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MEMS麥克風各種輸出介面介紹
MEMS麥克風各種輸出介面介紹
目前業界ECM (駐極體電容式麥克風) 的輸出信號幾乎都都是Analog,且以單端(Single ended)佔多數,但反觀MEMS Mic,會有Analog & Digital 兩大類別的輸出介面,其中Analog 又分為單端 (Single ended) & 差動 (Differential)兩種輸出。數位部分則有 PDM/ I2S/ TDM 三種數位介面,其中以PDM介面為最大宗。
以下分別介紹MEMS Mic輸出介面類別:
1. Analog Single ended (類比單端): 這是佔比較多的輸出格式,且單價會比差動 (Differential) 低一些,感度通常是在 -38dBV~-40dBV區間,所有Audio codec mic Input都支援此信號,是最普及的應用架構,但此類Mic的地迴路在PCB設計時需要特別注意,以避免產生Noise,可參考Fig.1
Fig.1 Analog MEMS Mic Single-ended
2. Analog differential ended (類比差動): 相對佔比較少的輸出格式,且單價會比單端 (Single ended)高一些,由於是差動輸出,因此感度也會提升6dBV,感度通常是在 -32dBV附近,且也可提高AOP (Acoustic overload Point),大部分的Audio codec mic Input 也都支援此信號,是常見降低雜訊的應用架構,可參考Fig.2 ,由於差動架構可有效消除共模雜訊(Common mode)。可參考Fig.2-1
Fig.2 Analog MEMS Mic differential ended
Fig.2-1 Differential Common Mode
3. PDM (Pulse Density Modulation 脈波密度調變): 是MEMS Mic 數位介面的主流規格,其中Data BUS 是L/R ch 共用,因使它只需要4條線,即可完成 Stereo L/R 聲音通道傳輸,有利於手攜式裝置的PCB Layout 設計,由於是數位式,因此需要Clock 時脈信號,通常是1MHZ~4MHZ,因此音頻頻寬可滿足 20HZ~20KHZ應用,廣泛應用於 3C/汽車/IoT 領域,可參考 Fig.3
Fig.3 Digital MEMS Mic PDM Interface
4. I2S (Integrated Interchip Sound 積體電路內置音頻匯流排):是飛利浦公司為數字音頻設備之間的音頻數據傳輸而制定的一種匯流排標準,該匯流排專門用於音頻設備之間的數據傳輸,廣泛套用於各種多媒體系統。由於低階MCU大部分都不支援PDM介面,只支援基本的I2S 介面,因此Mic廠商仍為這小眾市場推出I2S MEMS Mic,以滿足無Audio codec的應產品應用市場,可參考 Fig.4
Fig.4 Digital MEMS Mic I2S Interface
5. TDM (Time division Multiplexing 分時多工): 是將傳輸媒介的使用時間分割成若干個固定的時槽(Time Slot),每一時槽佔用一小段時間(例如20ms),而這一小段時間就是一個虛擬通道。通訊時,互連的雙方會被設定在某一時槽上傳送資料,在某段時間內它擁有傳輸媒介的使用權;而就較長時間來看,整個傳輸媒體就等同有多條連線「同時」傳送資料。由於Smart Speaker 需要做Far Field Voice Pickup,因此 2pcs Beamforming Mic 已無法滿足特性,因而發展出 6~8pcs Mic Array 的架構,由於每台產品的Mic數量大幅增加,意謂著需要更多通道的數位介面 Ex. PDM / I2S,因此,為了降低Mic 數位介面數量與成本,採用TDM 分時多工將信號輪流傳送,以達到低成本多通道的傳輸方式。
Fig.5 Digital MEMS Mic TDM Interface
6. 總結: 以上是各種Mic 輸出格式的介紹,可依照產品應用需求,挑選正確的Mic單體規格,以滿足高性能低成本的設計準則。