MEMS麦克风的电路设计与实现（四）

承接上文：

MEMS麦克风的电路设计与实现（一）

MEMS麦克风的电路设计与实现（二）

MEMS麦克风的电路设计与实现（三）

设备麦克风信号通路要求-带宽

采样率(Fs)决定了PCM系统的带宽      

下表列出了常见的音频带宽和相应的采样率要求。要使音频系统具有20kHz带宽，采样率必须为40kHz或更高。48kHz和44.1kHz (cd中使用)是典型的比率。在通信系统中，全频带音频是通过VoIP(因特网协议通话)和VoLTE(长期演进语音承载)技术实现的。

另一个常用的采样率是96kHz。它可能需要在麦克风系统用于捕获频率高达48kHz的超声波。在可听频率范围内，使用96kHz采样率不太可能提高音频质量。

即使是32kHz或16kHz的采样率也足够高，如果目标不是覆盖整个20kHz可听到的声音带宽。为了获得诸如较低的传输比特率、较低的系统电流消耗、较简单的系统或较低的价格，可以考虑较低的采样率。甚至16kHz采样率和相应的8kHz音频带宽使“HD声音”质量和使用AMR-WB(自适应多速率宽带;ITU-T / 3GPP)用于GSM电话的编解码器。

目前数字麦克风的消耗量通常高于具有可比性能水平的模拟接口麦克风的消耗量。这种差异是由于模拟到数字的转换是在麦克风中完成的，而不是在信号链的后面进行。还有其他因素影响目前的数字麦克风系统的功耗。功耗取决于电源电压水平，时钟频率和系统中的电容负载。时钟频率越高，时钟和数据线必须从一种状态到另一种状态来回的速度就越快。电容负载越高，驱动这些线路消耗的电流就越多。

当前高性能数字麦克风的消耗对于某些应用程序或用例来说可能太高了。也可能有其他原因想要改变麦克风的特性。多模式麦克风解决了对麦克风通用性的需要。PDM MEMS麦克风中最常见的可用替代使用模式是低功耗模式，这种模式通常会降低麦克风的性能，以实现更低的电流消耗。

在PDM接口麦克风中，这种模式通常通过改变麦克风时钟的频率来控制。当然，这意味着设备系统(/编解码器)必须有所需的可用时钟频率和从一个频率切换到另一个的方式。例如，在正常使用模式下，2.4或3.072 MHz，768kHz可以使用于低功耗模式。

系统还应该考虑到从一种模式到另一种模式的切换可能不是完全无故障的。为了避免麦克风系统输出中的任何不必要的弹出或点击，在模式切换期间，麦克风信号可能必须暂时静音。

另外，关于EMC

电磁兼容性(EMC)，描述了麦克风的能力。

• 在不受电磁环境干扰的设备中运行
• 不干扰设备中的其他系统

麦克风的EMC问题可以以不同的方式显示:

• 麦克风被设备中的辐射或传导干扰干扰
• 设计糟糕的数字麦克风(例如，信号升降速度过快，受到损害)

接地)可以发射干扰，可以影响天线位于非常接近麦克风

• 麦克风——实际上是一个相对较大的接地金属盒——被动地干扰的功能

相邻天线

• 这可以通过将麦克风移离天线或改善接地来减轻

在智能手机等联网设备中有许多噪声源:

• 无线连接天线(蜂窝网络、wi-fi等)同时输出电场和磁场
• 干扰与传声器连接的其他信号线
• 间接耦合:例如，在设备本身或内部产生的辐射射频干扰

外部源耦合成信号轨迹，并从那里到麦克风

• 嘈杂的理由
• 电噪声元件(如射频电源系统)可能会给麦克风信号轨迹增加噪声

当射频干扰耦合到麦克风信号线或直接进入麦克风本身时，就会出现射频干扰。这种干扰会传播到麦克风的输出信号，并造成一种可听的干扰，即“TDMA噪声”。GSM蜂窝设备在800至900MHz和1800至1900MHz使用时分多址(TDMA)技术。传输脉冲在可听到的217Hz频率和功率水平可以很高，导致217Hz的脉冲耦合到麦克风输出信号。

麦克风实现必须被很好地执行，以便麦克风被很好地保护，从所有辐射和传导干扰存在于无线连接设备。

麦克风信号应该滤波，例如，电容器和电感

• 一个电容(C)通过高频，取决于它的电容值，因此它可以用于短路多余的高频到设备的地
• 电感器(L)允许低频率通过和阻止高频率，因此它可以在信号线上用于串联过滤无线电频率干扰
• 电容器和电感器的组合可以产生最好的滤波结果;例如，所谓的圆周率滤波器(见下图)

图12 Pi Filter