詳細解析MEMS麥克風的實現(xiàn)原理

數(shù)字MEMS麥克風具有高抗噪性和簡化電路設(shè)計的優(yōu)點，適用于多麥克風數(shù)組以消除回音和噪聲，以及波束形成以實現(xiàn)定向靈敏度。 為讓智能型手機能消除噪聲，一種常見方法是在遠離主語音麥克風之處放置一個或多個額外麥克風，例如在外殼邊緣或背面，檢測來自周圍環(huán)境的噪聲，再從語音麥克風的輸出中減去，能提高通話質(zhì)量。 降噪麥克風也經(jīng)常用于影音錄制模式。

波束形成還使用到兩個或多個麥克風數(shù)組。 雖然大多數(shù)麥克風有全向靈敏度，但一些應(yīng)用可得益于一個特定方向所增加的靈敏度或在其他方向降低靈敏度，例如在電話會議中或行車通話時提高音頻質(zhì)量和清晰度。 根據(jù)從不同方向傳來的聲音相位差，波束形成可利用數(shù)字算法到數(shù)組的麥克風輸出，而且還能判定特定聲音傳來的方向。

專用集成電路(ASIC)設(shè)計介紹

麥克風模塊制造商利用選擇合適的MEMS麥克風套件區(qū)分產(chǎn)品，當中已有一對優(yōu)化的MEMS傳感器和ASIC。

麥克風專家選擇合適的MEMS麥克風套件

安森美半導體致力于開發(fā)高度整合的數(shù)字MEMS麥克風ASIC，可以結(jié)合獨立MEMS供貨商所制造的各種MEMS換能器。 例如LC706200數(shù)字IC系列，除了整合模擬放大器和低通濾波器，還整合前饋式delta-sigma ADC，如圖四所示。 還有一個電荷泵， 為MEMS換能器提供工作電壓。

一個前饋delta-sigma ADC實現(xiàn)一個整合數(shù)字輸出的小占位麥克風

安森美半導體的數(shù)字ASIC滿足關(guān)鍵性能標準，可以幫助當今MEMS麥克風設(shè)計人員克服所面臨的挑戰(zhàn)。 其中，高訊噪比(SNR)是必需的，在麥克風用于更大的距離時支持清晰的性能，以及用于通常更清晰的音頻擷取。 特別是自動語音識別算法依賴高訊噪比以達到良好的文字準確率。 現(xiàn)在需要訊噪比大于64db的ASIC，輔以MEMS工程師實現(xiàn)的進展，以優(yōu)化換能器的特點。

隨著終端用戶因為日益增多的各種應(yīng)用而渴求智能手機等裝置有更好的效果，麥克風必須可以在嘈雜環(huán)境中毫無失真地運行到高聲壓級(SPL)，例如社交用戶能進行高質(zhì)量的錄音，捕捉在音樂節(jié)的現(xiàn)場體驗。

數(shù)字MEMS麥克風用于未來的獨立語音指令

由于語音識別引擎和強大的語音助手，如Siri、「OK Google」和亞馬遜Echo，物聯(lián)網(wǎng)和攜帶式裝置領(lǐng)域?qū)φZ音指令功能有高要求。 目前的語音識別系統(tǒng)通常一直在執(zhí)行狀態(tài)，花費相當大量功耗在聆聽和識別語音。 未來的語音指令功能將有望獨立工作，并在語音啟動時打開。 低功耗數(shù)字MEMS麥克風技術(shù)將適用于未來獨立的語音觸發(fā)方案—性能會非常好，功耗極低，比較容易添加到現(xiàn)有設(shè)計中。

算法如噪聲消除和波束形成，分析來自多個麥克風的訊號，需要依靠近似匹配數(shù)組中個別麥克風的靈敏度，理想值在+/-1dB以內(nèi)。 雖然篩選或分級是一個潛在的方案，麥克風設(shè)計人員正在尋找ASIC以提供可調(diào)增益，在MEMS制造中實現(xiàn)制程相關(guān)變化的調(diào)整。

LC706200產(chǎn)品系列提供高性能的方案。 它有一些其他功能，確保在寬工作范圍增強的線性性能，包括-106dBFS的低輸入?yún)⒖荚肼暎哂?kHz低通濾波器的優(yōu)勢實現(xiàn)峰值補償，和利用安森美半導體的千兆奧姆電阻制程的低噪內(nèi)部偏置和調(diào)節(jié)電路。 該組件還具有高電源抑制比(PSRR)，防止進入訊號鏈的不利噪聲，以及保持對語音指令給予響應(yīng)的電源管理，包括睡眠模式和低功耗模式。

結(jié)語

人們使用計算機和智能裝置方式的變化推動了對高性能、可靠MEMS麥克風的需求。 當前市場的數(shù)字ASIC最大化了麥克風開發(fā)人員的自由，以提供同類最佳產(chǎn)品來滿足這些需求。