STMicroelectronics STEVAL-STWINMA2麥克風(fēng)陣列擴展板可為STEVAL-STWINKT1B（和STEVAL-STWINKT1）SensorTile無線工業(yè)節(jié)點 (STWIN) 套件添加高級傳感功能。該擴展板通過專用的12引腳連接器連接到STWIN核心系統(tǒng)板。STEVAL-STWINMA2擴展板包括四個IMP23 ABSU低功耗、高信噪比 (SNR) 高性能、單端、模擬和底部端口MEMS麥克風(fēng)。該擴展板具有3V至5.5V輸入電源范圍和板載音頻級四通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)。STEVAL-STWINMA2工業(yè)模擬麥克風(fēng)擴展板還具有高達(dá)80kHz超聲波頻率響應(yīng)和串行音頻接口 (SAI) 數(shù)字輸出。該擴展非常適合用于工廠自動化和聲音傳感應(yīng)用。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：STMicroelectronics STEVAL-STWINMA2麥克風(fēng)陣列擴展板數(shù)據(jù)手冊.pdf

特性

• 通過12引腳連接器連接到STWIN核心系統(tǒng)板
• 電源輸入范圍：3V至5.5V
• 高達(dá)80kHz超聲波頻率響應(yīng)
• 4mm方型差分麥克風(fēng)陣列
• 串行音頻接口 (SAI) 數(shù)字輸出

示意圖

基于STEVAL-STWINMA2麥克風(fēng)陣列擴展板的工業(yè)音頻傳感技術(shù)解析?

一、產(chǎn)品概覽與核心特性

STEVAL-STWINMA2是意法半導(dǎo)體專為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場景設(shè)計的麥克風(fēng)陣列擴展板，通過與STWIN（SensorTile Wireless Industrial Node）核心系統(tǒng)板組合，構(gòu)建完整的工業(yè)級聲學(xué)傳感解決方案。其核心特性包括：

1. ?高性能麥克風(fēng)陣列?
   • 集成4顆IMP23ABSU模擬MEMS麥克風(fēng)，采用底部進(jìn)聲孔設(shè)計
   • 頻率響應(yīng)范圍覆蓋至80kHz，支持超聲波分析應(yīng)用
   • 單端輸出結(jié)構(gòu)，信噪比(SNR)表現(xiàn)優(yōu)異
2. ?專業(yè)級信號鏈設(shè)計?
   • 板載音頻級四通道ADC（ADAU1978）
   • 支持串行音頻接口(SAI)數(shù)字輸出
   • 集成LDK130低壓差線性穩(wěn)壓器，靜態(tài)電流僅300μA
3. ?工業(yè)場景適配特性?
   • 工作電壓范圍3V-5.5V，適合電池供電場景
   • 通過12針專用連接器與STWIN主板連接
   • 默認(rèn)采樣率192kHz，滿足高頻振動監(jiān)測需求

二、硬件架構(gòu)深度解析

1. 麥克風(fēng)陣列布局

• ?空間配置?：4顆麥克風(fēng)呈4mm×4mm正方形分布，形成緊湊的差分陣列
• ?信號路徑?：每顆麥克風(fēng)輸出經(jīng)過100nF耦合電容接入ADC前端
• 供電設(shè)計：每通道配備1μF+100nF去耦電容組合，確保電源純凈度

2. 電源管理子系統(tǒng)

• ?穩(wěn)壓電路?：LDK130M-R LDO提供3.3V穩(wěn)定輸出
• ?輸入保護?：支持3.3V-5.5V寬電壓輸入，通過0Ω電阻選擇供電模式
• ?功耗優(yōu)化?：低靜態(tài)電流設(shè)計特別適合長期監(jiān)測應(yīng)用

3. 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊

• ?ADC選型?：ADAU1978專業(yè)音頻ADC，支持4通道同步采樣
• ?參考電壓?：獨立VREF引腳配置39nF濾波電容
• ?時鐘系統(tǒng)?：專用PLL濾波電路（PLL_FILT引腳）

三、典型應(yīng)用場景實踐

1. 預(yù)測性維護系統(tǒng)

• ?超聲波檢測?：利用80kHz帶寬捕捉軸承早期故障特征
• ?頻譜分析?：通過UltrasoundFFT算法實時計算FFT并傳輸至PC端GUI
• ?部署案例?：工業(yè)電機、齒輪箱、壓縮機等旋轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

2. 工業(yè)環(huán)境聲學(xué)感知

• ?異常聲音識別?：產(chǎn)線設(shè)備異常運行聲紋檢測
• ?聲音定位?：基于陣列相位差的聲源定位
• ?質(zhì)量檢測?：產(chǎn)品裝配過程中的異響檢測

四、軟件開發(fā)與系統(tǒng)集成

1. 軟件生態(tài)系統(tǒng)

• ?官方支持?：X-CUBE-MEMSMIC1擴展包（STM32Cube框架）
• ?示例程序?：
  • 麥克風(fēng)數(shù)據(jù)流傳輸（USB接口）
  • 超聲波狀態(tài)監(jiān)測（實時FFT計算）

2. 硬件接口定義

• ?連接器CN1?：包含SAI接口（MCLK/SCK/FS/SD）、I2C總線（SDA/SCL）
• ?信號映射?：
  • a1-b1：I2C_SCL | a2-b2：I2C_SDA
  • a3-b3：SAI_SCK | a4-b4：SAI_FS
  • a5-b5：SAI_MCLK | a6-b6：SAI_SD

五、設(shè)計要點與工程實踐

1. ?布局建議?
   • ADC去耦電容應(yīng)緊靠AVDD1/2/3引腳布置
   • IOVDD電源電容需鄰近接口電源引腳
2. ?熱管理考量?
   • 持續(xù)工作時關(guān)注LDO溫升，確保在允許結(jié)溫范圍內(nèi)
   • 高采樣率運行時評估ADC芯片散熱需求
3. ?信號完整性?
   • 模擬走線應(yīng)遠(yuǎn)離數(shù)字信號線
   • 麥克風(fēng)輸入路徑保持對稱布線

六、技術(shù)趨勢與發(fā)展前景

隨著工業(yè)4.0推進(jìn)，基于聲學(xué)傳感的預(yù)測性維護需求持續(xù)增長。STEVAL-STWINMA2憑借其超聲波檢測能力和低功耗特性，在以下領(lǐng)域具有拓展?jié)摿Γ?/p>

• 智慧工廠中的設(shè)備健康管理系統(tǒng)
• 城市基礎(chǔ)設(shè)施的智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)
• 新能源設(shè)備的在線監(jiān)測方案