Mikrofone sind wesentliche Komponenten in Audioaufzeichnungs- und Kommunikationssystemen. Sie können in zwei Haupttypen eingeteilt werden: analoge Mikrofone und digitale Mikrofone. Das Verständnis ihrer Unterschiede hilft bei der Auswahl des richtigen Typs für bestimmte Anwendungen.
Analoge Mikrofone
Analoge Mikrofone bestehen typischerweise aus einem Zwerchfell, einer Rückplatte, einem JFET (Übergangsfeld-Effekt-Transistor) und einem Abschirmungsfall. Das Zwerchfell ist ein dünner, metallbeschichteter Film, während die Rückplatte aus Elektretmaterial besteht, das nach einer Hochspannungspolarisation eine dauerhafte Ladung beibehält.
Wenn Schallwellen dazu führen, dass das Zwerchfell vibriert, ändert sich der Abstand zwischen dem Zwerchfell und der Rückplatte, wodurch Spannungsvariationen erzeugt werden, die sich in ein Audiosignal umsetzen. Ein JFET wird zur Impedanzumwandlung und Signalverstärkung verwendet, und in einigen hochempfindlichen Mikrofonen wird ein operativer Verstärker verwendet, um die Empfindlichkeit weiter zu verbessern.
Digitale Mikrofone
Zu den digitalen Mikrofonen gehören ein Zwerchfell, eine Rückplatte, ein digitaler Mikrofonchip und ein Abschirmungsfall. Der digitale Mikrofonchip umfasst mehrere Schlüsselkomponenten:
- Pufferstufe:Führt Impedanzumwandlung durch.
- Verstärkerstufe:Verstärkt das Signal.
- Tiefpassfilter:Entfernt Hochfrequenzsignale, um Aliasing zu verhindern.
- Analog-Digital-Konverter (ADC):Umwandelt das amplifizierte analoge Signal in ein PDM -Signal (Puls -Dichtemodulation).
Die meisten digitalen Mikrofone verwenden ein überabgetastetes 1- Bit Delta-Sigma ADC.
Siliziummemsmikrofone
Siliziummems -Mikrofone können entweder analog oder digital sein. Sie bestehen aus einer halbäalisierungsgestützten Membran, einer Rückplatte und einer Stützstruktur. Eine Ladungspumpe wendet die erforderliche Polarisationsspannung auf die Rückplatte an.
Zur Verbesserung der Geräuschimmunität werden kleine Filterkondensatoren zwischen der Leistung des Mikrofons und den Bodenverbindungen hinzugefügt.
Vergleich der Mikrofontypen
Die folgenden Faktoren unterscheiden verschiedene Arten von Mikrofonen:
- Analoge MEMS -Mikrofone:Erfordern Sie Vorspannungsschaltungen und verwenden Sie normalerweise die Differentialausgabe, um die Interferenz zu minimieren.
- Digitale MEMS -Mikrofone:Haben integriert adcs und liefern direkte digitale outpution.
PDM -Signale und digitale Mikrofonschnittstelle
PDM -Signale werden zur Verarbeitung in PCM -Signale umgewandelt. Nach dem Theorem von Nyquist muss die Abtastrate mindestens doppelt so hoch wie die höchste Frequenz des analogen Signals. Eine höhere Bit -Tiefe verbessert die Genauigkeit, erhöht jedoch die Komplexität und die Kosten der Schaltung.
Die meisten digitalen Mikrofone verwenden ein 1- Bit Delta-Sigma ADC, wobei das analoge Signal überabtastet. Überabtastung verschiebt Quantisierungsrauschen von der gewünschten Audiofrequenz weg und ermöglicht eine hohe Präzision mit einfacheren Anti-Alia-Filtern.
Konfiguration für digitale Mikrofonstift
Typische digitale Mikrofone haben fünf Stifte:
- VDD (Netzteil)
- GND (Boden)
- CLK (Uhr)
- Dat (Daten)
- L/R (Kanalauswahl für Stereoanwendungen)
Digitale Mikrofone benötigen ein externes Taktsignal (1,024–3,074 MHz). Beim Empfangen des Taktsignals wechseln sie vom Leistungssparmodus in den aktiven Modus. Das PDM-Signal wird dann durch einen Dezimierungsfilter verarbeitet, um ein niedrigeres PCM-Signal mit höherem Bit-Tiefen zu erzeugen.
Sowohl analoge als auch digitale Mikrofone haben ihre einzigartigen Stärken. Analoge Mikrofone werden aufgrund ihrer Einfachheit weit verbreitet, während digitale Mikrofone Vorteile bei der Rauschimmunität und Integration mit digitalen Systemen bieten. Die Wahl hängt von den spezifischen Anwendungsanforderungen ab.
