八种麦克风DIY设计方案

化（variations on signed multiply–accumulate）、饱和加减和前导零计数。

　　麦克风阵列通过RJ45以太风接口或USB OTG FS接口连接其它器件，与其它器件交互是通过可控制基本板设置的DIP开关实现。

　　如下图所示，每个MEMS麦克风都是由同一个时钟源触发，时钟源由专用振荡器驱动，对每个GPIO端口的一个引脚输出1位PDM 高频信号。输出PDM数据频率与输入时钟同步，因此，DMA控制器以同一频率即音频捕捉频率对GPIO端口进行读操作，然后将1 ms音频数据（每次）保存在存储器缓冲电路。这时，该缓冲器包含麦克风交叉信号，然后软件利用优化的快速解码函数对数据进行解复用处理。最后，PDM 数据通过数字信号处理环节，再进行PDM转PCM处理。

　　图 5.每个MEMS麦克风都是由同一个时钟源触发，时钟源由专用振荡器驱动，对每个GPIO端口的一个引脚输出1位PDM 高频信号

　　麦克风传来的PDM信号经过过滤和十分之一降采样率处理，以取得所需频率和分辨率的信号。麦克风输出的PDM数据频率（麦克风的输入时钟）必须是系统最终音频输出的倍数，滤波器管道输出是一个16位值，我们将 ［-32768， 32767］视为一个单位增益（0 dB）的输出范围。

　　原先滤波管道产生的数字音频信号在信号调理前被进一步处理。管道第一级是一个高通滤波器，主要用于除掉信号DC失调。为保护信号质量，该滤波级是使用一个截止频率不在可听频率范围内的 IIR滤波器，管道第二级是一个基于IIR滤波器的低通滤波器。两个滤波器有启用和禁用以及配置功能；可通过外部整数变量控制增益。

　　如上文所述，数据采集有两个比特流解决方案，通过DP开关选择使用哪一个方案。当选用 USB且在主机USB插入麦克风阵列时，主机将STM32_MEMS_Microphones视为一个标准的USB音频设备。因此，主机系统无需安装驱动软件。例如， STM32_MEMS_Microphones可直接连接第三方PC音频采集软件。当选用以太网时，STM32_MEMS_Microphones发送 RTP数据包。在网络服务器的以太网设置页对目的地IP、设备单播地址和采集参数进行配置。

　　4.结论

　　音源定位识别是语音识别技术中的一个重要的语音预处理环节，对提高音频应用和声控应用性能具有重要意义。音源定位主要用于自动语音识别、音频模式识别、说话人发现及识别。MEMS技术的问世让麦克风阵列能够嵌入在上述应用设计中，执行音频信号预处理过程，为应用级提供最好的信息。

　　该嵌入式单个说话人及其语音定位识别方案基于一个集成ARM处理器和一组MEMS麦克风的原型板。初步测试结果证明了这一集成方案的可行性，且系统级模块可以做语音、音频识别目标板，满足人机、人与周围环境的自然用户界面的功能要求。

 

　　TOP3 CMOS电容式微麦克风设计

　　随着智能手机的兴起，对于声音品质和轻薄短小的需求越来越受到大家的重视，近年来广泛应用的噪声抑制及回声消除技术均是为了提高声音的品质。相比于传统的驻极体式麦克风（ECM），电容式微机电麦克风采用硅半导体材料制作，这便于集成模拟放大电路及ADC（∑-ΔADC）电路，实现模拟或数字微机电麦克风元件，以及制造微型化元件，非常适合应用于轻薄短小的便携式装置。本文将针对CMOS微机电麦克风的设计与制造进行介绍，并比较纯MEMS与CMOS工艺微导入麦克风的差异。

　　电容式微麦克风原理

　　MEMS微麦克风是一种微型的传感器。其原理是利用声音变化产生的压力梯度使电容式微麦克风的声学振膜受声压干扰而产生形变，进而改变声学振膜与硅背极板之间的电容值。该电容值的变化由电容电压转换电路转化为电压值的输出变化，再经过放大电路将MEMS传感器产生得到电压放大输出，从而将声压信号转化成电压信号。在此必须采用一个高阻抗的电阻为MEMS传感器提供一个偏置电压VPP，借以在MEMS传感器上产生固定电荷，最后的输出电压将与VPP及振膜的形变Δd成正比。振膜的形变与其刚性有关，刚性越低则形变越大；另一方面，输出电压与d（气隙）成反比，因此气隙越低，则输出电压及灵敏度越优，但这都将受限于MEMS传感器的吸合电压，也就是受限于MEMS传感器静电场的最大极限值（图1）。

　　图1 电容式麦克风原理

　　CMOS微机电麦克风电路设计

在CMOS微麦克风设计中，电路是一个非常重要的环节，它将影响到微麦克风的操作、感测，以及系统的灵敏度。以图2为例，驻极式电容微麦克风的感应电荷由驻极体材料本身提供的驻极电荷所产生，而凝缩式电容微麦克风则是采用从CMOS的操作电压中抽取一个偏置电压，再通过一个高阻抗电阻提供给微麦克风的声学振