立式导热油加热器模拟麦克风和数字麦克风
麦克风结构：ECM模拟麦克风通常是由振膜，背极板，结型场效应管(JFET)和屏蔽外
壳组成。振膜是涂有⾦属的薄膜。背极板由驻极体材料做成，经过⾼压极化以后带有电荷，两者形成平板电容。当声⾳引起振膜振动，使两者距离产⽣变化，从⽽引起电压的变化，
完成声电转换。利⽤结型场效应管⽤来阻抗变换和放⼤信号，有些⾼灵敏度麦克风采⽤运 放来提⾼麦克风灵敏度（见图1a）。ECM数字麦克风通常是由振膜，背极板，数字麦克风
芯⽚和屏蔽外壳组成，数字麦克风芯⽚主要由缓冲级，放⼤级，低通滤波器，抗模数转换
组成。缓冲级完成阻抗变换，放⼤级放⼤信号，低通滤波滤除⾼频信号，防⽌模数转换时
产⽣混叠，模数转换将放⼤的模拟信号转换成脉冲密度调制(PDM)信号，通常采⽤过采样的 1位Δ-Σ模数转换（见图1b）。MEMS模拟麦克风主要由MEMS传感器，充电泵，缓冲放⼤器，屏蔽外壳组成。参照图1c, MEMS传感器由半导体⼯艺制成的振膜，背极板和⽀架构成，通过充电泵给背极板加上
法兰锻造
适当的极化偏压。缓冲放⼤器完成阻抗变换，放⼤信号。MEMS数
字麦克风主要由MEMS传感器，充电泵，数字麦克风芯⽚和屏蔽外壳组成，参照图1d。为
了提⾼麦克风抗⼲扰能⼒，麦克风内部电源和地之间都增加了⼩的滤波电容，通常是10pF挂壁式太阳能热水器
和33pF并联。
图1a ECM模拟麦克风
图1b ECM数字麦克风
图1c MEMS模拟麦克风
图1d MEMS数字麦克风
麦克风偏置电路：通过⼿机中麦克风电路的典型应⽤，⽐较⼀下ECM模拟麦克风，MEMS模拟麦克风和数字麦克风的差异。图2a为ECM模拟麦克风的偏置电路。为了减⼩⼲扰，⼿机中的麦克风电路采⽤差分输出。麦克风电源经过R5电阻C9电容滤波以后，通过
R6供给麦克风内部的场效应管，由R6、R9差分组成差分输出电路。C15和R6、R9以及麦
克风的输出阻抗组成低通滤波器，⽤来滤除超过语⾳频段的⾼频信号，防⽌后级电路模数
装换时产⽣混叠。C13、C17隔离直流偏置，R7、R8⽤来防⽌电容对芯⽚输⼊端的放电冲击。其余的33pF电容⽤来滤除射频⼲扰。麦克风输出到基带芯⽚的模拟输⼊端采⽤差分布线，减少噪声和射频⼲扰（见图2b）。MEMS麦克风的偏置电路。麦克风电源经过R1电阻C2电容滤波以后，供给MEMS麦克风内置的缓冲放⼤器和充电泵电路。MEMS拾取的声⾳信号转
换成模拟电信号，经过缓冲放⼤后输出，经过C5、R2、C6组成的π型滤波器滤波，伪差分电路布线到基带芯⽚。图2c为数字麦克风的偏置电路。麦克风电源经过简单滤波以后供给麦克风。声⾳转换成模拟电信号经过内部缓冲放⼤，在时钟信号（SCL）的驱动，下最后模数转换成1位的PDM⾳频数据，从数据引脚（DATA）输出。
图2a ECM模拟麦克风电路
图2b MEMS模拟麦克风电路
图2c ECM/MEMES数字麦克风电路
供氧器
各种类型麦克风⽐较：表1归结出ECM模拟麦克风，ECM数字麦克风，MEMS模拟麦克风和MEMS数字麦克风的性能指标和各⾃的优缺点。
脉冲密度调制(PDM)信号和数字麦克风接⼝：
模拟信号转换成PCM信号，根据奈奎斯特准则，通常必须⽤⼤于2倍的固定采样频率对模拟信号采样。模数装换，每个采样点可以⽤多位⽐特的数据表⽰。⽐特数越多，采样精度越⾼，失真越⼩，但
是电路会复杂，成本很⾼，不适合低成本数字麦克风应⽤。如图3b，数字麦克风通常是采⽤1位δ-Σ模数转换器，对模拟信号进⾏过采样（只能⽤于带宽有限的信号，不适合宽频信号，例如视频信号），采样率由外部时钟提供。过采样可使量化噪声远离被采样的⾳频信号。离信号主频fs越近，噪声幅度越⼩。同时对抗混叠滤波器的要求⼤⼤降低，可以到达很⾼的精度。
图3 PDM信号
数字麦克风通常由5个引脚，分别是电源（VDD），地（GND），时钟（CLK），数据（DAT）和通道选择（L/R）。数字麦克风接⼝芯⽚需要提供麦克风电源（需要和系统电平匹配）和外部时钟信号(1.024～3.074MHz)，数字麦克风在获取时钟信号后，从省电状态转
到正常⼯作状态。拾取声⾳信号过采样转换成脉冲密度调制（PDM）的数据流（信号幅度变化越剧烈，脉冲密度越密）送给处理芯⽚，芯⽚内部的抽取滤波器（Decimator）下采样（Down sample）并低通滤波，将⾼频低位流的信号转换成低频⾼位流的PCM信号，同时滤除量化噪声。PDM接⼝可以挂接两个数字麦克，共享时钟和数据线，通过通道选择（L/R）
选择时钟⾼和低时是哪个通道的麦克风。图4为数字麦克风的输出信号。在时钟为⾼时，
L/R=0的麦克风（MIC0）数据线保持⾼阻状态，传输L/R=1的麦克风（MIC1）的数据；在
时钟为低时，L/R=1的麦克风（MIC1）数据线保持⾼阻状态，传输L/R=0的麦克风（MIC0）的数据。
图4 数字麦克风的输出信号
数字麦克风阵列在笔记本电脑中的应⽤
图6为数字麦克风阵列在笔记本电脑的典型应⽤。通常数字麦克风阵列和摄像头模组
⼀起，安装在笔记本电脑显⽰屏上⽅中央，这样使⽤者在视频聊天或通话时，声源位于数
字麦克风阵列拾⾳束内，可以传送出去，⽽两旁的噪声位于拾⾳束外被抑制，实现清晰语
塑料拖把头⾳通信。阵列中的数字麦克风，可以按10.5mm摆放作为⼩型数字麦克风阵列，也可以采⽤距离70～210mm的宽阵列，根据麦克风摆放配置相应的软件。
电缆架空支架
图6 数字麦克风阵列在笔记本电脑的典型应⽤
数字麦克风拾取转换成PDM格式的信号通过线缆连接到笔记本电脑的⾼清⾳频编解码
器（HD Audio Codec）声卡的数字麦克风接⼝，下采样转换成两路⾳频信号，送到位于⾼清⾳频编解码器驱动层的⼩型麦克风阵列处理软件（SAMSoft）处理，实现噪声抑制（Noise Suppression），回声消除（Acoustic Echo Cancellation），远距离拾⾳（Far Field Pick Up）敲击键盘噪声抑制等功能。
