Analogo vs digitale MEMs microphone: Scegliere la migliore interfaccia per microfoni MEMs
Esplora le differenze tra le interfacce dei microfoni MEMS analogici e digitali — oltre a come scegliere il tipo di uscita del microfono più adatto al tuo progetto — in questo articolo informativo e facile da seguire scritto da Bruce Rose di Same Sky.
I microfoni MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) hanno ampliato le opportunità di aggiungere capacità avanzate di comunicazione e monitoraggio a una vasta gamma di dispositivi. L'attuale popolarità degli assistenti digitali domestici e dei dispositivi di navigazione controllati tramite voce sono solo un paio di esempi che promettono di dare il via a una crescita straordinaria nell'elettronica controllata vocalmente. Poiché la tecnologia MEMS sta iniziando a dominare la quota di mercato nello spazio dei microfoni, è un buon momento per esaminare i tipi di interfacce elettriche dei microfoni MEMS disponibili e come lavorare con esse.
Che cos'è un microfono MEMS?
I microfoni MEMS sono generalmente costruiti posizionando due chip semiconduttori all'interno di un unico involucro. Il primo chip semiconduttore è una membrana MEMS che converte le onde sonore in un segnale elettrico, mentre il secondo chip è un amplificatore che a volte contiene un convertitore analogico-digitale (ADC). Un segnale di uscita analogico è messo a disposizione dell'utente se l'ADC non è incluso nel microfono MEMS, mentre è presente un segnale di uscita digitale se l'ADC è incluso.
Interfacce dei microfoni MEMS analogici
I microfoni MEMS con uscite analogiche consentono un’interfaccia semplice al circuito ospite, come mostrato nella figura sottostante. Si deve notare che il segnale di uscita analogico del microfono è generato da un amplificatore interno al microfono. Pertanto, è già a un livello di segnale ragionevole con un’impedenza di uscita abbastanza bassa. Il condensatore di blocco della corrente continua (C1) viene utilizzato affinché la tensione di ingresso in corrente continua del circuito ospite non debba essere adattata alla tensione di uscita in corrente continua del microfono MEMS. La frequenza del polo creata dalla combinazione di C1 e R1 deve essere impostata sufficientemente bassa, in modo tale che i segnali audio con frequenze desiderate siano trasferiti al circuito ospite con un livello accettabile di attenuazione [ovvero per una gamma di frequenze audio minima di 20 Hz; 1/(2*π*R1*C1) < 20 Hz].
Collegare un microfono MEMS con uscita analogica a un amplificatore esterno
Interfacce microfoniche MEMS digitali
The output signals from MEMS microphones with a digital interface are often encoded with pulse density modulation (PDM). With PDM the analog signal voltage is converted into a single bit digital stream containing a corresponding density of logic-high signals. Some of the advantages of PDM include electrical noise immunity, bit error tolerance, and a simple hardware interface.
The figure below shows how a single digital microphone with PDM output can be connected to a host circuit. Connecting the "Select" pin to either Vdd or Gnd in the figure will determine if the data is asserted on the rising or falling edge of the clock signal.
Connessione singola di microfono MEMS digitale PDM
Il diagramma seguente mostra come due microfoni possono essere collegati al circuito principale utilizzando linee condivise per l'orologio e i dati. Questa configurazione è spesso impiegata quando si implementano microfoni stereo.
Due microfoni MEMS digitali PDM possono connettersi utilizzando le stesse linee di clock e dati
Scegliere un'uscita analogica o digitale per i microfoni MEMS
La decisione di utilizzare microfoni MEMS con segnali di uscita analogici o digitali dipende spesso da come verrà utilizzato il segnale di uscita. Un segnale di uscita analogico è conveniente se verrà collegato all'ingresso di un amplificatore per l'elaborazione analogica all'interno del sistema ospite. Esempi di applicazioni analogiche convenzionali includono un semplice altoparlante o un sistema di comunicazione radio. I microfoni MEMS con uscite analogiche tendono anche a consumare meno energia rispetto a quelli con uscite digitali, grazie all'assenza dell'ADC. Un segnale di uscita digitale da un microfono MEMS è vantaggioso quando il segnale verrà utilizzato in circuiti digitali, tipicamente un microcontrollore o un processore di segnale digitale (DSP). Il segnale di uscita digitale può inoltre essere utile se i conduttori tra il microfono e il circuito ospite si trovano in un ambiente elettricamente rumoroso, poiché i segnali di uscita digitali dimostrano una maggiore immunità al rumore elettrico rispetto ai segnali analogici tradizionali.
Conclusione
La tecnologia dei microfoni MEMS è destinata a restare, quindi è importante comprendere le varie configurazioni disponibili. Quando si tratta di scegliere tra un'uscita analogica o digitale, la decisione dipende da come verrà utilizzato il segnale in uscita e dal tipo di sistema in cui verrà implementato. Fortunatamente, Same Sky offre una varietà di microfoni MEMS con uscite analogiche o digitali (PDM) per aiutarti a soddisfare i requisiti specifici del tuo design.
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