詳細解析MEMS麥克風(fēng)的實現(xiàn)原理

數(shù)字MEMS麥克風(fēng)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(fēng)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(fēng)之處放置一個或多個額外麥克風(fēng)，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(fēng)的輸出中減去，能提高通話質(zhì)量。 降噪麥克風(fēng)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(fēng)數(shù)組。 雖然大多數(shù)麥克風(fēng)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(fēng)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(fēng)模塊制造商利用選擇合適的MEMS麥克風(fēng)套件區(qū)分產(chǎn)品，當(dāng)中已有一對優(yōu)化的MEMS傳感器和ASIC。

麥克風(fēng)專家選擇合適的MEMS麥克風(fēng)套件

安森美半導(dǎo)體致力于開發(fā)高度整合的數(shù)字MEMS麥克風(fēng)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(fēng)

安森美半導(dǎo)體的數(shù)字ASIC滿足關(guān)鍵性能標(biāo)準(zhǔn)，可以幫助當(dāng)今MEMS麥克風(fēng)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(fēng)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(zhǔn)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(fēng)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(fēng)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(dāng)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(fēng)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(fēng)的訊號，需要依靠近似匹配數(shù)組中個別麥克風(fēng)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(fēng)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?，具?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(dǎo)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(fēng)的需求。 當(dāng)前市場的數(shù)字ASIC最大化了麥克風(fēng)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。