低成本、低功率的麥克風是當今許多設備的重要組成部分，從可穿戴設備到汽車。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換為數(shù)字數(shù)據(jù)的緊湊、價格合理的子系統(tǒng)的需求將越來越大。

今天選擇的技術通常是微機電系統(tǒng) （MEMS），MEMS 麥克風在許多消費應用中變得幾乎無處不在。MEMS麥克風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，但缺乏合適的接口設備一直是 MEMS 麥克風使用的限制因素。過去，語音編解碼器設計用于處理模擬麥克風輸出，并且大多數(shù)現(xiàn)代編解碼器已開發(fā)用于滿足多媒體設備的需求。雖然可以使用模擬 MEMS 麥克風，但數(shù)字版本通常是首選，因為它們更易于設計和集成。

設計人員如何確保他們獲得兩全其美的優(yōu)勢，利用數(shù)字 MEMS 麥克風的所有優(yōu)勢，而不需要復雜的額外接口電路，而這些接口電路設計緩慢且成本高昂？這在物聯(lián)網(wǎng)和消費類應用中尤為重要，在這些應用中，成本至關重要，上市時間至關重要。

MEMS麥克風

圖 1 顯示了典型的 MEMS 麥克風設計。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。這會改變電容，為我們提供跟蹤聲級的電信號。

這種MEMS麥克風在硅片中制造簡單，機械裝置和電路在一個芯片中，很容易集成到電路設計中。

（圖 1：MEMS 麥克風換能器）

圖 2 顯示了一個數(shù)字 MEMS 麥克風，其中傳感器輸出被放大、轉換為數(shù)字，然后被調制以產(chǎn)生一個過采樣、一位 PDM（脈沖密度調制）輸出。然后，此輸出需要進一步的信號調理才能被應用程序使用，其中大多數(shù)需要標準 PCM（脈沖編碼調制）格式的輸入信號。

（圖2：數(shù)字MEMS麥克風框圖）

處理數(shù)字信號

為了處理這種數(shù)字輸出，設計人員可以實現(xiàn) PDM 到 PCM 格式的轉換，然后在微控制器上進行數(shù)字濾波。然而，這種方法很慢，并且需要設計人員可能需要花費太多時間來學習的特定技能。

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

（圖3：CMX655D語音編解碼器簡化框圖）

該設備可以同時連接兩個麥克風，支持外部降噪應用，還支持多個不同的頻率范圍。高效的 D 類放大器提供音頻輸出，這是智能揚聲器等應用所必需的。

開源開發(fā)工具

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

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

Hardware Attached on Top （HAT） 接口提供了一個標準，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，并支持自動配置系統(tǒng)，其中 RPi 可以識別連接到它的 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，設計人員可以在熟悉的 Linux 環(huán)境中工作以開發(fā)他們的應用程序。

訪問 Linux 也為使用其他開源軟件提供了機會。一個例子是 ALSA（高級 Linux 聲音架構）框架，它是 Linux 內(nèi)核的一部分，為聲卡設備驅動程序提供 API。通過為 E6550DHAT 發(fā)布此驅動程序的安裝程序，CML 可以使用任何與 ALSA 兼容的高級聲音應用程序，從而進一步簡化開發(fā)。

隨著 MEMS 麥克風在物聯(lián)網(wǎng)應用中越來越受歡迎，這種基于開源的方法意味著開發(fā)人員可以獲得低成本、功能強大的軟件和硬件。總體而言，這使他們能夠縮短上市時間，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