隨著語(yǔ)音接口和數(shù)字助理變得越來(lái)越流行，對(duì)緊湊、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的子系統(tǒng)的需求將不斷增長(zhǎng)，這些子系統(tǒng)可以接受音頻輸入并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

低成本、低功耗麥克風(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(yǔ)音接口和數(shù)字助理變得越來(lái)越流行，對(duì)緊湊、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的子系統(tǒng)的需求將不斷增長(zhǎng)，這些子系統(tǒng)可以接受音頻輸入并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

目前選擇的技術(shù)通常是微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS），MEMS麥克風(fēng)在許多消費(fèi)類應(yīng)用中幾乎無(wú)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，并且物理尺寸非常小。

盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，但缺乏合適的接口器件一直是MEMS麥克風(fēng)使用的限制因素。過(guò)去，語(yǔ)音編解碼器被設(shè)計(jì)為處理模擬麥克風(fēng)輸出，大多數(shù)現(xiàn)代編解碼器都是為了滿足多媒體設(shè)備的需求而開發(fā)的。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)人員如何確保兩全其美，利用數(shù)字MEMS麥克風(fēng)的所有優(yōu)勢(shì)，而不需要復(fù)雜的附加接口電路，而復(fù)雜的附加接口電路可能設(shè)計(jì)緩慢且成本高昂？這在物聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)類應(yīng)用中尤其重要，在這些應(yīng)用中，成本至關(guān)重要，而上市時(shí)間是關(guān)鍵。

微機(jī)電系統(tǒng)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膜彎曲，從而改變膜與固定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(jí)的電信號(hào)。

這種MEMS麥克風(fēng)易于在硅中制造，并且機(jī)械器件和電路集成在單個(gè)芯片中，因此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，然后調(diào)制以產(chǎn)生過(guò)采樣的一位PDM（脈沖密度調(diào)制）輸出。然后，該輸出需要進(jìn)一步的信號(hào)調(diào)理才能被應(yīng)用使用，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(hào)。

（圖2：數(shù)字MEMS麥克風(fēng)框圖）

處理數(shù)字信號(hào)

為了處理這種數(shù)字輸出，設(shè)計(jì)人員可以在微控制器上實(shí)現(xiàn)PDM到PCM格式轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行數(shù)字濾波。然而，這種方法很慢，并且需要特定的技能，設(shè)計(jì)師可能需要太多時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)。

更好的選擇是使用專門為數(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。這將基本的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(yǔ)音編解碼器的簡(jiǎn)化框圖）

該器件可同時(shí)與兩個(gè)麥克風(fēng)接口，支持外部降噪應(yīng)用，還支持多種不同頻率范圍。高效率D類放大器提供智能揚(yáng)聲器等應(yīng)用所需的音頻輸出。

開源開發(fā)工具

雖然集成編解碼器（如CMX655D）具有許多優(yōu)點(diǎn)，但這意味著設(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(lái)幫助開發(fā)，并支持原型設(shè)計(jì)和評(píng)估。另一方面，由于上市速度和成本至關(guān)重要，因此復(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(wèn)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(lái)說(shuō)，Raspberry Pi （RPi） 已被證明是許多應(yīng)用中的熱門選擇，以最低的成本提供性能和靈活性。

硬件連接到頂部 （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(jiǎn)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(jiǎn)化開發(fā)，CML 提供了 HAT 板 EV6550DHAT（圖 4），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(wèn) Linux 也提供了使用其他開源軟件的機(jī)會(huì)。一個(gè)例子是ALSA（高級(jí)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(guò)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(jí)聲音應(yīng)用程序，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化開發(fā)。

隨著MEMS麥克風(fēng)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的日益普及，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。總體而言，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)造差異化產(chǎn)品。

審核編輯：郭婷