解析微型數(shù)字傳聲器技術(shù)及其發(fā)展前景

1 引言

近幾年中國微型傳聲器產(chǎn)業(yè)正在飛速增長，尤其微型數(shù)字傳聲器的應用需求日益高漲，作為傳聲器技術(shù)的一個重要分支，在目前快速發(fā)展的手機、筆記本式計算機、平板計算機等多種數(shù)字消費領(lǐng)域中有著非常廣闊的應用前途，并且已經(jīng)顯示出加速發(fā)展的趨勢。下面重點介紹此類微型數(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)字脈沖信號的傳聲器電聲器件。從應用角度來劃分，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，經(jīng)過USB接口音效芯片轉(zhuǎn)換為PC格式的數(shù)字信號輸出接口，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，嚴格說來，此類數(shù)字傳聲器應稱為數(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，可以直接與相應的編解碼芯片（ CODEC）進行數(shù)字信號的傳輸。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　　

隨著計算機技術(shù)對廣大消費電子領(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到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。由于數(shù)字技術(shù)的日漸成熟，越來越多的IC設(shè)計公司開始設(shè)計出帶數(shù)字傳聲器接口的新型音頻芯片（ HAD CODEC）及DSP芯片，由此推動了微型數(shù)字傳聲器的研發(fā)與應用?！　?/p>

2.2數(shù)字傳聲器A/D變換原理　　

目前國際上IC廠商推向市場的內(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?！　?/p>

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

∑一△變換時根據(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所帶來的量化非線性誤差、糾錯困難的缺點?！　?/p>

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　　

模擬信號轉(zhuǎn)換成PCM信號，根據(jù)奈奎斯特準則，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模擬信號采樣后進行量化編碼，每個采樣點可以用多位比特的數(shù)據(jù)量化。量化比特數(shù)越多，采樣精確越高，失真越小，但是電路會變復雜，成本相對增高，不適合低成本數(shù)字傳聲器模數(shù)轉(zhuǎn)換應用。微型數(shù)字傳聲器通常采用1位∑一△模數(shù)轉(zhuǎn)換器，對模擬信號進行過采樣（只能用于帶寬有限的信號，不適合寬頻信號，例如視頻信號），采樣率由外部時鐘提供。過采樣可使量化噪聲遠離被采樣的音頻信號。離信號主頻？s越近，噪聲幅度越小。同時對抗混疊濾波器的要求大大降低，可以達到很高的精度，具體原理及時序圖分別見圖3和圖4.