作者：Bruce Rose

MEMS（微機電系統）傳聲器為在各類(lèi)設備中添加高級通信和監控功能擴展了機會(huì )。目前家庭數字助理和支持語(yǔ)音的導航設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(cháng)。鑒于MEMS技術(shù)已開(kāi)始主導傳聲器領(lǐng)域的市場(chǎng)份額，現在正是審視MEMS傳聲器電氣接口的現有類(lèi)型和用法的好時(shí)機。 

MEMS傳聲器背景

MEMS傳聲器通常由兩個(gè)位于同一個(gè)封裝中的半導體芯片構造而成。第一個(gè)半導體芯片是一層將聲波轉換為電氣信號的MEMS膜，而第二個(gè)芯片則是有時(shí)會(huì )包含模擬數字轉換器 (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；而如果包含了ADC，則會(huì )出現數字輸出信號。

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電路，如下圖中所示。值得注意的是，傳聲器的模擬輸出信號是由傳聲器內部的放大器驅動(dòng)的。因此，這個(gè)信號已經(jīng)達到合理的信號級別，具有相當低的輸出阻抗。

采用了隔直電容(C1)，因此主機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)頻率必需設定得足夠低，才能讓預定的音頻頻率信號以合理的衰減程度傳遞到主機電路 [即對于20 Hz的最低音頻頻率范圍；1/(2*π*R1*C1) < 20 Hz]。

數字MEMS傳聲器接口

帶數字接口的MEMS傳聲器發(fā)出的輸出信號通常都會(huì )使用脈沖密度調制 (PDM)進(jìn)行編碼。通過(guò)PDM將模擬信號電壓轉換為包含相應邏輯高電平信號密度的單比特位數字流。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)數字傳聲器連接到主機電路的方式。將“指定”引腳連接到圖中的Vdd還是Gnd將決定數據是被判定為時(shí)鐘信號的上升側還是下降側。

下圖顯示了如何將兩個(gè)傳聲器連接到共用時(shí)鐘和數據線(xiàn)的主機電路。實(shí)現立體聲傳聲器時(shí)經(jīng)常采用這種配置。

選擇模擬還是數字輸出

通常根據輸出信號的使用方式?jīng)Q定采用帶有模擬還是數字輸出信號的MEMS傳聲器。如果是連接到放大器的輸入，用于在主機系統內進(jìn)行模擬處理，則采用模擬輸出信號較為方便。簡(jiǎn)單的揚聲器或無(wú)線(xiàn)電通訊系統就是一種傳統的模擬應用。帶有模擬輸出的MEMS傳聲器因為不存在A(yíng)DC，往往還具有比帶有數字輸出的傳聲器更低的功耗。

MEMS傳聲器發(fā)出的數字輸出信號用于數字電路時(shí)（通常是微控制器或數字信號處理器 (DSP) ），通常頗具優(yōu)勢。如果傳聲器和主機電路之間的導體處于電噪聲環(huán)境中，則數字輸出信號也會(huì )體現優(yōu)勢，因為數字輸出信號會(huì )表現出比傳統模擬信號更大的電噪聲抗擾度。

結論

MEMS傳聲器技術(shù)還會(huì )繼續保留，因此務(wù)必要了解各種可用配置。談到選擇模擬還是數字輸出時(shí)，最終取決于如何使用輸出信號以及要在哪種系統中實(shí)現它。幸好CUI提供了多種帶有模擬或數字(PDM)輸出的MEMS傳聲器，可以幫助匹配您的具體設計要求。