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MEMS麥克風的電路設計與實現(xiàn)(四)

2021/08/13
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承接上文:

MEMS麥克風的電路設計與實現(xiàn)(一)

MEMS麥克風的電路設計與實現(xiàn)(二)

MEMS麥克風的電路設計與實現(xiàn)(三)

設備麥克風信號通路要求-帶寬

采樣率(Fs)決定了PCM系統(tǒng)的帶寬      

下表列出了常見的音頻帶寬和相應的采樣率要求。要使音頻系統(tǒng)具有20kHz帶寬,采樣率必須為40kHz或更高。48kHz和44.1kHz (cd中使用)是典型的比率。在通信系統(tǒng)中,全頻帶音頻是通過VoIP(因特網(wǎng)協(xié)議通話)和VoLTE(長期演進語音承載)技術(shù)實現(xiàn)的。

另一個常用的采樣率是96kHz。它可能需要在麥克風系統(tǒng)用于捕獲頻率高達48kHz的超聲波。在可聽頻率范圍內(nèi),使用96kHz采樣率不太可能提高音頻質(zhì)量。

即使是32kHz或16kHz的采樣率也足夠高,如果目標不是覆蓋整個20kHz可聽到的聲音帶寬。為了獲得諸如較低的傳輸比特率、較低的系統(tǒng)電流消耗、較簡單的系統(tǒng)或較低的價格,可以考慮較低的采樣率。甚至16kHz采樣率和相應的8kHz音頻帶寬使“HD聲音”質(zhì)量和使用AMR-WB(自適應多速率寬帶;ITU-T / 3GPP)用于GSM電話的編解碼器。

目前數(shù)字麥克風的消耗量通常高于具有可比性能水平的模擬接口麥克風的消耗量。這種差異是由于模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換是在麥克風中完成的,而不是在信號鏈的后面進行。還有其他因素影響目前的數(shù)字麥克風系統(tǒng)的功耗。功耗取決于電源電壓水平,時鐘頻率和系統(tǒng)中的電容負載。時鐘頻率越高,時鐘和數(shù)據(jù)線必須從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)來回的速度就越快。電容負載越高,驅(qū)動這些線路消耗的電流就越多。

當前高性能數(shù)字麥克風的消耗對于某些應用程序或用例來說可能太高了。也可能有其他原因想要改變麥克風的特性。多模式麥克風解決了對麥克風通用性的需要。PDM MEMS麥克風中最常見的可用替代使用模式是低功耗模式,這種模式通常會降低麥克風的性能,以實現(xiàn)更低的電流消耗。

在PDM接口麥克風中,這種模式通常通過改變麥克風時鐘的頻率來控制。當然,這意味著設備系統(tǒng)(/編解碼器)必須有所需的可用時鐘頻率和從一個頻率切換到另一個的方式。例如,在正常使用模式下,2.4或3.072 MHz,768kHz可以使用于低功耗模式。

系統(tǒng)還應該考慮到從一種模式到另一種模式的切換可能不是完全無故障的。為了避免麥克風系統(tǒng)輸出中的任何不必要的彈出或點擊,在模式切換期間,麥克風信號可能必須暫時靜音。

另外,關于EMC

電磁兼容性(EMC),描述了麥克風的能力。

  • 在不受電磁環(huán)境干擾的設備中運行
  • 不干擾設備中的其他系統(tǒng)

麥克風的EMC問題可以以不同的方式顯示:

  • 麥克風被設備中的輻射或傳導干擾干擾
  • 設計糟糕的數(shù)字麥克風(例如,信號升降速度過快,受到損害)

接地)可以發(fā)射干擾,可以影響天線位于非常接近麥克風

  • 麥克風——實際上是一個相對較大的接地金屬盒——被動地干擾的功能

相鄰天線

  • 這可以通過將麥克風移離天線或改善接地來減輕

智能手機等聯(lián)網(wǎng)設備中有許多噪聲源:

  • 無線連接天線(蜂窩網(wǎng)絡、wi-fi等)同時輸出電場和磁場
  • 干擾與傳聲器連接的其他信號線
  • 間接耦合:例如,在設備本身或內(nèi)部產(chǎn)生的輻射射頻干擾

外部源耦合成信號軌跡,并從那里到麥克風

  • 嘈雜的理由
  • 電噪聲元件(如射頻電源系統(tǒng))可能會給麥克風信號軌跡增加噪聲

當射頻干擾耦合到麥克風信號線或直接進入麥克風本身時,就會出現(xiàn)射頻干擾。這種干擾會傳播到麥克風的輸出信號,并造成一種可聽的干擾,即“TDMA噪聲”。GSM蜂窩設備在800至900MHz和1800至1900MHz使用時分多址(TDMA)技術(shù)。傳輸脈沖在可聽到的217Hz頻率和功率水平可以很高,導致217Hz的脈沖耦合到麥克風輸出信號。

麥克風實現(xiàn)必須被很好地執(zhí)行,以便麥克風被很好地保護,從所有輻射和傳導干擾存在于無線連接設備。

麥克風信號應該濾波,例如,電容器電感

  • 一個電容(C)通過高頻,取決于它的電容值,因此它可以用于短路多余的高頻到設備的地
  • 電感器(L)允許低頻率通過和阻止高頻率,因此它可以在信號線上用于串聯(lián)過濾無線電頻率干擾
  • 電容器和電感器的組合可以產(chǎn)生最好的濾波結(jié)果;例如,所謂的圓周率濾波器(見下圖)

 

圖12 Pi Filter

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兔爾摩斯,芯片領域應用工程師背景。 主要分享消費類電子領域行業(yè)動態(tài),硬件方案等。希望專欄文章,能夠幫助到行業(yè)同仁,同時,在寫作和整理地過程中,也不斷鞭策自己,學無止境,業(yè)精于勤。