アナログとデジタルのMEMSマイクロフォンインターフェースの違い、そして設計に適したタイプのマイクロフォン出力を選択する方法について、この有益でわかりやすい記事で探ってみましょう。 キュイ デバイスの ブルース・ローズ。
MEMS (微小電気機械システム) マイクにより、さまざまなデバイスに高度な通信機能や監視機能を追加する機会が広がりました。現在、家庭用デジタルアシスタントや音声対応ナビゲーションデバイスが人気を集めていますが、これは音声制御電子機器の飛躍的な成長を後押しする一例にすぎません。MEMS技術がマイクロフォン分野の市場シェアを独占し始めているため、利用可能なMEMSマイクロフォンの電気インターフェースの種類とその操作方法を検討するのに適した時期です。
MEMSマイクとは何ですか?
MEMSマイクロフォンは通常、2つの半導体チップを1つのパッケージに収めて構築されます。最初の半導体チップは音波を電気信号に変換するMEMSメンブレンであり、2番目のチップはアナログ - デジタル コンバーター (ADC) を含むこともあるアンプです。MEMSマイクにADCが含まれていない場合はアナログ出力信号がユーザーに提供され、ADCが含まれている場合はデジタル出力信号が提供されます。
アナログMEMSマイクインターフェース
アナログ出力を備えたMEMSマイクロフォンを使用すると、下の図に示すように、ホスト回路への簡単なインターフェースが可能になります。マイクのアナログ出力信号は、マイクの内部にあるアンプによって駆動されることに注意してください。したがって、出力インピーダンスがかなり低く、すでに適切な信号レベルになっています。
DCブロッキング コンデンサ (C1) が採用されているため、ホスト回路のDC入力電圧をMEMSマイクのDC出力電圧に一致させる必要はありません。C1とR1の組み合わせによって生成される極周波数は、目的のオーディオ周波数信号が許容可能なレベルの減衰でホスト回路に渡されるように十分に低く設定する必要があります (つまり、最小オーディオ周波数範囲20 Hzの場合、1/(2*π*R1*C1) < 20 Hz)。
アナログ出力のMEMSマイクを外部アンプに接続する
デジタルMEMSマイクインターフェース
デジタル インターフェースを備えたMEMSマイクからの出力信号は、多くの場合、パルス密度変調 (PDM) を使用してエンコードされます。PDMを使用すると、アナログ信号電圧は、対応する密度のロジックハイ信号を含む1ビットのデジタル ストリームに変換されます。PDMの利点としては、電気ノイズ耐性、ビット エラー許容度、シンプルなハードウェア インターフェイスなどが挙げられます。
下の図は、PDM出力を備えた単一のデジタル マイクをホスト回路に接続する方法を示しています。図の「Select」ピンをVddまたはGndのいずれかに接続すると、データがクロック信号の立ち上がりエッジでアサートされるか、立ち下がりエッジでアサートされるかが決まります。
シングルデジタルPDM MEMSマイク接続
下の図は、共有クロック ラインとデータ ラインを使用して2つのマイクをホスト回路に接続する方法を示しています。この構成は、ステレオ マイクを実装するときによく使用されます。
2つのデジタルPDM MEMSマイクを同じクロックとデータラインを使用して接続できます。
MEMSマイクのアナログ出力またはデジタル出力の選択
アナログ出力信号またはデジタル出力信号を備えたMEMSマイクロフォンを使用するかどうかの決定は、多くの場合、出力信号がどのように使用されるかによって決まります。アナログ出力信号は、ホスト システム内でアナログ処理を行うためにアンプの入力に接続する場合に便利です。従来のアナログ アプリケーションの例としては、単純なスピーカーや無線通信システムなどがあります。アナログ出力のMEMSマイクは、ADCがないため、デジタル出力のマイクよりも消費電力が低くなる傾向があります。
MEMSマイクからのデジタル出力信号は、信号がデジタル回路、通常はマイクロコントローラまたはデジタル信号プロセッサ (DSP) に適用される場合に有利です。デジタル出力信号は、従来のアナログ信号よりも優れた電気ノイズ耐性を示すため、マイクロフォンとホスト回路間の導体が電気的ノイズの多い環境にある場合にも役立ちます。
結論
MEMSマイク テクノロジーは今後も使用される予定なので、利用可能なさまざまな構成を理解することが重要です。アナログ出力またはデジタル出力を選択する場合、出力信号の使用方法と、それが実装されるシステムの種類によって決定されます。幸いなことに、 CUI Devices は、アナログまたはデジタル (PDM) 出力のさまざまなMEMSマイクを提供しており、設計の特定の要件を満たすのに役立ちます。
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