数字麦克风与模拟麦克风的区别
模拟通信系统与数字通信系统的区别!
在通信领域中，模拟通信系统和数字通信系统是两种主要的通信方式，它们在原理、特点、性能以及应用等方面存在着显著的区别。
一、基本原理1. 模拟通信系统①模拟通信系统是基于模拟信号进行信息传输的。
模拟信号是一种连续的信号，其幅度、频率或相位随时间连续变化，能够直接表示原始信息。
例如，声音通过麦克风转换为电信号时，产生的就是模拟信号，其电压或电流的幅度与声音的强度成正比。
②在模拟通信中，信息源产生的原始电信号通常经过调制，将其频谱搬移到适合传输的频段，然后通过信道传输。
在接收端，经过解调恢复出原始信号。
2. 数字通信系统①数字通信系统则是基于数字信号进行信息传输的。
数字信号是一种离散的信号，其幅度取值是有限的离散值，通常用二进制代码表示。
例如，计算机中的数据、数字电话中的语音信号等都是数字信号。
②数字通信系统中，信息源产生的原始信号首先经过采样、量化和编码等过程转换为数字信号，然后进行数字调制，将数字信号的频谱搬移到适合传输的频段。
接收端接收到信号后，经过数字解调、解码等过程恢复出原始数字信号，最后通过数模转换恢复出原始模拟信号。
二、信号特点1. 模拟信号①连续性：模拟信号在时间和幅度上都是连续变化的，没有明显的断点或跳跃。
②无限精度：模拟信号的幅度可以取任意值，具有无限的精度。
3. 易受干扰：由于模拟信号的幅度是连续变化的，所以在传输过程中容易受到噪声、干扰等因素的影响，导致信号失真。
2. 数字信号①离散性：数字信号在时间和幅度上都是离散的，只有有限的几个取值。
②有限精度：数字信号的幅度取值是有限的，通常用二进制代码表示，因此具有有限的精度。
③抗干扰性强：数字信号具有较强的抗干扰能力，因为只要干扰的幅度不超过一定的阈值，就不会影响数字信号的取值。
三、系统性能1. 有效性①模拟通信系统：通常用有效传输带宽来衡量有效性。
由于模拟信号的频谱是连续的，所以需要较宽的带宽来传输。
②数字通信系统：一般用传输速率（比特率）和频带利用率来衡量有效性。
数字增益和模拟增益的区别？
数字增益（Digital Gain）和模拟增益（Analog Gain）是在音频处理中常用的两种信号增益方式，它们有以下区别：
1. 实施方式：
- 数字增益：数字增益是在数字领域对音频信号进行增益操作，通常是通过增大或减小音频采样值来实现。
数字增益可以在数字信号处理器（DSP）或计算机软件中进行实施。
- 模拟增益：模拟增益是在模拟领域对音频信号进行增益操作，通常是通过调整电压、电流或功率来改变模拟信号的幅度。
2. 精度和灵活性：
- 数字增益：由于数字信号的精确性和精度较高，数字增益可以实现非常精确的增益控制。
数字增益通常具有更大的增益范围，并且可以实现微小的增益微调。
此外，数字增益还可以通过软件界面进行动态调节，实现实时和精细的控制。
- 模拟增益：模拟增益的精度受到模拟电路、器件和环境噪声等因素的影响，其控制和调节相对较为有限。
模拟增益的调整通常需要通过旋钮、电位器或开关等物理控件进行，灵活性较低。
3. 延迟：
- 数字增益：数字信号处理通常需要一定的处理时间，因此数字增益可能引入一定的延迟。
特别是在多通道数字处理中，由于信号的采样、处理和转换需要时间，可能导致通道之间的时间差，产生相位延迟或失调。
- 模拟增益：模拟增益通常不会引入明显的延迟，因为模拟信号的处理是即时的，不需要额外的处理和转换时间。
需要根据具体的应用场景和要求来选择数字增益和模拟增益。
数字增益适用于需要精确控制和实时动态调节的音频处理任务，而模拟增益适用于一些基本的音频调音和增强需求，并且可以结合模拟电路的特性产生独特的音色效果。
了解麦克风灵敏度
了解麦克风灵敏度作者：Jerad Lewis灵敏度，即模拟输出电压或数字输出值与输入压力之比，对任何麦克风来说都是一项关键指标。
在输入已知的情况下，从声域单元到电域单元的映射决定麦克风输出信号的幅度。
本文将探讨模拟麦克风与数字麦克风在灵敏度规格方面的差异，如何根据具体应用选择灵敏度最佳的麦克风，同时还会讨论为什么增加一位（或更多）数字增益可以增强麦克风信号。
模拟与数字麦克风灵敏度一般在94 dB的声压级(SPL)（或者1帕(Pa)压力）下，用1 kHz正弦波进行测量。
麦克风在该输入激励下的模拟或数字输出信号幅度即是衡量麦克风灵敏度。
该基准点只是麦克风的特性之一，并不代表麦克风性能的全部。
模拟麦克风的灵敏度很简单，不难理解。
该指标一般表示为对数单位dBV（相对于1 V的分贝数)，代表着给定SPL下输出信号的伏特数。
对于模拟麦克风，灵敏度（表示为线性单位mV/Pa）可以用对数表示为分贝：其中Output AREF为1000 mV/Pa (1 V/Pa)参考输出比。
有了该信息和正确的前置放大器增益，则可轻松将麦克风信号电平匹配至电路或系统其他部分的目标输入电平。
图1显示了如何设置麦克风的峰值输出电压(V MAX)，以匹配ADC的满量程输入电压(V IN)，其增益为V IN/V MAX。
例如，以4 (12 dB)的增益，可将一个最大输出电压为0.25 V的ADMP504匹配至一个满量程峰值输入电压为1.0 V的ADC。
图1. 模拟麦克风输入信号链，以前置放大器使麦克风输出电平与ADC输入电平相匹配。
数字麦克风的灵敏度（单位为dBFS，相对于数字满量程的分贝数）则并非如此简单。
单位的差异表明，数字麦克风与模拟麦克风的灵敏度在定义上存在细微差异。
对于提供电压输出的模拟麦克风，输出信号大小的唯一限制实际上是系统电源电压的限制。
虽然对多数设计来说并不实用，但从物理本质上讲，模拟麦克风完全可以拥有20 dBV的灵敏度，其中用于基准电平输入信号的输出信号为10 V。
模拟和数字有什么区别
模拟和数字有什么区别
模拟和数字的区别：信号源工作原理不同、输出方式不同、通信特点不同。
模拟信号就是模拟着信息（如声音信息、图像信息等等）变化而变化的信号；而数字信号却不同，它是将信号经过抽样、量化、编码之后形成数字信号（也叫脉冲信号）。
一、信号源工作原理不同
1、数字信号处理的是离散信号，数字信号通常使用1和0表示。
2、模拟信号处理的是连续信号，一般采用连续变化的电磁波或采用连续变化的信号电压来表示。
二、输出方式不同
1、模拟信号一般通过传统的传输线路（例如电话网、有线电视网）来传输。
2、数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，一般则需要用双绞线，和光纤介质等将通信双方连接起来，才能将信号从一个节点传到另一个节点。
三、通信特点不同
模拟通信特点：为了提高信噪比，需要在信号传输过程中及时对衰减的传输信号进行放大，信号在传输过程中不可
避免地叠加上的噪声也被同时放大。
随着传输距离的增加，噪声累积越来越多，以致使传输质量严重恶化。
数字通信特点：由于数字信号的幅值为有限个离散值(通常取两个幅值)，在传输过程中虽然也受到噪声的干扰，但当信噪比恶化到一定程度时，即在适当的距离采用判决再生的方法，再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号，所以可实现长距离高质量的传输。
数字式麦克风应用原理
数字式麦克风应用原理
数字式麦克风是一种将声音信号转换为数字信号的麦克风。
它的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 声音捕捉：数字式麦克风使用一个或多个传感器（如电容式传感器或压电传感器）来捕捉声音。
当声音波通过麦克风时，传感器会产生相应的电信号。
2. 信号放大：麦克风会将传感器产生的微弱电信号放大，以便后续处理。
3. 模数转换：放大后的电信号会经过模数转换器（ADC）进行转换。
ADC将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
这个过程涉及到将连续的电压值分成多个离散的级别，并将每个级别映射到一个数字值。
4. 数字信号处理：转换后的数字信号可以通过数字信号处理器（DSP）进行进一步处理。
这包括滤波、降噪、增强等操作，以提高声音质量和减少噪音。
5. 数字信号输出：处理后的数字信号可以通过数字接口（如USB、蓝牙等）输出到计算机、手机或其他设备上进行进一步处理或存储。
总的来说，数字式麦克风通过将声音信号转换为数字信号，可以更方便地进行后续处理和传输，同时也可以提供更高的音质和抗干扰能力。
电脑声卡的模拟和数字输出方式
电脑声卡的模拟和数字输出方式电脑声卡是现代计算机中的一个重要组成部分，它负责处理音频信号的输入和输出。
一般来说，电脑声卡的输出方式主要有两种：模拟输出和数字输出。
本文将详细介绍这两种输出方式的特点和应用场景。
一、模拟输出方式模拟输出方式是指将数字音频信号通过数字模拟转换器（DAC）转换为模拟音频信号，然后通过声卡的模拟输出接口（通常为3.5mm音频接口）输出到扬声器或耳机上。
模拟输出方式具有以下几个特点：1. 通用性强：模拟输出接口是目前最常见的音频输出接口，几乎所有的扬声器、耳机和音响设备都支持该接口。
2. 声音质量较好：由于模拟输出方式使用DAC将数字音频信号转换为模拟音频信号，因此可以获得较高的音质，音频细节和动态范围更丰富。
3. 延迟较低：模拟输出方式在音频信号传输过程中没有经过多次数字转换的过程，因此延迟较低，适合对音频延迟要求较高的应用，如音乐制作、专业录音等。
模拟输出方式适用于大部分普通用户以及对声音质量和响应速度要求较高的专业领域。
二、数字输出方式数字输出方式是指将音频信号以数字形式通过声卡的数字输出接口传输到外部设备上进行解码和放大，然后再输出到扬声器上。
常见的数字输出接口有S/PDIF、HDMI和光纤接口。
数字输出方式具有以下几个特点：1. 高保真音质：数字输出方式避免了模拟信号转换的损耗，保持了音频信号的高保真性，能够获得更准确、更逼真的音质表现。
2. 多通道输出：数字输出方式支持多通道输出，如5.1声道和7.1声道，适用于需要环绕音效和多声道音频体验的应用，如影音娱乐、游戏等。
3. 灵活连接：数字输出接口可以通过适配器或转接线与其他设备连接，扩展了连接方式的灵活性，方便与各种音频设备和音响系统配合使用。
数字输出方式适用于追求高保真音质和多声道体验的音频爱好者、专业音乐制作人员以及需要与外部音频设备连接的专业领域。
总结：电脑声卡的模拟输出方式和数字输出方式各有特点，适用于不同的用户和应用场景。
MEMS麦克风的基本原理
MEMS麦克风的声学传感器
• MEMS麦克风所用的声学传感器是利用半导体生产线制作且通过高度自动化过 程封装的芯片。MEMS麦克风的制造过程是，首先，在晶圆上沉积数层不同的 物质，然后蚀去无用的物质，在基础晶片上形成一个腔室，在腔室上覆盖一 层能够运动的振膜和一个固定的背板。传感器背板具有优良的刚性，采用通 孔结构，通风性能优异；而振膜是一个很薄的实心结构，当声波引起气压变 化时，振膜将会弯曲。 振膜较薄，易弯曲。当声波引起的气压变化时，振膜会随着气压变化而弯曲； 背板较厚且多孔，当空气流过时，背板保持静止。当振膜运动时，振膜与背 板之间的电容量将会变化。ASIC器件可将这种电容变化转换成电信号。
模拟麦克风的灵敏度通常表示为相对于1vrms信号的分贝数dbv而数字麦克风的灵敏度通常表示为相对于麦克风满量程输出的分贝数dbfs麦克风的背景噪声又称本底噪声是指在较安静的环境内麦克风输出中的噪声量
前言
• 微机电系统（MEMS）技术的问世和应用让麦克风变得越 来越小，性能越来越高。MEMS麦克风具有诸多优点，例 如，高信噪比，低功耗，高灵敏度，所用微型封装兼容贴 装工艺，回流焊对MEMS麦克风的性能无任何影响，而且 温度特性非常出色。
频响 MEMS麦克风频响是在不同频率时指灵敏度的变化。麦克风频响通常在1 kHz 时设为0 dB，对不同频率下 的灵敏度进行归一化处理。大多数MEMS麦克风的灵敏度都低于100Hz，在出现Helmholtz谐振后开始上 升，达到大约4kHz至6kHz之间。这就是许多MEMS麦克风将频响指定在100Hz至10kHz之间的原因。不过， 高性能的MEMS麦克风在20Hz至20kHz全音频带内拥有较平坦的频响曲线。 电源抑制比(PSR) • 麦克风电源抑制比是评价麦克风防止噪声从电源输入端进入输出端的能力指标。电源抑制比通常是 在音频带内使用通过仿真GSM蜂窝无线电产生的TDMA噪声的217Hz方波和/或扫描正弦波来指定。
模拟信号与数字信号的区别和优缺点
模拟信号与数字信号的区别和优缺点1．模拟通信模拟通信的优点是直观且容易实现，但存在两个主要缺点。
（1）保密性差模拟通信，尤其是微波通信和有线明线通信，很容易被窃听。
只要收到模拟信号，就容易得到通信内容。
（2）抗干扰能力弱电信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使得通信质量下降。
线路越长，噪声的积累也就越多2．数字通信（1）数字化传输与交换的优越性①加强了通信的保密性。
②提高了抗干扰能力。
数字信号在传输过程中会混入杂音，可以利用电子电路构成的门限电压（称为阈值）去衡量输入的信号电压，只有达到某一电压幅度，电路才会有输出值，并自动生成一整齐的脉冲（称为整形或再生）。
较小杂音电压到达时，由于它低于阈值而被过滤掉，不会引起电路动作。
因此再生的信号与原信号完全相同，除非干扰信号大于原信号才会产生误码。
为了防止误码，在电路中设置了检验错误和纠正错误的方法，即在出现误码时，可以利用后向信号使对方重发。
因而数字传输适用于较远距离的传输，也能适用于性能较差的线路。
③可构建综合数字通信网。
采用时分交换后，传输和交换统一起来，可以形成一个综合数字通信网。
（2）数字化通信的缺点①占用频带较宽。
因为线路传输的是脉冲信号，传送一路数字化语音信息需占20?64kHz的带宽，而一个模拟话路只占用4kHz带宽，即一路PCM信号占了几个模拟话路。
对某一话路而言，它的利用率降低了，或者详它对线路的要求提高了。
②技术要求复杂，尤其是同步技术要求精度很高。
接收方要能正确地理解发送方的意思，就必须正确地把每个码元区分开来，并且找到每个信息组的开始，这就需要收发双方严格实现同步，如果组成一个数字网的话，同步问题的解决将更加困难。
③进行模/数转换时会带来量化误差。
随着大规模集成电路的使用以及光纤等宽频带传输介质的普及，对信息的存储和传输，越来越多使用的是数字信号的方式，因此必须对模拟信号进行模/数转换，在转换中不可避免地会产生量化误差。
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模拟和数字麦克风输出信号在设计中显然有不同的考虑因素。
本文要讨论将模拟和数字MEMS麦克风集成进系统设计时的差别和需要考虑的因素。
MEMS麦克风内部细节
MEMS麦克风输出并不是直接来自MEMS换能单元。
换能器实质上是一个可变电容，并且具有特别高的兆欧级输出阻抗。
在麦克风封装中，换能器信号先被送往前置放大器，而这个放大器的首要功能是阻抗变换，当麦克风接进音频信号链时将输出阻抗降低到更合适的值。
麦克风的输出电路也是在这个前置放大电路中实现的。
对于模拟MEMS麦克风来说，图1所示的这种电路基本上是一个具有特殊输出阻抗的放大器。
在数字MEMS麦克风中，这个放大器与模数转换器(ADC)集成在一起，以脉冲密度调制(PDM)或I2S格式提供数字输出。
图1：典型的模拟MEMS麦克风框图。
图2是PDM输出MEMS麦克风的功能框图，图3是典型的I2S输出数字麦克风。
I2S麦克风包含PDM麦克风中的所有数字电路，还包含抽取滤波器和串口。
图2：典型的PDMMEMS麦克风框图
图3：典型的I2SMEMS麦克风框图
MEMS麦克风封装在半导体器件中比较独特，因为在封装中有一个洞，用于声学能量抵达换能单元。
在这个封装内部，MEMS麦克风换能器和模拟或数字ASIC绑定在一起，并安装在一个公共的叠层上。
然后在叠层上方又绑定一个盖子，用于封住换能器和ASIC。
这种叠层通常是一小块PCB，用于将IC出来的信号连接到麦克风封装外部的引脚上。
图4：模拟MEMS麦克风中的换能器和ASIC
图5：数字MEMS麦克风中的换能器和ASIC
图4和图5分别显示了模拟和数字MEMS麦克风的内部细节。
在这些图片中，你可以看到左边的换能器和右边的ASIC(在环氧树脂底下)，两者都安装在叠层上。
数字麦克风有额外的绑定线将来自ASIC 的电气信号连接到叠层。
模拟麦克风
模拟MEMS麦克风的输出阻抗典型值为几百欧姆。
这个阻抗要高于运放通常具有的低输出阻抗，因此你需要了解紧随麦克风之后的信
号链阻抗。
麦克风后面的低阻抗电路会衰减信号电平。
例如，一些编解码器在ADC之前有一个可编程的增益放大器(PGA)。
在高增益设置时，PGA 的输入阻抗可能只有几千欧姆。
输出阻抗为200Ω的MEMS麦克风后面跟一个输入阻抗为2kΩ的PGA将使信号电平衰减近10%。
模拟MEMS麦克风的输出通常被偏置为地和电源电压之间的某个直流电压值。
这个偏置电压的选择原则是最大幅度的输出信号峰值不会被电源电压或地电位限值所钳位。
这个直流偏置电压的存在也意味着麦克风通常是通过交流耦合连接后面的放大器或转换器芯片。
串联电容的选择原则是，与编解码器或放大器输入阻抗一起形成的高通滤波器电路不会使信号的低频部分滚降位于麦克风自然低频滚降之上。
对于具有100Hz低频-3dB点的麦克风和具有10kΩ输入阻抗的编解码器或放大器来说(两个都是普通值)，即使相对小的1.0?F电容也会将高通滤波器的角频率置为16Hz，这个值远远超出了能够影响麦克风响应的范围。
图6显示了这类电路的一个例子，其中的模拟MEMS麦克风连接到了一个同相配置的运放。
图6：模拟麦克风连接到同相运放电路
数字麦克风
数字麦克风将模数转换功能从编解码器转移进了麦克风，从而实现了从麦克风到处理器的全数字音频捕获通道。
数字MEMS麦克风经常在模拟音频信号容易受到干扰的应用中使用。
例如在平板电脑中，麦克风的位置也许不靠近ADC，这两点之间的信号可能会穿越或接近Wi-Fi、蓝牙或蜂窝天线。
将这些连接数字化后，它们就不容易受到这些射频干扰而在音频信号中产生噪声或失真。
这种拾取有害系统噪声的改进给设计中的麦克风布局提供了很大的灵活性。
在只需要模拟音频接口来连接模拟麦克风的系统中数字麦克风也很有用。
在只需要音频捕获但不需要回放的系统中，像监控摄像机中，使用数字输出麦克风后就不需要单独的编解码器或音频转换器了，麦克风可以直接连接数字处理器。
当然，好的数字设计经验仍必须应用于数字麦克风的时钟和数字信号。
20Ω至100Ω的小值源端接电阻很有用，它能确保至少数英寸长的走线上有良好的数字信号完整性(图7)。
当使用更短的走线长度，或者以较低速率运行数字麦克风时钟时，麦克风引脚可以直接连接到编解码器或DSP，不需要任何无源元件。
图7：PDM麦克风以源端接方式连接到编解码器PDM是一种最常见的数字麦克风接口。
这种接口允许两个麦克风共享一个公共的时钟与数据线。
每个麦克风被配置为在时钟信号的不同沿产生各自的输出。
这样两个麦克风的输出就能保持相互同步，设计师就能确保来自每个通道的数据被同时捕获到。
在最坏情况下，从两个麦克风捕获到的数据可能在时间上隔半个时钟信号周期。
这种时钟的频率典型值约为3MHz，因此通道内时间差仅为0.16us，远小于听者可以觉察到的阈值。
这种相同的同步机制还可以扩展到具有两个以上PDM麦克风的系统中，只需确保所有麦克风都连接到相同的时钟源，并且数据信号都在一起滤波和处理。
在使用模拟麦克风的情况下，这种同步实现将上移到ADC。
I2S
多年来I2S一直是音频转换器和处理器的一种通用数字接口，只是最近才被集成进信号链边缘的设备中，比如麦克风。
I2S麦克风拥有与PDM麦克风相同的系统设计优势，但不再输出高采样速率的PDM 信号，它输出的数字数据采用抽取过的基带音频采样率。
在PDM麦克风方案中，这种抽取是在编解码器或DSP中实现的，但在I2S麦克风
方案中，这个抽取过程直接在麦克风中完成，因此在某些系统中可以完全取消ADC或编解码器。
I2S麦克风可以直接连接具有这种标准接口的DSP或微控制器(图8)。
与PDM麦克风一样，两个I2S麦克风可以连接到一条公共的数据线上，不过与PDM不同的是，I2S格式使用两个时钟信号——一个字时钟和一个位时钟。
图8：连接DSP的立体声I2S麦克风
在尺寸很重要的情况下
一般来说，模拟MEMS麦克风的封装尺寸要比数字麦克风小。
这是因为模拟麦克风封装需要的引脚较少(一般是3个，而数字麦克风需要5个甚至更多)，模拟前置放大器的电路也比数字的少，因此采用相同制作工艺制造的模拟前放要比数字前放小。
在大多数空间受约束的设计中，比如许多小型移动设备中，模拟麦克风因为尺寸小而更
受欢迎。
模拟麦克风的封装尺寸可以是2.5×3.35×0.88mm或更小，而PDM麦克风的封装尺寸通常是3×4×1mm，在封装体积上增加了62%。
模拟和数字MEMS麦克风在不同的应用中都可以发挥自己的优势。
综合系统体积和元器件的布局的限制、电气连接和潜在的噪声源及干扰等考虑因素，我们就可以作出最适合当前设计的麦克风的决策。