解析微型数字传声器技术及其发展前景

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

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.

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.