模拟还是数字:如何选择合适的MEMS传声器接口

2019年2月19日 作者:Bruce Rose

模拟还是数字:如何选择合适的MEMS传声器接口

MEMS(微机电系统)传声器为在各类设备中添加高级通信和监控功能扩展了机会。目前家庭数字助理和支持语音的导航设备的普及只是其中几个例子,还有更多迹象证明语音控制电子产品开始了巨大增长。鉴于MEMS技术已开始主导传声器领域的市场份额,现在正是审视MEMS传声器电气接口的现有类型和用法的好时机。

MEMS传声器背景

MEMS传声器通常由两个位于同一个封装中的半导体芯片构造而成。第一个半导体芯片是一层将声波转换为电气信号的MEMS膜,而第二个芯片则是有时会包含模拟数字转换器 (ADC) 的放大器。如果MEMS传声器不包括ADC,则用户可获得模拟输出信号;而如果包含了ADC,则会出现数字输出信号。

模拟MEMS传声器接口

带有模拟输出的MEMS传声器可轻松连接主机电路,如下图中所示。值得注意的是,传声器的模拟输出信号是由传声器内部的放大器驱动的。因此,这个信号已经达到合理的信号级别,具有相当低的输出阻抗。

采用了隔直电容(C1),因此主机电路的直流输入电压无需匹配MEMS传声器的直流输出电压。由C1和R1组合创造的极点频率必需设定得足够低,才能让预定的音频频率信号以合理的衰减程度传递到主机电路 [即对于20 Hz的最低音频频率范围;1/(2*π*R1*C1) < 20 Hz]。

显示带有模拟输出的MEMS传声器连接到外部放大器的原理图
将带有模拟输出的MEMS传声器连接到外部放大器

数字MEMS传声器接口

带数字接口的MEMS传声器发出的输出信号通常都会使用脉冲密度调制 (PDM)进行编码。通过PDM将模拟信号电压转换为包含相应逻辑高电平信号密度的单比特位数字流。PDM的优点包括抗电气干扰、比特容差和硬件接口简单。

下图显示了带有PDM输出的单个数字传声器连接到主机电路的方式。将“指定”引脚连接到图中的Vdd还是Gnd将决定数据是被判定为时钟信号的上升侧还是下降侧。

显示单个数字PDM传声器连接的原理图
单个数字PDM MEMS传声器连接

下图显示了如何将两个传声器连接到共用时钟和数据线的主机电路。实现立体声传声器时经常采用这种配置。

两个数字PDM传声器共用时钟和数据线连接的原理图
两个数字PDM MEMS传声器可以共用时钟和数据线实现连接

选择模拟还是数字输出

通常根据输出信号的使用方式决定采用带有模拟还是数字输出信号的MEMS传声器。如果是连接到放大器的输入,用于在主机系统内进行模拟处理,则采用模拟输出信号较为方便。简单的扬声器或无线电通讯系统就是一种传统的模拟应用。带有模拟输出的MEMS传声器因为不存在ADC,往往还具有比带有数字输出的传声器更低的功耗。

MEMS传声器发出的数字输出信号用于数字电路时(通常是微控制器或数字信号处理器 (DSP) ),通常颇具优势。如果传声器和主机电路之间的导体处于电噪声环境中,则数字输出信号也会体现优势,因为数字输出信号会表现出比传统模拟信号更大的电噪声抗扰度。

结论

MEMS传声器技术还会继续保留,因此务必要了解各种可用配置。谈到选择模拟还是数字输出时,最终取决于如何使用输出信号以及要在哪种系统中实现它。幸好CUI提供了多种带有模拟或数字(PDM)输出的MEMS传声器,可以帮助匹配您的具体设计要求。

有用资源

查看CUI供应的MEMS传声器型号
阅读我们的博客文章,“MEMS和驻极体电容(ECM)传声器的比较”

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Bruce Rose

Bruce Rose

首席应用设计师

Bruce Rose在电子产品行业从事多年设计、销售和营销工作,主要致力于模拟电路和功率输送领域。他的工作经验涉及组织和主持国际研讨会、在超过40个技术大会和期刊中出版文章和发表演讲,并且获得了七项专利。Bruce不仅享受工作,更加享受与家人共度远足、骑行和玩皮划艇的美妙时光,同时还热衷于各种规模和型号的航空器。

 
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