低成本、低功率的麥克風(fēng)是當(dāng)今許多設(shè)備的重要組成部分，從可穿戴設(shè)備到汽車。隨著語音接口和數(shù)字助理變得越來越流行，對可以接收音頻輸入并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的緊湊、價(jià)格合理的子系統(tǒng)的需求將越來越大。

今天選擇的技術(shù)通常是微機(jī)電系統(tǒng) （MEMS），MEMS 麥克風(fēng)在許多消費(fèi)應(yīng)用中變得幾乎無處不在。MEMS麥克風(fēng)在靈敏度和信噪比方面具有良好的性能，并且體積非常小。

盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，但缺乏合適的接口設(shè)備一直是 MEMS 麥克風(fēng)使用的限制因素。過去，語音編解碼器設(shè)計(jì)用于處理模擬麥克風(fēng)輸出，并且大多數(shù)現(xiàn)代編解碼器已開發(fā)用于滿足多媒體設(shè)備的需求。雖然可以使用模擬 MEMS 麥克風(fēng)，但數(shù)字版本通常是首選，因?yàn)樗鼈兏子谠O(shè)計(jì)和集成。

設(shè)計(jì)人員如何確保他們獲得兩全其美的優(yōu)勢，利用數(shù)字 MEMS 麥克風(fēng)的所有優(yōu)勢，而不需要復(fù)雜的額外接口電路，而這些接口電路設(shè)計(jì)緩慢且成本高昂？這在物聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)類應(yīng)用中尤為重要，在這些應(yīng)用中，成本至關(guān)重要，上市時(shí)間至關(guān)重要。

MEMS麥克風(fēng)

圖 1 顯示了典型的 MEMS 麥克風(fēng)設(shè)計(jì)。聲波引起的氣壓變化使薄膜彎曲，從而改變了薄膜與固定的剛性背板之間的距離。這會(huì)改變電容，為我們提供跟蹤聲級的電信號。

這種MEMS麥克風(fēng)在硅片中制造簡單，機(jī)械裝置和電路在一個(gè)芯片中，很容易集成到電路設(shè)計(jì)中。

（圖 1：MEMS 麥克風(fēng)換能器）

圖 2 顯示了一個(gè)數(shù)字 MEMS 麥克風(fēng)，其中傳感器輸出被放大、轉(zhuǎn)換為數(shù)字，然后被調(diào)制以產(chǎn)生一個(gè)過采樣、一位 PDM（脈沖密度調(diào)制）輸出。然后，此輸出需要進(jìn)一步的信號調(diào)理才能被應(yīng)用程序使用，其中大多數(shù)需要標(biāo)準(zhǔn) PCM（脈沖編碼調(diào)制）格式的輸入信號。

（圖2：數(shù)字MEMS麥克風(fēng)框圖）

處理數(shù)字信號

為了處理這種數(shù)字輸出，設(shè)計(jì)人員可以實(shí)現(xiàn) PDM 到 PCM 格式的轉(zhuǎn)換，然后在微控制器上進(jìn)行數(shù)字濾波。然而，這種方法很慢，并且需要設(shè)計(jì)人員可能需要花費(fèi)太多時(shí)間來學(xué)習(xí)的特定技能。

更好的選擇是使用專為數(shù)字 MEMS 麥克風(fēng)設(shè)計(jì)的編解碼器。其中一個(gè)例子是 CML 的 CMX655D，如圖 3 所示。它將基本的 MEMS 麥克風(fēng)接口功能集成到單個(gè)低成本、超低功耗器件上。

（圖3：CMX655D語音編解碼器簡化框圖）

該設(shè)備可以同時(shí)連接兩個(gè)麥克風(fēng)，支持外部降噪應(yīng)用，還支持多個(gè)不同的頻率范圍。高效的 D 類放大器提供音頻輸出，這是智能揚(yáng)聲器等應(yīng)用所必需的。

開源開發(fā)工具

雖然 CMX655D 等集成編解碼器具有許多優(yōu)勢，但這確實(shí)意味著設(shè)計(jì)人員在配置設(shè)備時(shí)有許多選項(xiàng)可供選擇。這意味著需要工具包來幫助開發(fā)，并支持原型設(shè)計(jì)和評估。另一方面，由于上市速度和成本至關(guān)重要，復(fù)雜的開發(fā)套件可能會(huì)成為設(shè)計(jì)人員的障礙。

為了克服這個(gè)問題，開源方法可以提供熟悉的工具和接口，以及低價(jià)、現(xiàn)成的硬件。具體來說，Raspberry Pi （RPi） 已被證明是許多應(yīng)用中的熱門選擇，它以最低的成本提供了性能和靈活性。

Hardware Attached on Top （HAT） 接口提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，使將第三方硬件連接到 RPi 變得簡單。HAT 定義了 65 x 56mm 的物理格式和連接器的引腳排列，并支持自動(dòng)配置系統(tǒng)，其中 RPi 可以識(shí)別連接到它的 HAT 板。

為了簡化開發(fā)，CML 提供了 HAT 板 EV6550DHAT，這意味著 CMX655D 編解碼器現(xiàn)在與 RPi 環(huán)境兼容，設(shè)計(jì)人員可以在熟悉的 Linux 環(huán)境中工作以開發(fā)他們的應(yīng)用程序。

訪問 Linux 也為使用其他開源軟件提供了機(jī)會(huì)。一個(gè)例子是 ALSA（高級 Linux 聲音架構(gòu)）框架，它是 Linux 內(nèi)核的一部分，為聲卡設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序提供 API。通過為 E6550DHAT 發(fā)布此驅(qū)動(dòng)程序的安裝程序，CML 可以使用任何與 ALSA 兼容的高級聲音應(yīng)用程序，從而進(jìn)一步簡化開發(fā)。

隨著 MEMS 麥克風(fēng)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中越來越受歡迎，這種基于開源的方法意味著開發(fā)人員可以獲得低成本、功能強(qiáng)大的軟件和硬件?？傮w而言，這使他們能夠縮短上市時(shí)間，并將精力集中在重要的地方——為最終客戶創(chuàng)造差異化的產(chǎn)品。

審核編輯：郭婷