使用静电反馈控制的高动态范围 MEMS 麦克风

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导言

随着语音交互界面、智能可穿戴设备和边缘人工智能音频系统的快速发展，对语音技术的需求也在不断增长。 高性能、低功耗数字麦克风 正在增长。一个主要的技术挑战是实现 宽动态范围（DR） 同时保持 功耗极低 和一个 外形紧凑.

在 无锡硅源科技有限公司（SiSTC）我们继续探索尖端技术，例如 静电力反馈控制（EFFC） 推动 CMOS-MEMS 麦克风性能.

基于 EFFC 的 MEMS 麦克风架构概述

拟议的麦克风架构集成了一个新颖的 静电力反馈控制（EFFC） 系统，可根据输入振幅动态调整 MEMS 传感器的偏置。这种方法可以

  • 📈 自适应机械增益在模拟前端 (AFE) 之前起作用
  • 🔧 放宽噪音要求 用于读出电子设备
  • ⚡ 降低功耗 信号完整性高

通过实时应用静电反馈力，系统可根据输入 SPL（声压级）调节灵敏度，从而有效地 扩大声学动态范围 而不会牺牲低端灵敏度或高端过载处理能力。

主要技术特点

✅ 电容反馈仪表放大器（CFB IA）

传统的电阻反馈放大器（RFB IA）会产生大量热噪声。这种设计用一个 电容反馈 IA 特色：

  • 可调节增益
  • 更强的低噪音性能
  • 整个声压级频谱的线性度更好

✅ 子采样振幅检测器（SSAD）

为了高效地检测实时声能，一个 低功耗 SSAD 使用

  • 级联低阶抽取滤波器
  • 实时音量估算
  • 高分辨率声压级跟踪

✅ 预测参考电荷泵 (PRCP)

目前 PRCP 模块 使用微处理器对 MEMS 偏置电压进行高精度微调：

  • 闭环控制结构
  • 预测逻辑缩短沉淀时间
  • 快速响应动态输入变化

衡量绩效

参数价值
信噪比（SNR）68.2 分贝 @ 94 分贝声压级
声学过载点 (AOP)133 分贝声压级
声学动态范围 (DR)107.2 分贝
耗电量430 μA @ 3.072 MHz 时钟

这种性能水平使拟议的系统非常适合需要同时满足以下要求的应用场合 耳语级灵敏度 和 喊话器超载容忍度.

应用和市场相关性

基于 EFFC 的 MEMS 麦克风非常适合于以下用途

  • 🎧 智能耳塞和可穿戴设备
  • 🚘 汽车语音控制和车内感应
  • 🧠 边缘人工智能和远场语音助手
  • 🎙️ 专业音频和降噪系统

🔍
👉 https://sistc.com/product-category/mems-microphone/

结论

整合 静电力反馈, 子采样振幅检测和 预测性充电控制 在 CMOS-MEMS 麦克风中的应用是动态范围感知音频传感领域的一项突破。SiSTC 正积极投资于这些前沿技术，以实现下一代音频传感技术。 自适应高分辨率语音界面.

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