模拟和数字MEMS麦克风设计考虑
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模拟和数字麦克风输出信号在设计中显然有不同的考虑因素。本文要讨论将模拟和数字MEMS麦克风集成进系统设计时的差别和需要考虑的因素。 MEMS麦克风内部细节 MEMS麦克风输出并不是直接来自MEMS换能单元。换能器实质上是一个可变电容，并且具有特别高的兆欧级输出阻抗。 在麦克风封装中，换能器信号先被送往前置放大器，而这个放大器的首要功能是阻抗变换，当麦克风接进音频信号链时将输出阻抗降低到更合适的值。麦克风的输出电路也是在这个前置放大电路中实现的。 对于模拟MEMS麦克风来说，图1所示的这种电路基本上是一个具有特殊输出阻抗的放大器。在数字MEMS麦克风中，这个放大器与模数转换器(ADC)集成在一起，以脉冲密度调制(PDM)或I2S格式提供数字输出。 图1：典型的模拟MEMS麦克风框图。 图2是PDM输出MEMS麦克风的功能框图，图3是典型的I2S输出数字麦克风。I2S麦克风包含PDM麦克风中的所有数字电路，还包含抽取滤波器和串口。 图2：典型的PDM MEMS麦克风框图。 图3：典型的I2S MEMS麦克风框图。 MEMS麦克风封装在半导体器件中比较独特，因为在封装中有一个洞，用于声学能量抵达换能单元。在这个封装内部，MEMS麦克风换能器和模拟或数字ASIC绑定在一起，并安装在一个公共的叠层上。然后在叠层上方又绑定一个盖子，用于封住换能器和ASIC。这种叠层通常是一小块PCB，用于将IC出来的信号连接到麦克风封装外部的引脚上。 图4和图5分别显示了模拟和数字MEMS麦克风的内部细节。在这些图片中，你可以看到左边的换能器和右边的ASIC(在环氧树脂底下)，两者都安装在叠层上。数字麦克风有额外的绑定线将来自ASIC的电气信号连接到叠层。 图4：模拟MEMS麦克风中的换能器和ASIC。 图5：数字MEMS麦克风中的换能器和ASIC。 模拟麦克风 模拟MEMS麦克风的输出阻抗典型值为几百欧姆。这个阻抗要高于运放通常具有的低输出阻抗，因此你需要了解紧随麦克风之后的信号链阻抗。 麦克风后面的低阻抗电路会衰减信号电平。例如，一些编解码器在ADC之前有一个可编程的增益放大器(PGA)。在高增益设置时，PGA的输入阻抗可能只有几千欧姆。输出阻抗为200Ω的MEMS麦克风后面跟一个输入阻抗为2kΩ的PGA将使信号电平衰减近10%。 |
