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解析微型数字传声器技术及其发展前景

http://www.ec.hc360.com2012年08月31日10:55 来源:21icT|T

    1 引言

    近几年中国微型传声器产业正在飞速增长,尤其微型数字传声器的应用需求日益高涨,作为传声器技术的一个重要分支,在目前快速发展的手机、笔记本式计算机、平板计算机等多种数字消费领域中有着非常广阔的应用前途,并且已经显示出加速发展的趋势。下面重点介绍此类微型数字传声器的技术与发展。

    2 微型数字传声器技术  

    2.1微型数字传声器原理  

    数字传声器,顾名思义就是直接输出数字脉冲信号的传声器电声器件。从应用角度来划分,可以分为两类:一类为USB接口的数字传声器,其核心电声换能器件仍为模拟音频输出信号,经过USB接口音效芯片转换为PC格式的数字信号输出接口,此类传声器多数作为PC周边配套外设,如USB接口录音传声器、USB接口耳麦等,严格说来,此类数字传声器应称为数字接口传声器。另一类为真正意义上的数字传声器,此类传声器采用内置阻抗变换、前置增益、A/D编码器的IC芯片,作为电声换能器件直接输出的便是脉冲数字信号,可以直接与相应的编解码芯片( CODEC)进行数字信号的传输。数字传声器接口原理如图1

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图1 数字传声器接口原理图  

    随着计算机技术对广大消费电子领域的日益渗透,数字技术在音视频领域的应用已经无处不在。早期音频处理芯片均采用模拟传声器接口技术,由音效芯片的A/D部分完成模拟音频信号到数字信号的转换。由于数字技术的日渐成熟,越来越多的IC设计公司开始设计出带数字传声器接口的新型音频芯片( HAD CODEC)及DSP芯片,由此推动了微型数字传声器的研发与应用。  

    2.2数字传声器A/D变换原理  

    目前国际上IC厂商推向市场的内置式数字传声器IC芯片普遍采用∑一△模数转换编码格式,此编码格式与相关应用设备采用的DSP及CODEC芯片的数字传声器输入接口格式相兼容。  

    与常规PCM编码器不同,∑一△变换采用过取样技术,将信号按时间分割,保持幅度恒定,具有高取样率、噪声整形和比特字长短的特点。变换可以在高取样率、低分辨率的量化器中进行,可广泛用于音频信号数字化的∑一△模数编码器(ADC)及数字信号还原为模拟音频信号的∑一△数模解码器( DAC)。  

    ∑一△变换时根据采用的具体结构可采用I bit或多比特变换,目前数字传声器普遍使用的∑一△ADC采用了1 bit变换技术,克服了采用多比特变换时所带来的量化非线性误差、纠错困难的缺点。  

    数字传声器结构及模数转换芯片原理见图2.

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图2数字传声器结构及模数转换芯片原理图  

    2.2.1∑一△转换器  

    模拟信号转换成PCM信号,根据奈奎斯特准则,通常必须用大于采样样本最高频率2倍以上的固定采样率对模拟信号采样后进行量化编码,每个采样点可以用多位比特的数据量化。量化比特数越多,采样精确越高,失真越小,但是电路会变复杂,成本相对增高,不适合低成本数字传声器模数转换应用。微型数字传声器通常采用1位∑一△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?s越近,噪声幅度越小。同时对抗混叠滤波器的要求大大降低,可以达到很高的精度,具体原理及时序图分别见图3和图4.

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