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数字麦克风技术及发展现状

上网日期: 2010年08月24日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:数字麦克风? 技术? 数字转换芯片?

参看下图2,数字麦克风的基本架构是以驻极体隔膜或MEMS基础来构成声压到电压的转换部分,然后内部集成极低噪声的电压信号运算放大器,高性能Σ·Δ模拟到数字的转换器以及基于脉冲密度调制输出的数字接口,并支持立体声或者时分复用。

数字麦克风技术及发展现状(电子工程专辑)
图2

当然,更重要的是数字麦克风产品需要满足苛刻的性能指标,飞兆半导体以向产业界提供高性能模拟产品为己任,并正在提供如下优异的产品指标:

输入声压级 94dB SPL即– 26dBFS时,信噪比(SNR)为60-62dBc(A).

PGA + ADC 综合底噪为6.3 μVRMS ,单纯PGA底噪为3.2 μVRMS .

输入声压级 94dB SPL即– 26dBFS时,总谐波失真(THD)

在不影响总谐波失真(THD)的情况下,设计最大输入信号为: 710 mVP-P.

针对声电转换敏感度-42到-38dBV/Pa的麦克风增益12,14,16dB可选.

芯片工作电流 ≤ 450 μA.

下面作者就麦克风产品中上述部分参数进行阐述,在声学设备应用中,我们引入了声压级(SPL: sound pressure level)这个气压相对参数来表征声音的大小,声压Lp是以20微帕斯卡(μPascal)为基准来表征声音压强大小的对数结果。

数字麦克风技术及发展现状(电子工程专辑)

因此,1帕斯卡大小有效声压对应的声压级就是大约94dB SPL.

即Lp(1Pascal)=20log10(1 Pa/20 μPa) = 93.97 dB(SPL) ≈ 94 dB(SPL).

然后,我们知道典型的ECM麦克风的灵敏度是-42到-38dBV/Pa,也就是说通常麦克风拾音前端接收到1帕斯卡的音压会产生-42到-38dBV的平均电压波动输出到放大前端,dBV为即以1Vrms(有效电压或说电压均方根值)做为基准来表征麦克风转化得到的电压输入大小。所以,-42dBV=7.9mVRMS=22.4mVP-P,由此,120dB SPL

声压被麦克风前端吸收将会产生 120dBSPL–94dBPa/SPL–42dBV/Pa=-16dBV 电压或者说158.5mVRMS,同时,我们在麦克风指标中也提到了dBFS,所谓dBFS就是ADC输入电压相对ADC参考电压的对数表示即:20×log10(VIN × AV / VREF)=dBFS,我们称之为分数全刻度(Fractional Full Scale),通常我们把麦克风前端声压输入为120dB SPL时对应设置Av(放大器增益)和VREF来使VIN × AV / VREF=1,当然这些Av和VREF一般来说已经在芯片内部配置完成,所以,对于此给定设置的芯片,0dBFS对应120dB SPL, -26dBFS也就对应94dB SPL了。最后,我们来谈谈信噪比和噪声的计算,信噪比通常用dBc或者dB来表示,c代表载波(carrier),所以一般表征以噪声为基准的信号对数强度时候我们可用dBc,上文提及产品输入声压级 94dB SPL即– 26dBFS时,信噪比为62dBc(A),也就是说120dB SPL即0dBFS时,信噪比为88dBc(A),32dB SPL即– 88dBFS时,信噪比(SNR)为0dBc即有效信号与噪声强度完全相等,所以产品系统底噪(Noise Floor)=32dB(SPL),对应噪声电压=32dBSPL–94dBPA/SPL–42dBV/Pa=-104 dBV=6.3 μVRMS。同时也可知本数字麦克风芯片的输入动态范围为32-120dB(SPL)。

总的来说,通过对本文的理解,读者可以了解到,为满足用户对在移动设备上获得更好的听觉体验的广泛需求,新的高性能数字麦克风正在有助于目标应用大幅提升音质,甚至提供噪声确定和过滤等更多功能,譬如整合多个数字麦克风来实现噪声抑制和方向性拾声。随着便携式设备在大噪声的环境中的使用率不断提高以及提升手机通话以及多方通话的音质的迫切需求,数字麦克风必将全面盛行。


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