù)字傳聲器普遍使用的∑一△ADC采用了1 bit變換技術(shù)，克服了采用多比特變換時(shí)所帶來的量化非線性誤差、糾錯(cuò)困難的缺點(diǎn)。　　

數(shù)字傳聲器結(jié)構(gòu)及模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片原理見圖2.

圖2數(shù)字傳聲器結(jié)構(gòu)及模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片原理圖　　

2.2.1∑一△轉(zhuǎn)換器　　

模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成PCM信號(hào)，根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則，通常必須用大于采樣樣本最高頻率2倍以上的固定采樣率對(duì)模擬信號(hào)采樣后進(jìn)行量化編碼，每個(gè)采樣點(diǎn)可以用多位比特的數(shù)據(jù)量化。量化比特?cái)?shù)越多，采樣精確越高，失真越小，但是電路會(huì)變復(fù)雜，成本相對(duì)增高，不適合低成本數(shù)字傳聲器模數(shù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用。微型數(shù)字傳聲器通常采用1位∑一△模數(shù)轉(zhuǎn)換器，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行過采樣（只能用于帶寬有限的信號(hào)，不適合寬頻信號(hào)，例如視頻信號(hào)），采樣率由外部時(shí)鐘提供。過采樣可使量化噪聲遠(yuǎn)離被采樣的音頻信號(hào)。離信號(hào)主頻？s越近，噪聲幅度越小。同時(shí)對(duì)抗混疊濾波器的要求大大降低，可以達(dá)到很高的精度，具體原理及時(shí)序圖分別見圖3和圖4.