作者：Bruce Rose
MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）傳聲器為在各類(lèi)設(shè)備中添加高級(jí)通信和監(jiān)控功能擴(kuò)展了機(jī)會(huì)。目前家庭數(shù)字助理和支持語(yǔ)音的導(dǎo)航設(shè)備的普及只是其中幾個(gè)例子，還有更多跡象證明語(yǔ)音控制電子產(chǎn)品開(kāi)始了巨大增長(zhǎng)。鑒于MEMS技術(shù)已開(kāi)始主導(dǎo)傳聲器領(lǐng)域的市場(chǎng)份額，現(xiàn)在正是審視MEMS傳聲器電氣接口的現(xiàn)有類(lèi)型和用法的好時(shí)機(jī)。
MEMS傳聲器背景
MEMS傳聲器通常由兩個(gè)位于同一個(gè)封裝中的半導(dǎo)體芯片構(gòu)造而成。第一個(gè)半導(dǎo)體芯片是一層將聲波轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的MEMS膜，而第二個(gè)芯片則是有時(shí)會(huì)包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的放大器。如果MEMS傳聲器不包括ADC，則用戶(hù)可獲得模擬輸出信號(hào)；而如果包含了ADC，則會(huì)出現(xiàn)數(shù)字輸出信號(hào)。
模擬MEMS傳聲器接口
帶有模擬輸出的MEMS傳聲器可輕松連接主機(jī)電路，如下圖中所示。值得注意的是，傳聲器的模擬輸出信號(hào)是由傳聲器內(nèi)部的放大器驅(qū)動(dòng)的。因此，這個(gè)信號(hào)已經(jīng)達(dá)到合理的信號(hào)級(jí)別，具有相當(dāng)?shù)偷妮敵鲎杩埂?/span>
采用了隔直電容(C1)，因此主機(jī)電路的直流輸入電壓無(wú)需匹配MEMS傳聲器的直流輸出電壓。由C1和R1組合創(chuàng)造的極點(diǎn)頻率必需設(shè)定得足夠低，才能讓預(yù)定的音頻頻率信號(hào)以合理的衰減程度傳遞到主機(jī)電路 [即對(duì)于20 Hz的最低音頻頻率范圍；1/(2*π*R1*C1) < 20 Hz]。
數(shù)字MEMS傳聲器接口
帶數(shù)字接口的MEMS傳聲器發(fā)出的輸出信號(hào)通常都會(huì)使用脈沖密度調(diào)制 (PDM)進(jìn)行編碼。通過(guò)PDM將模擬信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為包含相應(yīng)邏輯高電平信號(hào)密度的單比特位數(shù)字流。PDM的優(yōu)點(diǎn)包括抗電氣干擾、比特容差和硬件接口簡(jiǎn)單。
下圖顯示了帶有PDM輸出的單個(gè)數(shù)字傳聲器連接到主機(jī)電路的方式。將“指定”引腳連接到圖中的Vdd還是Gnd將決定數(shù)據(jù)是被判定為時(shí)鐘信號(hào)的上升側(cè)還是下降側(cè)。
下圖顯示了如何將兩個(gè)傳聲器連接到共用時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線的主機(jī)電路。實(shí)現(xiàn)立體聲傳聲器時(shí)經(jīng)常采用這種配置。
選擇模擬還是數(shù)字輸出
通常根據(jù)輸出信號(hào)的使用方式?jīng)Q定采用帶有模擬還是數(shù)字輸出信號(hào)的MEMS傳聲器。如果是連接到放大器的輸入，用于在主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行模擬處理，則采用模擬輸出信號(hào)較為方便。簡(jiǎn)單的揚(yáng)聲器或無(wú)線電通訊系統(tǒng)就是一種傳統(tǒng)的模擬應(yīng)用。帶有模擬輸出的MEMS傳聲器因?yàn)椴淮嬖贏DC，往往還具有比帶有數(shù)字輸出的傳聲器更低的功耗。
MEMS傳聲器發(fā)出的數(shù)字輸出信號(hào)用于數(shù)字電路時(shí)（通常是微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) ），通常頗具優(yōu)勢(shì)。如果傳聲器和主機(jī)電路之間的導(dǎo)體處于電噪聲環(huán)境中，則數(shù)字輸出信號(hào)也會(huì)體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閿?shù)字輸出信號(hào)會(huì)表現(xiàn)出比傳統(tǒng)模擬信號(hào)更大的電噪聲抗擾度。
結(jié)論
MEMS傳聲器技術(shù)還會(huì)繼續(xù)保留，因此務(wù)必要了解各種可用配置。談到選擇模擬還是數(shù)字輸出時(shí)，最終取決于如何使用輸出信號(hào)以及要在哪種系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)它。幸好CUI提供了多種帶有模擬或數(shù)字(PDM)輸出的MEMS傳聲器，可以幫助匹配您的具體設(shè)計(jì)要求。
