【经验】MEMS麦克风各种输出界面介绍

时间： 2021-12-24 来源：志丰电子

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目前业界ECM (驻极体电容式麦克风) 的输出信号几乎都都是Analog，且以单端(Single ended)占多数，但反观MEMS Mic，会有Analog & Digital 两大类别的输出界面，其中Analog 又分为单端 (Single ended) & 差动 (Differential)两种输出。数位部分则有 PDM/ I2S/ TDM 三种数位界面，其中以PDM界面为最大宗。

以下志丰电子分别介绍MEMS Mic输出界面类别：

1、Analog Single ended (类比单端)：这是占比较多的输出格式，且单价会比差动 (Differential) 低一些，感度通常是在 -38dBV~-40dBV区间，所有Audio codec mic Input都支援此信号，是最普及的应用架构，但此类Mic的地回路在PCB设计时需要特别注意，以避免产生Noise，可参考Fig.1

Fig.1 Analog MEMS Mic Single-ended

2、Analog differential ended (类比差动)：相对占比较少的输出格式，且单价会比单端 (Single ended)高一些，由于是差动输出，因此感度也会提升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 也都支援此信号，是常见降低噪声的应用架构，可参考Fig.2 ，由于差动架构可有效消除共模噪声(Common mode)。可参考Fig.2-1

Fig.2 Analog MEMS Mic differential ended

3、PDM (Pulse Density Modulation 脉波密度调变)：是MEMS Mic 数位界面的主流规格，其中Data BUS 是L/R ch 共享，因使它只需要4条线，即可完成 Stereo L/R 声音通道传输，有利于手携式装置的PCB Layout 设计，由于是数位式，因此需要Clock 时脉信号，通常是1MHZ~4MHZ，因此音频频宽可满足 20HZ~20KHZ应用，广泛应用于 3C/汽车/IoT 领域，可参考 Fig.3

Fig.3 Digital MEMS Mic PDM Interface

4、I²S (Integrated Interchip Sound 集成电路内置音频总线)：是飞利浦公司为数字音频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标准，该总线专门用于音频设备之间的数据传输，广泛套用于各种多媒体系统。由于低阶MCU大部分都不支援PDM界面，只支援基本的I²S界面，因此Mic厂商仍为这小众市场推出I²S MEMS Mic，以满足无Audio codec的产品应用市场，可参考 Fig.4

Fig.4 Digital MEMS Mic I2S Interface

5、TDM (Time division Multiplexing 分时多工)：是将传输媒介的使用时间分割成若干个固定的时槽（Time Slot），每一时槽占用一小段时间（例如20ms），而这一小段时间就是一个虚拟通道。通讯时，互连的双方会被设定在某一时槽上传送资料，在某段时间内它拥有传输媒介的使用权。而就较长时间来看，整个传输媒体就等同有多条连线「同时」传送资料。由于Smart Speaker 需要做Far Field Voice Pickup，因此 2pcs Beamforming Mic 已无法满足特性，因而发展出 6~8pcs Mic Array 的架构，由于每台产品的Mic数量大幅增加，意谓着需要更多通道的数位界面 Ex. PDM / I²S，因此，为了降低Mic 数位界面数量与成本，采用TDM 分时多工将信号轮流传送，以达到低成本多通道的传输方式。

Fig.5 Digital MEMS Mic TDM Interface

6. 总结：以上是各种Mic 输出格式的介绍，可依照产品应用需求，挑选正确的Mic单体规格，以满足高性能低成本的设计准则。

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