了解 MEMS 麦克风接口:模拟与数字(PDM 和 I²S)

导言

MEMS(微机电系统)麦克风通过在智能设备中实现紧凑、低功耗和高性能的音频采集,为现代音频系统带来了革命性的变化。从智能扬声器到汽车电子产品,MEMS 麦克风被嵌入到数以百万计的产品中。了解它们的电气接口模拟量, PDMI²S-是为您的设计选择正确解决方案的关键。

在本文中,我们将对这些流行的 MEMS 麦克风接口进行比较,并探讨其系统级权衡和设计注意事项。

MEMS 麦克风架构

标准的 MEMS 麦克风在一个封装内包含两个关键部件:

  • 将声压转化为电信号的 MEMS 膜片。
  • 放大器芯片,其中可能还包括一个 模数转换器 (ADC).

当没有集成 ADC 时,麦克风可提供 模拟输出.通过板载模数转换器,麦克风可输出一个 数字信号-无论是在 PDMI²S 格式。

模拟 MEMS 麦克风:简单、低功耗

模拟 MEMS 麦克风提供直接的接口,可提供低输出阻抗的预放大信号。该信号可直接连接到主机系统上的外部放大器或 ADC。

主要设计考虑因素

为防止麦克风和主机输入端之间出现直流失配,需要在麦克风和主机输入端之间安装一个 直流阻断电容器 (C1) 与电阻器 (R1) 一起使用。由此产生的高通滤波器必须允许低至 20 Hz 的频率:

1 / (2π × R1 × C1) < 20 赫兹

优势

  • 降低功耗
  • 简化信号链
  • 适用于模拟系统
模拟 MEMS 麦克风连接到外部放大器

PDM MEMS 麦克风:结构紧凑、抗噪

脉冲密度调制(PDM) 是一位数字输出,其中逻辑高电平的密度代表信号振幅。PDM 微机电系统麦克风因其以下优点而广受欢迎:

  • 抗电噪声能力强
  • 简易立体声设置 使用共享时钟/数据线

配置

  • 使用 选择引脚 (连接至 GND 或 VDD),以确定数据是在时钟上升沿还是下降沿传输。
  • 双麦克风可共享相同的数据线和时钟线,但边沿分配相反。

🔧 应用技巧: 要进行立体声录音,可在同一时钟上配置两个 PDM 麦克风,并使用不同的 "选择 "设置。

数字 PDM MEMS 麦克风单连接

I²S MEMS 麦克风:直接 DSP 接口

I²S(Inter-IC Sound)输出麦克风具有先进的数字信号功能。这些设备包括

  • 片上抽取滤波器
  • 标准音频采样率
  • 与 DSP 或微控制器直接连接

与 PDM 相比,I²S 无需外部 ADC 或抽取滤波器,从而降低了系统复杂性。

🛠️ I²S 双麦克风设置
两个麦克风可以共享同一条数据线,但需要独立的位时钟和字时钟。

使用时钟和数据线连接两个数字 PDM MEMS 麦克风

您应该选择哪种界面?

界面最适合耗电量系统复杂性
模拟简单的模拟设计
PDM受尺寸限制的数字音频系统中度中型
I²S基于 DSP 的系统、立体声录音更高

👉 模拟 MEMS 麦克风是助听器或基本音频传感等低功耗系统的理想选择。

👉 数字 输出(PDM 或 I²S)推荐用于带有数字信号处理功能的高性能应用,如语音助手或人工智能驱动的音频系统。

无锡硅源科技有限公司MEMS 解决方案

无锡硅源科技有限公司我们提供完整的 MEMS 麦克风产品组合:

  • 模拟 MEMS 麦克风 用于超低功耗设计
  • 数字 PDM 麦克风 用于紧凑型嵌入式系统
  • 数字 I²S 麦克风 适用于高保真音频应用

我们的元件被广泛应用于智能手机、智能家居设备、汽车系统和工业人工智能应用。

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结论

选择合适的 MEMS 麦克风接口对于优化音频性能、功耗和系统复杂性至关重要。无论您是在制造声控智能设备还是低功耗传感器节点,无锡硅源都能提供合适的音频解决方案,满足您的设计目标。

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