[发明专利]一种有延迟功能的麦克风

说明书

技术领域

本发明涉及麦克风领域，特别是一种有延迟功能的麦克风。

背景技术

在包含多只麦克风的音频系统中，因为声源到每一只麦克风的距离不一定相等，声音到达各麦克风的时间也就不一定相等。这样各个麦克风接收到的声音信号之间存在相对的延迟关系。若声音信号是单一频率，则表现为各麦克风收到信号的相位差异，且频率越高相位差越大。

有的应用中为了增加信噪比，将多只麦克风信号叠加输出，但只有当来自这些麦克风的有用信号各频率相位完全一致时，输出幅度才能达到最大；否则因为存在相位差异，叠加结果并不是信号振幅的叠加，或者说是时域波形没有对齐，叠加后并不是原信号的简单缩放。因此要最大化信噪比需要对麦克风信号插入延迟补偿，使加法电路看到的各个麦克风信号相位是一致的，或者说时间上是对齐的。

有的应用中需要将麦克风的信号求差，来消去某一方向上的干扰信号。这时，相位一致性的要求更加严格。可以从数学上推出，若两个等幅同频信号相减后残留信号低于原信号的-20dB，需要它们的相位差小于6度；若要低于-30dB则需要相位差小于2度，所以这种应用中延迟的补偿是必不可少的。

对麦克风信号的延迟补偿有声学延迟和电路延迟两种。声学延迟是靠调节麦克风音孔和振膜之间的距离，制作不同长度的声音导管，补偿实际到达麦克风振膜的声波的延迟，此法模具的制作成本高且不灵活。电路延迟是在麦克风振膜将声音信号转换成电信号后再对电信号进行延迟，不需要特殊的声学结构，延迟既可以用专门的硬件实现，又可以在处理器中以软件中实现。

如果使用模拟电路进行延迟补偿，因为需要相位和频率成线性函数， 模拟滤波器很难在宽频带内实现这一特性。若将麦克风信号转换成数字信号，使用具有线性相位特性的有限脉冲响应的滤波器(FIR)就可以实现精确的相位延迟，不过它需要消耗一定的计算资源。如果FIR中只有一个系数为1，而其余系数都是0，则它仅仅是将采样数据，即音频脉冲编码调制(Pulse Code Modulation，PCM)编码进行整数个采样周期时间的延迟后输出，不产生计算开销。

例如典型的音频采样频率48kHz下，采样周期是20.83μs那么实现N×20.83μs的延迟是最容易的。然而在20.83μs时间声波传播的距离，以空气中音速为340m/s计算，是7.08mm也就是说，对声音传播路径的补偿，只能是7.08mm的整数倍。而10kHz的声音对应波长是34mm，因此在在普通音频格式下直接对PCM数据进行延迟是不够精细的，不能满足相位补偿的需要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有延迟功能的麦克风，以解决现有技术中存在的上述技术问题中的一个或多个。

本发明提供一种有延迟功能的麦克风，包括MEMS器件和ASIC芯片，所述MEMS器件与ASIC芯片连接并集成在麦克风的封装外壳内；所述ASIC芯片包括前置放大器、ADC模块和FIFO存储器，所述前置放大器输入端连接所述MEMS器件的输出端，所述前置放大器的输出端连接到所述ADC模块的输入端，所述ADC模块的输出端连接到所述FIFO存储器的输入端，所述FIFO存储器的输出端连接到麦克风数字输出管脚。

优选地，所述FIFO存储器具有可调节的有效长度。

优选地，所述ADC模块为Sigma-Delta调制器或ADM调制器。

优选地，所述ADC模块为Sigma-Delta调制器，所述麦克风输出的信号为PDM数字信号；

或者，所述ADC模块为ADM调制器，所述麦克风输出的信号为ADM数字信号。

优选地，所述ADC模块输出的为1-bit编码的码流，码流的速率在 1Mbit/s到5Mbit/s之间。

优选地，所述ASIC芯片上还包括多bit解码模块和串行接口，所述多bit解码模块的输入端连接到所述FIFO存储器的输出端，所述多bit解码模块的输出端连接到所述串行接口的输入端，所述串行接口的输出端连接到麦克风数字输出管脚。

优选地，所述麦克风输出的信号为PCM数字信号。

优选地，所述ASIC芯片上还包括多bit解码模块、DAC模块及振荡器，所述多bit解码模块的输入端连接到所述FIFO存储器的输出端，所述多bit解码模块的输出端连接到所述DAC模块的输入端，所述DAC模块的输出端连接到麦克风模拟输出管脚，所述振荡器用于对数字电路提供时钟信号。

优选地，所述麦克风输出的信号为模拟信号。