MEMS数字麦克风信号处理电路的设计.pdf

在消费电子产品的技术发展潮流中，微型麦克风作为音频输入的关键组件，其技术进步对产品性能的提升起着至关重要的作用。特别是近年来，MEMS（微机电系统）数字麦克风因为其独特的优点，如卓越的音频采集性能、耐高温特性、温度稳定性、较小的尺寸以及抗干扰能力，在市场中得到了广泛的关注，并逐渐成为麦克风市场的主流产品。 相比于传统的驻极体麦克风（ECM），MEMS数字麦克风具有更高的性能和更小的体积，这使得它们能够适用于各种高科技、集成化、小型化的消费电子产品中，如智能眼镜、便携式可穿戴设备、虚拟现实设备等。MEMS麦克风的信号通常很微弱，因此需要依赖信号处理电路来确保信号的准确读取和处理。 本文对MEMS数字麦克风的信号处理电路设计进行了深入研究。文章提出了一种新型的电荷泵电路结构，它能够在宽电压范围内产生稳定的高压输出，电压偏差可以控制在±5%以内。这种改进的电荷泵是通过在传统电荷泵的基础上结合时钟电平倍增电路实现的，以满足MEMS器件所需的偏置电压需求。 接着，针对MEMS器件产生的微弱电信号，本文采用源跟随器和高开环增益的比例放大器进行信号的拾取和放大。这样的设计可以提高闭环增益的精度，并且确保微弱信号能够被正确放大。此外，设计中还考虑了电路在不同工艺角下的性能稳定性，从而保证电路在实际应用中的可靠性。 文章对三阶Sigma-delta调制器进行了详细的SIMULINK建模与非理想因素分析，并通过建模仿真来指导电路设计。Sigma-delta调制器是MEMS数字麦克风信号处理电路中的核心部分，它能够在噪声整形的过程中，提高信号的信噪比。在本文的设计中，调制器电路级主要包括主体采样开关、积分器运算放大器、比较器等电路模块。通过整体电路仿真验证，本设计的电路能够满足系统要求的性能指标。 本文提出的MEMS数字麦克风信号处理电路设计不仅具有较好的性能指标，而且在小型化、集成化、低功耗等方面都有着很好的表现，完全符合当前消费电子产品对微型麦克风的技术要求，具有一定的应用前景和商业价值。