隨著語音接口和數(shù)字助理變得越來越流行，對緊湊、經(jīng)濟實惠的子系統(tǒng)的需求將不斷增長，這些子系統(tǒng)可以接受音頻輸入并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)。

低成本、低功耗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，對緊湊、經(jīng)濟實惠的子系統(tǒng)的需求將不斷增長，這些子系統(tǒng)可以接受音頻輸入并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)。

目前選擇的技術(shù)通常是微機電系統(tǒng)（MEMS），MEMS麥克風在許多消費類應用中幾乎無處不在。MEMS麥克風在靈敏度和信噪比方面具有良好的性能，并且物理尺寸非常小。

盡管有這些優(yōu)點，但缺乏合適的接口器件一直是MEMS麥克風使用的限制因素。過去，語音編解碼器被設計為處理模擬麥克風輸出，大多數(shù)現(xiàn)代編解碼器都是為了滿足多媒體設備的需求而開發(fā)的。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。

設計人員如何確保兩全其美，利用數(shù)字MEMS麥克風的所有優(yōu)勢，而不需要復雜的附加接口電路，而復雜的附加接口電路可能設計緩慢且成本高昂？這在物聯(lián)網(wǎng)和消費類應用中尤其重要，在這些應用中，成本至關(guān)重要，而上市時間是關(guān)鍵。

微機電系統(tǒng)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膜彎曲，從而改變膜與固定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麥克風易于在硅中制造，并且機械器件和電路集成在單個芯片中，因此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(zhuǎn)換為數(shù)字，然后調(diào)制以產(chǎn)生過采樣的一位PDM（脈沖密度調(diào)制）輸出。然后，該輸出需要進一步的信號調(diào)理才能被應用使用，其中大多數(shù)需要標準PCM（脈沖編碼調(diào)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，設計人員可以在微控制器上實現(xiàn)PDM到PCM格式轉(zhuǎn)換，然后進行數(shù)字濾波。然而，這種方法很慢，并且需要特定的技能，設計師可能需要太多時間來學習。

更好的選擇是使用專門為數(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。這將基本的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語音編解碼器的簡化框圖）

該器件可同時與兩個麥克風接口，支持外部降噪應用，還支持多種不同頻率范圍。高效率D類放大器提供智能揚聲器等應用所需的音頻輸出。

開源開發(fā)工具

雖然集成編解碼器（如CMX655D）具有許多優(yōu)點，但這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(guān)重要，因此復雜的開發(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，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（圖 4），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 也提供了使用其他開源軟件的機會。一個例子是ALSA（高級Linux聲音架構(gòu)）框架，它是Linux內(nèi)核的一部分，為聲卡設備驅(qū)動程序提供API。通過為 E6550DHAT 發(fā)布此驅(qū)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)造差異化產(chǎn)品。

審核編輯：郭婷