數(shù)字麥克風(fēng)基礎(chǔ)知識(shí)

1、數(shù)數(shù) 字字 麥麥 克克 風(fēng)風(fēng)基基 礎(chǔ)礎(chǔ) 知知 識(shí)識(shí) 培培 訓(xùn)訓(xùn)模擬麥克風(fēng)和數(shù)字麥克風(fēng)的框架結(jié)構(gòu)模擬麥克風(fēng)和數(shù)字麥克風(fēng)的框架結(jié)構(gòu) 前面的一幅圖片是筆記本電腦中模擬麥克風(fēng)和數(shù)字麥克風(fēng)的框架圖，由圖我們可以看出，數(shù)字麥克風(fēng)較模擬麥克風(fēng)的優(yōu)勢(shì)。 理論上將麥克風(fēng)放在筆記本的翻蓋中效果最好，然而這對(duì)電腦設(shè)計(jì)者是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的筆記本電腦的麥克風(fēng)處在電腦底座中，從機(jī)械和聲學(xué)噪聲的角度看，這是一個(gè)非常惡劣的環(huán)境，這就要求麥克風(fēng)的性能很好。數(shù)字麥克風(fēng)輸出具有抵抗射頻和電磁干擾的能力，能夠避免麥克風(fēng)性能受到電源紋波的影響。在一個(gè)較安靜的環(huán)境中使用一個(gè)數(shù)字麥克風(fēng)足夠了。然而，在嘈雜的的環(huán)境中，一種更有效的方案

2、是嵌入兩個(gè)或多個(gè)數(shù)字麥克風(fēng)以形成麥克風(fēng)陣列。麥克風(fēng)陣列可以結(jié)合波束形成、噪聲抑制及聲學(xué)回聲消除算法來使用，這種算法可以顯著改善語(yǔ)音輸入質(zhì)量。微軟公司下一代操作系統(tǒng)Windows Vista將包含這些類型的算法，以用于實(shí)時(shí)通信應(yīng)用。 為適應(yīng)這一發(fā)展要求，我們公司也開發(fā)了自己的數(shù)字麥克風(fēng)。在此我們簡(jiǎn)單介紹一些數(shù)字麥克風(fēng)的基礎(chǔ)知識(shí)。數(shù)字麥克風(fēng)基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)字麥克風(fēng)基礎(chǔ)知識(shí)v主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：v數(shù)字電路和模擬電路的基本概念數(shù)字電路和模擬電路的基本概念v數(shù)字信號(hào)的表示方法數(shù)字信號(hào)的表示方法vFET和數(shù)字芯片和數(shù)字芯片v模數(shù)轉(zhuǎn)換器（模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC ）的基礎(chǔ)知識(shí)）的基礎(chǔ)知識(shí)1.數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)與測(cè)試方法數(shù)

3、字麥克風(fēng)的參數(shù)與測(cè)試方法1、數(shù)字電路和模擬電路的基本概念、數(shù)字電路和模擬電路的基本概念v電子系統(tǒng)，通常是指由若干相互聯(lián)接、相互作用的基本電電子系統(tǒng)，通常是指由若干相互聯(lián)接、相互作用的基本電路組成的具有特定功能的電路整體。通常電子電路可以分路組成的具有特定功能的電路整體。通常電子電路可以分為模擬電子電路和數(shù)字電子電路。在此先介紹一下數(shù)字信為模擬電子電路和數(shù)字電子電路。在此先介紹一下數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)這兩個(gè)概念。號(hào)和模擬信號(hào)這兩個(gè)概念。v在觀察自然界中形形色色的物理量時(shí)不難發(fā)現(xiàn)，盡管它們?cè)谟^察自然界中形形色色的物理量時(shí)不難發(fā)現(xiàn)，盡管它們的性質(zhì)各異，但就其變化規(guī)律的特點(diǎn)而言，不外乎兩大類。的性質(zhì)各異

4、，但就其變化規(guī)律的特點(diǎn)而言，不外乎兩大類。v其中一類物理量的變化在時(shí)間上或數(shù)值上則是連續(xù)的。這其中一類物理量的變化在時(shí)間上或數(shù)值上則是連續(xù)的。這一類物理量叫做模擬量，把表示模擬量的信號(hào)叫做模擬信一類物理量叫做模擬量，把表示模擬量的信號(hào)叫做模擬信號(hào)，并把工作在模擬信號(hào)下的電子電路稱為模擬電路。號(hào)，并把工作在模擬信號(hào)下的電子電路稱為模擬電路。tv另一類物理量的變化在時(shí)間上和數(shù)量上都是離散的。也就是另一類物理量的變化在時(shí)間上和數(shù)量上都是離散的。也就是說，它們的變化在時(shí)間上是不連續(xù)的，總在一系列離散的瞬說，它們的變化在時(shí)間上是不連續(xù)的，總在一系列離散的瞬間發(fā)生。同時(shí)，它們的數(shù)值大小和每次的增減變化都是

5、在某間發(fā)生。同時(shí)，它們的數(shù)值大小和每次的增減變化都是在某一個(gè)數(shù)量單位的整數(shù)倍，而小于這個(gè)最小數(shù)量單位的數(shù)值沒一個(gè)數(shù)量單位的整數(shù)倍，而小于這個(gè)最小數(shù)量單位的數(shù)值沒有任何物理意義。這一類物理量叫做數(shù)字量，把表示數(shù)字量有任何物理意義。這一類物理量叫做數(shù)字量，把表示數(shù)字量的信號(hào)叫做數(shù)字信號(hào)，并且把工作在數(shù)字信號(hào)下的電子電路的信號(hào)叫做數(shù)字信號(hào)，并且把工作在數(shù)字信號(hào)下的電子電路叫做數(shù)字電路。具體講，數(shù)字電路就是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行產(chǎn)生、叫做數(shù)字電路。具體講，數(shù)字電路就是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸、變換、運(yùn)算及處理的電子電路。存儲(chǔ)、傳輸、變換、運(yùn)算及處理的電子電路。1、數(shù)字電路和模擬電路的基本概念、數(shù)字電路和

6、模擬電路的基本概念tv數(shù)字電路較模擬電路的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字電路較模擬電路的優(yōu)點(diǎn)v 精確度較高；精確度較高；v 有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、可靠性和抗干擾能力；有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、可靠性和抗干擾能力；v 具有算術(shù)運(yùn)算能力和邏輯運(yùn)算能力，可進(jìn)行邏輯推理和具有算術(shù)運(yùn)算能力和邏輯運(yùn)算能力，可進(jìn)行邏輯推理和 邏輯判斷；邏輯判斷；v 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造和集成；電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造和集成；v 使用方便靈活。使用方便靈活。v目前我們公司大量生產(chǎn)的麥克風(fēng)的工作原理都是基于模目前我們公司大量生產(chǎn)的麥克風(fēng)的工作原理都是基于模擬電路的。然而在我們周圍，到處可以看到數(shù)字電視等擬電路的。然而在我們周圍，到處可以看到數(shù)字電視等等數(shù)字化產(chǎn)品。

7、為適應(yīng)電子產(chǎn)品的數(shù)字化要求，我們公等數(shù)字化產(chǎn)品。為適應(yīng)電子產(chǎn)品的數(shù)字化要求，我們公司也正在設(shè)計(jì)開發(fā)自己的數(shù)字麥克風(fēng)產(chǎn)品司也正在設(shè)計(jì)開發(fā)自己的數(shù)字麥克風(fēng)產(chǎn)品。1、數(shù)字電路和模擬電路的基本概念、數(shù)字電路和模擬電路的基本概念2、數(shù)字信號(hào)的表示方法、數(shù)字信號(hào)的表示方法 -數(shù)制和碼制數(shù)制和碼制v2.1 數(shù)制數(shù)制 用數(shù)字量表示物理量的大小時(shí)，僅用一位用數(shù)字量表示物理量的大小時(shí)，僅用一位數(shù)碼往往不夠用，因此經(jīng)常需要用進(jìn)位計(jì)數(shù)的數(shù)碼往往不夠用，因此經(jīng)常需要用進(jìn)位計(jì)數(shù)的方法組成多位數(shù)碼使用。我們把多位數(shù)碼中每方法組成多位數(shù)碼使用。我們把多位數(shù)碼中每一位的構(gòu)成方法以及從低位到高位的進(jìn)位規(guī)則一位的構(gòu)成方法以及從低位

8、到高位的進(jìn)位規(guī)則稱為數(shù)制。稱為數(shù)制。v在數(shù)字電路中經(jīng)常使用的計(jì)數(shù)進(jìn)制除了十進(jìn)制在數(shù)字電路中經(jīng)常使用的計(jì)數(shù)進(jìn)制除了十進(jìn)制外，還經(jīng)常使用二進(jìn)制和十六進(jìn)制外，還經(jīng)常使用二進(jìn)制和十六進(jìn)制。2.1 數(shù)制數(shù)制v2.1.1 十進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制是日常生活和工作中最常使用的進(jìn)位計(jì)數(shù)十進(jìn)制是日常生活和工作中最常使用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制。在十進(jìn)制中，每位有制。在十進(jìn)制中，每位有09十個(gè)數(shù)碼，所以十個(gè)數(shù)碼，所以計(jì)數(shù)的基數(shù)是十。超過計(jì)數(shù)的基數(shù)是十。超過9的數(shù)必須用多位數(shù)表的數(shù)必須用多位數(shù)表示，其中低位和相臨的高位之間的關(guān)系是示，其中低位和相臨的高位之間的關(guān)系是“逢逢十進(jìn)一十進(jìn)一”，故稱為十進(jìn)制。例如：，故稱為十進(jìn)制。例如：43

9、.5=4101+3 100+5 10-1所以任何一個(gè)十進(jìn)制數(shù)都可以用式所以任何一個(gè)十進(jìn)制數(shù)都可以用式(1)表示表示: D=Ki 10i 式式(1)v2.1.2 二進(jìn)制二進(jìn)制 目前在數(shù)字電路中應(yīng)用最廣的是二進(jìn)制。在二進(jìn)制數(shù)目前在數(shù)字電路中應(yīng)用最廣的是二進(jìn)制。在二進(jìn)制數(shù)中，每一位僅有中，每一位僅有0和和1兩個(gè)可能的數(shù)碼，所以計(jì)數(shù)基數(shù)為兩個(gè)可能的數(shù)碼，所以計(jì)數(shù)基數(shù)為2。低位和相臨高位的進(jìn)位關(guān)系是低位和相臨高位的進(jìn)位關(guān)系是“逢二進(jìn)一逢二進(jìn)一”，故稱為二進(jìn)，故稱為二進(jìn)制制 根據(jù)式根據(jù)式(1)，我們可知任何一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，我們可知任何一個(gè)二進(jìn)制數(shù)D都可以用式都可以用式(2)來來表示：表示： D=Ki 2i

10、式式(2) 例如例如(1010)2。我們也可以用。我們也可以用B來代替腳注來代替腳注2。v2.1.3 十六進(jìn)制十六進(jìn)制 十六進(jìn)制的每一位有十六個(gè)不同的數(shù)碼，分別用十六進(jìn)制的每一位有十六個(gè)不同的數(shù)碼，分別用09、A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、F(15)表示。低位表示。低位和相臨高位的進(jìn)位關(guān)系是和相臨高位的進(jìn)位關(guān)系是“逢十六進(jìn)一逢十六進(jìn)一”，故稱為十六進(jìn)，故稱為十六進(jìn)制制. 任何一個(gè)二進(jìn)制數(shù)任何一個(gè)二進(jìn)制數(shù)D都可以用式都可以用式(3)來表示：來表示： D=Ki 16i 式式(3) 如：如： (1E2B)16 通常也用通常也用H 表示十六進(jìn)制表示十六進(jìn)制, 如如(1E2

11、B)16也可寫成也可寫成1E2BH。2.1 數(shù)制數(shù)制 幾幾種種進(jìn)進(jìn)制制數(shù)數(shù)之之間間的的對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)關(guān)關(guān)系系 十進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù) 十六進(jìn)制數(shù) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 00000 00001 00010 00011 00100 00101 00110 00111 01000 01001 01010 01011 01100 01101 01110 01111 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 2.1 數(shù)制數(shù)制 不同的數(shù)碼不僅可以表示數(shù)量的不同大小，而且還能用來不同的數(shù)碼不僅可以表示數(shù)量的不同大小，而且還能用來表示不同的事物

12、。在后一種情況下，這些數(shù)碼已沒有數(shù)量的含表示不同的事物。在后一種情況下，這些數(shù)碼已沒有數(shù)量的含義，只是表示不同事物的代號(hào)而已。這些數(shù)碼稱為代碼。義，只是表示不同事物的代號(hào)而已。這些數(shù)碼稱為代碼。 例如在舉行長(zhǎng)跑比賽時(shí)，為便于識(shí)別運(yùn)動(dòng)員，通常給每個(gè)例如在舉行長(zhǎng)跑比賽時(shí)，為便于識(shí)別運(yùn)動(dòng)員，通常給每個(gè)運(yùn)動(dòng)員編一個(gè)號(hào)碼。顯然這些號(hào)碼僅僅表示不同的運(yùn)動(dòng)員，已運(yùn)動(dòng)員編一個(gè)號(hào)碼。顯然這些號(hào)碼僅僅表示不同的運(yùn)動(dòng)員，已失去了數(shù)量的大小的含義。失去了數(shù)量的大小的含義。 為了便于記憶和處理，在編制代碼時(shí)總要遵循一定的規(guī)則，為了便于記憶和處理，在編制代碼時(shí)總要遵循一定的規(guī)則，這些規(guī)則就叫做碼制。通常將這些代碼稱為二這

13、些規(guī)則就叫做碼制。通常將這些代碼稱為二十進(jìn)制代碼，十進(jìn)制代碼，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱BCD碼，通常所用的碼，通常所用的BCD碼有碼有8421 碼，余碼，余3碼，碼，2421碼，碼，5211碼和余碼和余3循環(huán)碼。循環(huán)碼。2.2 碼制碼制8421碼碼 余余3碼碼 2421碼碼 5421碼碼 余余3循環(huán)碼循環(huán)碼編碼0123456789十進(jìn)種類制數(shù)幾種常見的幾種常見的BCD碼碼8421BCD碼和十進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換是碼和十進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換是直接按位（按組）轉(zhuǎn)換直接按位（按組）轉(zhuǎn)換。2.2 碼制碼制3、FET和數(shù)字芯片和數(shù)字芯片v3.1 FET (Field Effect Transistor) 場(chǎng)效應(yīng)管是一種利用電場(chǎng)效應(yīng)來控

14、制其電流大小場(chǎng)效應(yīng)管是一種利用電場(chǎng)效應(yīng)來控制其電流大小的半導(dǎo)體器件。這種器件不僅兼有體積小、重量輕、的半導(dǎo)體器件。這種器件不僅兼有體積小、重量輕、耗電省、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性耗電省、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻而且還有輸入射能力強(qiáng)和制造工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)好、抗輻而且還有輸入射能力強(qiáng)和制造工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因而大大地?cái)U(kuò)展了它的應(yīng)用范圍，特別是在大規(guī)點(diǎn)，因而大大地?cái)U(kuò)展了它的應(yīng)用范圍，特別是在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。模和超大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。 根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，場(chǎng)效應(yīng)管可分為兩大類：結(jié)型根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，場(chǎng)效應(yīng)管可分為兩大類：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（場(chǎng)

15、效應(yīng)管（JFET）和金屬）和金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）。）。 JFET是利用半導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)效應(yīng)進(jìn)行工作的，也是利用半導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)效應(yīng)進(jìn)行工作的，也稱為體內(nèi)場(chǎng)效應(yīng)器件。我們通常所用的就是這一種。稱為體內(nèi)場(chǎng)效應(yīng)器件。我們通常所用的就是這一種。 圖一為圖一為FET的表示符號(hào)的表示符號(hào),圖二為我們生產(chǎn)中使用的圖二為我們生產(chǎn)中使用的一種一種FET的模型的模型. 我們可以看出：通常我們使用的我們可以看出：通常我們使用的FET有柵極有柵極,源極源極,漏極三個(gè)極，能夠完成輸入、輸出和放大漏極三個(gè)極，能夠完成輸入、輸出和放大的功能。而同樣大小的數(shù)字芯片呢的功能。而同樣大小的

16、數(shù)字芯片呢?gds圖 一J 5312漏極1.Drain源極2.Source柵極3.Gate圖 二3.1 FET3.2 數(shù)字芯片數(shù)字芯片 下圖為一簡(jiǎn)單的數(shù)字芯片下圖為一簡(jiǎn)單的數(shù)字芯片,在與普通在與普通FET一樣大小一樣大小的面積上的面積上,但是它有輸入但是它有輸入,輸出輸出,接地接地,時(shí)鐘時(shí)鐘,數(shù)據(jù)選擇數(shù)據(jù)選擇,左右左右聲道選擇等功能聲道選擇等功能.其中時(shí)鐘端其中時(shí)鐘端(CLOCK)有設(shè)置睡眠模式有設(shè)置睡眠模式的功能的功能;左右聲道選擇端左右聲道選擇端(L/R)可以選擇左右聲道可以選擇左右聲道.這些這些是較現(xiàn)有批量生產(chǎn)的麥克風(fēng)的優(yōu)勢(shì)所在是較現(xiàn)有批量生產(chǎn)的麥克風(fēng)的優(yōu)勢(shì)所在.DATA(數(shù)據(jù))GND(

17、接地)CLOCK(時(shí)鐘)VDD(輸入電壓)IN(輸入)L/R(左右聲道選擇) 下圖為前面所述數(shù)字芯片工作的電路圖下圖為前面所述數(shù)字芯片工作的電路圖,由圖可以由圖可以看出看出,該數(shù)字芯片由一個(gè)前置放大器該數(shù)字芯片由一個(gè)前置放大器,一個(gè)一個(gè)解調(diào)器及解調(diào)器及輸入輸入(IN),時(shí)鐘時(shí)鐘(CLOCK),數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(DATA),左右聲道選擇左右聲道選擇(L/R),接地接地(GND),輸入電壓輸入電壓(VDD)六個(gè)極六個(gè)極.可以完成輸可以完成輸入入,輸出輸出,數(shù)據(jù)選擇數(shù)據(jù)選擇,左右聲道選擇以及時(shí)鐘等功能左右聲道選擇以及時(shí)鐘等功能.3.2 數(shù)字芯片數(shù)字芯片輸入電壓VDD輸入接地左右聲道選擇數(shù)據(jù)時(shí)鐘ECMTerm

18、.2RL=2.2KTerm.1RLC+VsFET阻抗轉(zhuǎn)換器單體耦合腔輸出(外加阻抗)接地3.2 數(shù)字芯片數(shù)字芯片下面我們用模似麥克風(fēng)的線路圖來作個(gè)比較：3.3 數(shù)字麥克風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字麥克風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)減少元件成本和數(shù)目減少元件成本和數(shù)目: 不需要外部前置放大器不需要外部前置放大器 簡(jiǎn)單的扁線連接簡(jiǎn)單的扁線連接增加麥克風(fēng)布局的靈活性增加麥克風(fēng)布局的靈活性 對(duì)對(duì)RF和和EM(射頻和電磁干擾射頻和電磁干擾)免除的數(shù)字免除的數(shù)字輸出輸出 麥克風(fēng)或連線沒有空間上的限制麥克風(fēng)或連線沒有空間上的限制采用先進(jìn)軟件可減少離軸環(huán)境影響采用先進(jìn)軟件可減少離軸環(huán)境影響 波束成型波束成型 噪聲抑制噪聲抑制 回聲消除回聲消除 在

19、前面我們就已經(jīng)知道數(shù)字電路具有高集在前面我們就已經(jīng)知道數(shù)字電路具有高集成，簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。成，簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。 然而數(shù)字芯片在給我們帶來方便的同時(shí)然而數(shù)字芯片在給我們帶來方便的同時(shí),也也給我們帶來了一些問題給我們帶來了一些問題.我們發(fā)出的聲音我們發(fā)出的聲音,和在我和在我們周圍所能聽到的聲音都是模擬信號(hào)們周圍所能聽到的聲音都是模擬信號(hào),這些信號(hào)這些信號(hào)在數(shù)字電路中是不能傳輸?shù)脑跀?shù)字電路中是不能傳輸?shù)?而數(shù)字電路中只能而數(shù)字電路中只能傳輸數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)字信號(hào).這就要求我們要先把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)這就要求我們要先把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)換成數(shù)字信號(hào).現(xiàn)在人們已經(jīng)開發(fā)出把模擬信號(hào)現(xiàn)在人們已經(jīng)開發(fā)出把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字

20、信號(hào)的工具轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的工具:模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC).下面下面我們簡(jiǎn)單了解一下模數(shù)轉(zhuǎn)換器我們簡(jiǎn)單了解一下模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的一些基本的一些基本知識(shí)知識(shí).3.3 數(shù)字麥克風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字麥克風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 為了能夠使用數(shù)字電路處理模擬信號(hào)為了能夠使用數(shù)字電路處理模擬信號(hào),必須把模擬信必須把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào),方能送入數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理方能送入數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理.同同時(shí)也要把處理后得到的數(shù)字信號(hào)在轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信時(shí)也要把處理后得到的數(shù)字信號(hào)在轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào)號(hào) ,作為最后的輸出作為最后的輸出.我們把前一種從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)我

21、們把前一種從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換叫做模的轉(zhuǎn)換叫做模-數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換,或簡(jiǎn)稱或簡(jiǎn)稱A/D;把后一種從數(shù)字信號(hào)到把后一種從數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換叫做數(shù)模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換叫做數(shù)-模轉(zhuǎn)換模轉(zhuǎn)換,或簡(jiǎn)稱或簡(jiǎn)稱D/A.同時(shí)把同時(shí)把A/D或或D/A轉(zhuǎn)換的電路叫做模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的電路叫做模數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱ADC)或數(shù)模轉(zhuǎn)換器或數(shù)模轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱DAC)傳感器傳感器(溫度、壓力、溫度、壓力、流量等流量等模擬量模擬量）A/D計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)（數(shù)字量）（數(shù)字量）顯示器顯示器D/A執(zhí)行部件執(zhí)行部件（模擬量控制）（模擬量控制）打印機(jī)打印機(jī)能夠?qū)⒛M量轉(zhuǎn)換能夠?qū)⒛M量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件稱為數(shù)字量的器件稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)為

22、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱稱A/DA/D轉(zhuǎn)換器或轉(zhuǎn)換器或ADCADC。能夠?qū)?shù)字量轉(zhuǎn)換能夠?qū)?shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的器件稱為模擬量的器件稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱稱D/AD/A轉(zhuǎn)換器或轉(zhuǎn)換器或DACDAC。 ADC ADC和和DACDAC是溝通模擬電路和數(shù)字電路是溝通模擬電路和數(shù)字電路的橋梁，也可稱之為兩者之間的接口的橋梁，也可稱之為兩者之間的接口. .ADCADC和和DACDAC的應(yīng)用：的應(yīng)用：4.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器基本工作原理模數(shù)轉(zhuǎn)換器基本工作原理 A/D A/D轉(zhuǎn)換是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換過程通過轉(zhuǎn)換是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換過程通過取樣、保持、量化和編碼取樣、保持、量化和編碼四個(gè)

23、步驟完成。四個(gè)步驟完成。 采樣保持量化編碼VIDO模擬量輸入模擬量輸入數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出4.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器基本工作原理模數(shù)轉(zhuǎn)換器基本工作原理v 1 1、取樣：取樣（也稱采樣）是將時(shí)間上連續(xù)變化的信號(hào)、取樣：取樣（也稱采樣）是將時(shí)間上連續(xù)變化的信號(hào)，轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的信號(hào)，即將時(shí)間上連續(xù)變化的模擬，即將時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為一系列等間隔的脈沖，脈沖的幅度取決于輸入模量轉(zhuǎn)換為一系列等間隔的脈沖，脈沖的幅度取決于輸入模擬量。擬量。v 2 2、保持：模擬信號(hào)經(jīng)采樣后，得到一系列、保持：模擬信號(hào)經(jīng)采樣后，得到一系列樣值脈沖樣值脈沖。采。采樣脈沖寬度一般是很短暫的，在下一個(gè)采

24、樣脈沖到來之前樣脈沖寬度一般是很短暫的，在下一個(gè)采樣脈沖到來之前，應(yīng)暫時(shí)保持所取得的樣值脈沖幅度，以便進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因，應(yīng)暫時(shí)保持所取得的樣值脈沖幅度，以便進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此，在取樣電路之后須加此，在取樣電路之后須加保持電路保持電路。v 3 3、量化：將采樣后的樣值電平歸化到與之接近的離散電、量化：將采樣后的樣值電平歸化到與之接近的離散電平上，這個(gè)過程稱為平上，這個(gè)過程稱為量化量化。v 4 4、編碼：把量化的結(jié)果用代碼表示出來，稱為編碼。這、編碼：把量化的結(jié)果用代碼表示出來，稱為編碼。這些代碼就是些代碼就是A/DA/D轉(zhuǎn)換的輸出結(jié)果。轉(zhuǎn)換的輸出結(jié)果。4.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器基本工作原理模數(shù)轉(zhuǎn)換器基本工作原理

25、v 模擬信號(hào)數(shù)字化需要注意兩個(gè)問題：每秒鐘需要采集多模擬信號(hào)數(shù)字化需要注意兩個(gè)問題：每秒鐘需要采集多少個(gè)信號(hào)樣本，也就是采樣頻率少個(gè)信號(hào)樣本，也就是采樣頻率(fs)是多少，每個(gè)信號(hào)是多少，每個(gè)信號(hào)樣本的比特?cái)?shù)樣本的比特?cái)?shù)b/s(bit per sample)應(yīng)該是多少，也就是量化應(yīng)該是多少，也就是量化精度。精度。 v 根據(jù)奈奎斯特理論（根據(jù)奈奎斯特理論（Nyquist theory），采樣頻率的高低），采樣頻率的高低是由模擬信號(hào)本身的最高頻率決定的。奈奎斯特理論指出是由模擬信號(hào)本身的最高頻率決定的。奈奎斯特理論指出，采樣頻率不應(yīng)低于模擬信號(hào)最高頻率的兩倍，這樣就能，采樣頻率不應(yīng)低于模擬信號(hào)最高

26、頻率的兩倍，這樣就能把以數(shù)字表達(dá)的信號(hào)還原成原來的信號(hào)，這叫做無(wú)損數(shù)字把以數(shù)字表達(dá)的信號(hào)還原成原來的信號(hào)，這叫做無(wú)損數(shù)字化（化（lossless digitization）。采樣定律用公式表示為）。采樣定律用公式表示為 v fs 2f 或者或者 T s T/2 v 其中其中f為被采樣信號(hào)的最高頻率，為被采樣信號(hào)的最高頻率，T為被采樣信號(hào)的最低周為被采樣信號(hào)的最低周期，期，fs稱為采樣頻率，稱為采樣頻率，Ts為采樣間隔。為采樣間隔。 4.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器基本工作原理模數(shù)轉(zhuǎn)換器基本工作原理。如下圖，圖中的正弦曲線代表原始音頻曲線；填了顏色的方格代表采樣后得到的結(jié)果，二者越吻合說明采樣結(jié)果越好。 上圖

27、中的橫坐標(biāo)便是采樣頻率；縱坐標(biāo)便是采樣分辨率。圖中的格子從左到右，逐漸加密，先是加大橫坐標(biāo)的密度，然后加大縱坐標(biāo)的密度。顯然，當(dāng)橫坐標(biāo)的單位越小即兩個(gè)采樣時(shí)刻的間隔越小，則越有利于保持原始聲音的真實(shí)情況，換句話說，采樣的頻率越大則音質(zhì)越有保證；同理，當(dāng)縱坐標(biāo)的單位越小則越有利于音質(zhì)的提高，即采樣的位數(shù)越大越好。4.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器基本工作原理模數(shù)轉(zhuǎn)換器基本工作原理 量化位數(shù)：量化位是對(duì)模擬音頻信號(hào)的幅度軸進(jìn)行數(shù)字化，量化位數(shù)：量化位是對(duì)模擬音頻信號(hào)的幅度軸進(jìn)行數(shù)字化，它決定了模擬信號(hào)數(shù)字化以后的動(dòng)態(tài)范圍。由于計(jì)算機(jī)按它決定了模擬信號(hào)數(shù)字化以后的動(dòng)態(tài)范圍。由于計(jì)算機(jī)按字節(jié)運(yùn)算，一般的量化位數(shù)為字節(jié)

28、運(yùn)算，一般的量化位數(shù)為8 8位和位和1616位。量化位越高，位。量化位越高，信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍越大，數(shù)字化后的音頻信號(hào)就越可能接近信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍越大，數(shù)字化后的音頻信號(hào)就越可能接近原始信號(hào)，但所需要的存貯空間也越大。原始信號(hào)，但所需要的存貯空間也越大。圖中上半部分表示原始音頻的波形；下半部分表示錄制后的波形；紅色的點(diǎn)表示采樣點(diǎn)。大家可以發(fā)現(xiàn)，上下波形之所以不吻合，是因?yàn)椴蓸狱c(diǎn)不夠多，或嚴(yán)謹(jǐn)一點(diǎn)說，是采樣頻率不夠高。這種情況，我們稱之為低頻失真。 4.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器基本工作原理模數(shù)轉(zhuǎn)換器基本工作原理 模數(shù)轉(zhuǎn)換器有模數(shù)轉(zhuǎn)換器有直接轉(zhuǎn)換法直接轉(zhuǎn)換法和和間接轉(zhuǎn)換法間接轉(zhuǎn)換法兩大類。兩大類。 直接法是通過一

29、套基準(zhǔn)電壓與取樣保持電壓進(jìn)行直接法是通過一套基準(zhǔn)電壓與取樣保持電壓進(jìn)行比較比較，從而從而直接直接將模擬量將模擬量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。其特點(diǎn)是成數(shù)字量。其特點(diǎn)是工作速度高工作速度高，轉(zhuǎn)換精度容易保證，調(diào)準(zhǔn)也比較方便。轉(zhuǎn)換精度容易保證，調(diào)準(zhǔn)也比較方便。直接直接A/DA/D轉(zhuǎn)換器有計(jì)轉(zhuǎn)換器有計(jì)數(shù)型、逐次比較型、并行比較型數(shù)型、逐次比較型、并行比較型等。等。 間接法是將取樣后的模擬信號(hào)先轉(zhuǎn)換成間接法是將取樣后的模擬信號(hào)先轉(zhuǎn)換成中間變量中間變量時(shí)間時(shí)間t t或頻率或頻率f f, , 然后再將然后再將t t或或f f轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。其特點(diǎn)是工作速度工作速度較低較低，但，但轉(zhuǎn)換精度可以做得

30、較高轉(zhuǎn)換精度可以做得較高，且抗干擾性強(qiáng)。，且抗干擾性強(qiáng)。間接間接A/DA/D轉(zhuǎn)換器有單次積分型、雙積分型轉(zhuǎn)換器有單次積分型、雙積分型等。等。4.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要電路形式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要電路形式v 4.3.1 4.3.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)、 分辨率。分辨率。 分辨率指模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入模擬信號(hào)的分辨能力。分辨率指模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入模擬信號(hào)的分辨能力。2. 2. 轉(zhuǎn)換時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間。 轉(zhuǎn)換時(shí)間是指模數(shù)轉(zhuǎn)換器從接到轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)開始，到轉(zhuǎn)換時(shí)間是指模數(shù)轉(zhuǎn)換器從接到轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)開始，到輸出端獲得穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過的時(shí)間。輸出端獲得穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過的時(shí)間。3. 3.

31、 轉(zhuǎn)換誤差。轉(zhuǎn)換誤差。 它表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上輸出的數(shù)它表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上輸出的數(shù)字量之間的差別。常用字量之間的差別。常用最低有效位的倍數(shù)最低有效位的倍數(shù)表示。表示。4.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器部分性能指標(biāo)模數(shù)轉(zhuǎn)換器部分性能指標(biāo)v 4.3.2 4.3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)、 轉(zhuǎn)換精度。轉(zhuǎn)換精度。 保證數(shù)據(jù)處理結(jié)果的準(zhǔn)確性。保證數(shù)據(jù)處理結(jié)果的準(zhǔn)確性。2. 2. 轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換速度。 適應(yīng)快速過程的控制和檢測(cè)的需要。適應(yīng)快速過程的控制和檢測(cè)的需要。4.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器部分性能指標(biāo)模數(shù)轉(zhuǎn)換器部分性能指標(biāo)5、數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)與測(cè)試、數(shù)字麥克風(fēng)

32、的參數(shù)與測(cè)試 現(xiàn)在我們公司大批量生產(chǎn)的麥克風(fēng)是模擬麥克風(fēng)，它們現(xiàn)在我們公司大批量生產(chǎn)的麥克風(fēng)是模擬麥克風(fēng)，它們都是模擬信號(hào)輸入都是模擬信號(hào)輸入,模擬信號(hào)輸出模擬信號(hào)輸出,而正在批量中的數(shù)字麥克而正在批量中的數(shù)字麥克風(fēng)卻不同，它們是模擬信號(hào)輸入風(fēng)卻不同，它們是模擬信號(hào)輸入,數(shù)字信號(hào)輸出數(shù)字信號(hào)輸出.鑒于數(shù)字信鑒于數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的不同號(hào)與模擬信號(hào)的不同,因此我們量化麥克風(fēng)好壞的標(biāo)準(zhǔn)也有因此我們量化麥克風(fēng)好壞的標(biāo)準(zhǔn)也有所不同所不同.數(shù)字麥克風(fēng)中靈敏度的概念也與模擬麥克風(fēng)有別數(shù)字麥克風(fēng)中靈敏度的概念也與模擬麥克風(fēng)有別,下下面介紹一下數(shù)字麥克風(fēng)的一些參數(shù)的定義和測(cè)試設(shè)備面介紹一下數(shù)字麥克風(fēng)的一些參數(shù)

33、的定義和測(cè)試設(shè)備.5.1 數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)1、dBvdB分貝為表示相對(duì)功率或幅度電平的標(biāo)準(zhǔn)單位。用dB表示。 vdBm：是以0.775Vrms（阻抗為600）為參考電壓的電平單位；vdBu：是以0.775Vrms（阻抗不限）為參考電壓時(shí)的電平單位；vdBv：是以1.0Vrms（阻抗不限）為參考電壓時(shí)的電平單位；vdBr：是相對(duì)參考電平單位，測(cè)量電聲系統(tǒng)的幅頻特性時(shí)，常被選用；vdBfs（dB full scale）：是數(shù)字音頻信號(hào)電平單位。亦寫做dBFS。 1、dBv滿刻度分貝值（dBFS）(dB Full Scale) v “0”dBfs：是滿刻度的數(shù)字音頻參考電平，稱：數(shù)字

34、滿刻度電平。是指在數(shù)字域的音頻系統(tǒng)中，對(duì)最大值所對(duì)應(yīng)的A/D或D/A變換器，所能轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)不被削波時(shí)的信號(hào)電平。它用于帶有A/D或D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字音頻設(shè)備，是一項(xiàng)“滿刻度”指標(biāo)?！皾M刻度”是指：轉(zhuǎn)換器可能到達(dá)“數(shù)字過載”之前的最大峰值電平，滿刻度電平值是由轉(zhuǎn)換器內(nèi)部設(shè)計(jì)所決的是一個(gè)固定電平值。 “0”dBfs對(duì)應(yīng)+24dBu，曾是我國(guó)的廣播電影電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其最大可能編碼的電平值，用與其相對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)電平值表示。所采用的編碼方式，至少相當(dāng)于16比特均勻精度。目前，已成為中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，即GB/T14919-1994數(shù)字聲音信號(hào)源編碼技術(shù)規(guī)范。 5.1 數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)數(shù)字麥克風(fēng)

35、的參數(shù)1、dBv滿刻度分貝值三種標(biāo)準(zhǔn)：v1.原廣播電影電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T192-2003數(shù)字音頻設(shè)備的滿度電平是這樣規(guī)定的，電聲系統(tǒng)的“工作電平”為15dBu，最高峰值電平為24dBu(尚符合現(xiàn)在國(guó)標(biāo)的規(guī)定)。 v2.歐洲廣播聯(lián)盟（EBU-R68-2000）的規(guī)定為“0dBfs對(duì)應(yīng)+22dBu。 v 3.美國(guó)電影與電視工程師協(xié)會(huì)（SMPTE）在RP 155-1995中建議數(shù)字音頻系統(tǒng)滿度電平為： 0dBfs對(duì)應(yīng)+24dBu其中，最大允許工作電平由自己掌握，未做規(guī)定。 v以上標(biāo)準(zhǔn)中，基準(zhǔn)電平的建議均為+4dBu 。5.1 數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)2、 DR(動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍)v動(dòng)態(tài)范圍

36、信號(hào)最強(qiáng)的部分與最微弱部分之間的電平差v動(dòng)態(tài)范圍和 bits 的關(guān)系： dB = 20 log 2 *例如: *=16 bits 音頻 動(dòng)態(tài)范圍 = 96dB.=20 bits 音頻 動(dòng)態(tài)范圍 = 120dB. =24 bits 音頻 動(dòng)態(tài)范圍 = 144dB.5.1 數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)2、 DR(動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍)v模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍是怎樣實(shí)現(xiàn)的？ 滿刻度是 0dBFS, 從規(guī)格書上看, 噪聲水平是 89dBFS.因此因此,動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍 為為 89dB.5.1 數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)3、 SNR(信噪比信噪比) v信噪比SNR（Signal to Noise R

37、atio）是有用信號(hào)與噪聲之比的簡(jiǎn)稱。 噪音可分為環(huán)境噪音和設(shè)備噪音。信噪比越大，聲音質(zhì)量越好。5.1 數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)v 模數(shù)轉(zhuǎn)換器自身的 SNR 通常和其動(dòng)態(tài)范圍值相似 .3、 SNR(信噪比信噪比) vSNR 可以通過快速傅里葉變換(FFT) 曲線測(cè)得.SNR5.1 數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)4、 THD(總諧波失真總諧波失真) v總諧波失真總諧波失真 (THD) - 是指總的有效信號(hào)和諧波是指總的有效信號(hào)和諧波失真的有效信號(hào)的比值，用分貝表示。失真的有效信號(hào)的比值，用分貝表示。vTHD 不是一個(gè)常用的衡量標(biāo)準(zhǔn)，它需要一個(gè)不不是一個(gè)常用的衡量標(biāo)準(zhǔn)，它需要一個(gè)不同類型的分析儀，用計(jì)算機(jī)測(cè)試單個(gè)諧波激勵(lì)，同類型的分析儀，用計(jì)算機(jī)測(cè)試單個(gè)諧波激勵(lì)，而不是利用其自身來測(cè)試。而不是利用其自身來測(cè)試。vTHD+N -諧波失真加噪聲，用分貝表示。諧波失真加噪聲，用分貝表示。5.1 數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)數(shù)字麥克風(fēng)的參數(shù)5、 SINAD(信號(hào)信號(hào)-噪聲及失真比噪聲及失真比)v這個(gè)參數(shù)用來衡量模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能。vSINAD 將信噪比SNR和總諧波失真