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English 在现代音频系统设计中，MEMS（微机电系统）麦克风因其体积小、功耗低、性能强而在很大程度上取代了传统的模拟麦克风。它们的最大优势之一是 数字输出这不仅简化了集成，还提高了抗噪能力。在本文中，我们将探讨 MEMS 麦克风最常用的两种数字接口，比较它们的特性，并介绍如何为您的应用选择正确的格式。
1.数字输出为何重要
模拟麦克风输出的可变电压必须经过抗混叠滤波器和外部模数转换器（ADC），而数字 MEMS 麦克风则不同，它将 ADC 集成在芯片上。这就产生了
- 卓越的抗电磁干扰能力
信号就在振膜上被数字化，因此不会受到 PCB 线路上电磁噪声的干扰。 - 简化 PCB 布局
无需精密模拟路由或额外的滤波元件。 - 性能稳定
严格的 ADC 出厂校准可确保部件与部件之间的差异最小。
2.两个主要数字接口
2.1 PDM（脉冲密度调制）
- 如何使用 输出单比特高速率数据流，其密度与声压级相对应。
- 时钟 需要一条时钟线（通常为 1-3 MHz）。
- 优点
- 非常简单的界面
- 引脚数少
- 缺点
- 需要大量的 MCU/DSP 处理来进行解码和滤波
- 高速时钟可能需要仔细的 PCB 布局
2.2 I²S（集成电路间声音）
- 如何使用 通过字选择和位时钟同步发送多位数字音频字（通常为 16-24 位）。
- 时钟 两条或三条线路：位时钟 (BCLK)、字选择 (WS) 和可选的主时钟 (MCLK)。
- 优点
- 音频分辨率高，无需额外过滤
- 支持多种音频编解码器和数字信号处理器
- 促进多麦克风同步
- 缺点
- 需要更多插销
- 物料清单和布线复杂度略高
3.在 PDM 和 I²S 之间做出选择
| 标准 | PDM | I²S |
|---|---|---|
| 针数 | 低电平（数据 + 时钟） | 更高（BCLK + WS [+ MCLK]) |
| 处理负荷 | 高（固件中的抽取/滤波器） | 低（直接多位数据） |
| 音频质量 | 取决于抽取滤波器的设计 | 原生高位分辨率 |
| 多麦克风阵列 | 可能，但复杂 | 通过共享时钟更轻松地同步 |
使用 PDM 当您需要最简单的硬件接口，并有足够的处理余量在软件中过滤数据流时，就可以使用它。
使用 I²S 当您需要更高分辨率的音频、更容易实现多个麦克风之间的同步或与标准音频外设兼容时，您就可以使用该系统。
4.带数字输出的 SISTC MEMS 麦克风
在 无锡硅源科技有限公司我们的数字 MEMS 麦克风支持 PDM 和 I²S 接口，为设计人员提供了最大的灵活性：
- DM2611 数字 MEMS 麦克风
- SNR: 64 dB | AOP: 125 dB SPL | 接口：PDM 和 I²S - DM4710 超低功耗 MEMS 麦克风
- 工作电流：12 µA | SNR：62 dB | 接口：PDM 和 I²S
无论您是在构建智能扬声器、可穿戴设备还是汽车语音控制系统，这些部件都能提供易于集成的可靠数字音频。
5.更多阅读
- PDM 与 I²S：选择合适的数字麦克风接口 - 模拟器件技术简介¹
- MEMS 麦克风基础知识 - TDK InvenSense 白皮书²
¹ https://www.analog.com/en/technical-articles/understanding-pdm-and-i2s-interfaces.html
² https://www.invensense.tdk.com/technology/mems-microphones/
