语音编解码器如何适应MEMS麦克风

低成本、低功率的麦克风是当今许多设备的重要组成部分，从可穿戴设备到汽车。随着语音接口和数字助理变得越来越流行，对可以接收音频输入并将其转换为数字数据的紧凑、价格合理的子系统的需求将越来越大。

今天选择的技术通常是微机电系统 （MEMS），MEMS 麦克风在许多消费应用中变得几乎无处不在。MEMS麦克风在灵敏度和信噪比方面具有良好的性能，并且体积非常小。

尽管有这些优点，但缺乏合适的接口设备一直是 MEMS 麦克风使用的限制因素。过去，语音编解码器设计用于处理模拟麦克风输出，并且大多数现代编解码器已开发用于满足多媒体设备的需求。虽然可以使用模拟 MEMS 麦克风，但数字版本通常是首选，因为它们更易于设计和集成。

设计人员如何确保他们获得两全其美的优势，利用数字 MEMS 麦克风的所有优势，而不需要复杂的额外接口电路，而这些接口电路设计缓慢且成本高昂？这在物联网和消费类应用中尤为重要，在这些应用中，成本至关重要，上市时间至关重要。

MEMS麦克风

图 1 显示了典型的 MEMS 麦克风设计。声波引起的气压变化使薄膜弯曲，从而改变了薄膜与固定的刚性背板之间的距离。这会改变电容，为我们提供跟踪声级的电信号。

这种MEMS麦克风在硅片中制造简单，机械装置和电路在一个芯片中，很容易集成到电路设计中。

（图 1：MEMS 麦克风换能器）

图 2 显示了一个数字 MEMS 麦克风，其中传感器输出被放大、转换为数字，然后被调制以产生一个过采样、一位 PDM（脉冲密度调制）输出。然后，此输出需要进一步的信号调理才能被应用程序使用，其中大多数需要标准 PCM（脉冲编码调制）格式的输入信号。

（图2：数字MEMS麦克风框图）

处理数字信号

为了处理这种数字输出，设计人员可以实现 PDM 到 PCM 格式的转换，然后在微控制器上进行数字滤波。然而，这种方法很慢，并且需要设计人员可能需要花费太多时间来学习的特定技能。

更好的选择是使用专为数字 MEMS 麦克风设计的编解码器。其中一个例子是 CML 的 CMX655D，如图 3 所示。它将基本的 MEMS 麦克风接口功能集成到单个低成本、超低功耗器件上。

（图3：CMX655D语音编解码器简化框图）

该设备可以同时连接两个麦克风，支持外部降噪应用，还支持多个不同的频率范围。高效的 D 类放大器提供音频输出，这是智能扬声器等应用所必需的。

开源开发工具

虽然 CMX655D 等集成编解码器具有许多优势，但这确实意味着设计人员在配置设备时有许多选项可供选择。这意味着需要工具包来帮助开发，并支持原型设计和评估。另一方面，由于上市速度和成本至关重要，复杂的开发套件可能会成为设计人员的障碍。

为了克服这个问题，开源方法可以提供熟悉的工具和接口，以及低价、现成的硬件。具体来说，Raspberry Pi （RPi） 已被证明是许多应用中的热门选择，它以最低的成本提供了性能和灵活性。

Hardware Attached on Top （HAT） 接口提供了一个标准，使将第三方硬件连接到 RPi 变得简单。HAT 定义了 65 x 56mm 的物理格式和连接器的引脚排列，并支持自动配置系统，其中 RPi 可以识别连接到它的 HAT 板。

为了简化开发，CML 提供了 HAT 板 EV6550DHAT，这意味着 CMX655D 编解码器现在与 RPi 环境兼容，设计人员可以在熟悉的 Linux 环境中工作以开发他们的应用程序。

访问 Linux 也为使用其他开源软件提供了机会。一个例子是 ALSA（高级 Linux 声音架构）框架，它是 Linux 内核的一部分，为声卡设备驱动程序提供 API。通过为 E6550DHAT 发布此驱动程序的安装程序，CML 可以使用任何与 ALSA 兼容的高级声音应用程序，从而进一步简化开发。

随着 MEMS 麦克风在物联网应用中越来越受欢迎，这种基于开源的方法意味着开发人员可以获得低成本、功能强大的软件和硬件。总体而言，这使他们能够缩短上市时间，并将精力集中在重要的地方——为最终客户创造差异化的产品。

审核编辑：郭婷