模拟还是数字：如何选择适当的 MEMS 麦克风接口

2019年7月12日

更多地了解模拟和数字 MEMS 接口之间的区别。

CUI Devices'的Bruce Rose撰写的这篇内容丰富且易于理解的文章探讨了模拟和数字MEMS麦克风接口之间的差异，以及如何为您的设计选择正确的麦克风输出类型。

MEMS（微电子机械系统）麦克风扩展了为一系列设备增添高级通信和监控功能的机会。当前家庭数字助理和语音导航设备的普及只是其中一些例子，有望开启语音控制电子产品巨大增长的序幕。随着 MEMS 技术开始主导麦克风领域的市场份额，现在是审视现有 MEMS 麦克风电气接口类型以及如何使用它们的好时机。

MEMS 麦克风的构造通常是将两个半导体芯片放置在单个封装结构中。第一个半导体芯片是将声波转换为电信号的 MEMS 膜，第二个芯片则是有时含有模数转换器 (ADC) 的放大器。如果 MEMS 麦克风中没有 ADC，则向用户提供模拟输出信号；如果 MEMS 中有 ADC，则会有数字输出信号。

带模拟输出的 MEMS 麦克风能实现与主机电路的直观接口，如下图所示。但应当注意的是，麦克风的模拟输出信号由麦克风内部的放大器驱动。因此，它已经处于合理的信号电平，而且输出阻抗相当低。

采用了隔直流电容器 (C1)，使得主机电路的直流输入电压不必等于 MEMS 麦克风的直流输出电压。C1 和 R1 组合产生的极点频率需要设置得很低，足以将所需的成音频率信号传递到主机电路而保持衰减处于可接受的水平 [即对于最低成音频率范围 20 Hz；1/(2*π*R1*C1) < 20 Hz]。

连接带模拟输出的 MEMS 麦克风与外部放大器

带数字接口的 MEMS 麦克风产生的输出信号常常使用脉冲密度调制 (PDM) 进行编码。通过 PDM，模拟信号电压被转换为单比特数字流，包含相应密度的逻辑高信号。PDM 的部分优势包括电噪声抗扰性、位误差包容性以及简单的硬件接口。

下图显示的是带 PDM 输出的一个数字麦克风与主机电路连接的方式。将“选择”引脚连接到图中所示的 Vdd 或 Gnd 可确定数据是在时钟信号的上升沿还是下降沿。

单数字 PDM MEMS 麦克风连接

下图显示的是两个麦克风可以怎样使用共用时钟和数据线路与主机电路连接。这种配置经常在实现立体声麦克风时采用。

两个数字 PDM MEMS 麦克风可以使用相同的时钟和数据线路来连接

是否决定采用带模拟或数字输出信号的 MEMS 麦克风取决于使用输出信号的方式。如果是连接到放大器的输入以便在主机系统内进行模拟处理，则模拟输出信号比较方便。传统模拟应用情形的例子包括简单的扬声器或无线电通信系统。另外，带模拟输出的 MEMS 麦克风由于没有 ADC，因此功耗比那些带数字输出的要低。

来自 MEMS 麦克风的数字输出信号在运用于数字电路时会有优势，通常是微控制器或数字信号处理器 (DSP)。如果麦克风和主机电路之间的导体位于有电噪声的环境中，数字输出信号也比较有益，因为数字输出信号比传统模拟信号的电噪声抗扰性更强。

MEMS 麦克风技术将继续存在，因此了解各种可用配置很重要。选择模拟还是数字输出的决定取决于将如何使用输出信号以及它将在哪种类型的系统中实现。令人高兴的是，CUI Devices 提供一系列带模拟或数字 (PDM) 输出的 MEMS 麦克风，帮助符合您设计方案的特殊要求。

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