[实用新型]一种可扩展的大规模MEMS麦克风阵列

说明书

本实用新型公开了一种可扩展的大规模MEMS麦克风阵列，包括：连接在同一局域网内的上位机和至少一个阵列子系统；阵列子系统包括一组阵列板和控制板；阵列板包括m*n个阵元组成的矩形阵列，每个阵元对应一个TDM接口的数字MEMS麦克风，m个数字MEMS麦克风连接在一根TDM总线上，阵列板上的阵元通过n根TDM总线连接到控制板，控制板通过网络设备与上位机连接，实现音频信号的采集和处理；各个阵列子系统通过网络实现时间同步。通过TDM接口的数字MEMS麦克风来降低系统复杂度和成本，适用于大规模的阵列设计，且可以扩展设计，方便组合成为更大规模的阵列系统；具有时钟同步功能，保证系统整体准确性。

技术领域

本实用新型属于麦克风技术领域，涉及一种可扩展的大规模MEMS麦克风阵列。

背景技术

传声器(俗称麦克风)阵列是将多个麦克风单元以一定的空间结构进行布局组成阵列，用于提取空间不同位置的信号，通过对阵列接收数据的处理，提高期望方向的增益，降低干扰和噪声等影响因素，从而实现目标定位、信号增强、干扰抑制等。

驻极体麦克风和MEMS(英文：Microelectromechanical Systems，中文：微机电系统)麦克风是常用的两种麦克风，与驻极体麦克风相比，MEMS麦克风具有一致性好、信噪比高、稳定性强、体积小等优点，所以在小体积麦克风阵列中应用非常广泛。另外，MEMS麦克风可以集成ADC(英文：Analog-to-digital Converter，中文：模数转换器)，制作成数字接口的麦克风。目前常见的MEMS麦克风阵列有2阵元、4阵元、6阵元、7阵元、8阵元等方案，这些麦克风阵列通常采用模拟MEMS麦克风或PDM(英文：Pulse density Modulation，中文：脉冲密度调制)接口的数字MEMS麦克风。

模拟MEMS麦克风需要结合ADC使用，常见的音频ADC的模拟输入通道数量多为2、4、6个，最多为8个，因此当麦克风阵列的阵元数量大于8时，使用模拟MEMS麦克风需要结合很多音频ADC使用，导致PCB布线难度大幅增加，且音频ADC间的采集同步性也难以保证。对于PDM接口的数字MEMS麦克风，PDM总线由一根时钟线和一根数据线构成，每根PDM总线可以挂载最多两个PDM接口的麦克风，所以当麦克风阵列的阵元数量大于8时，使用PDM接口的麦克风也会面临PCB布线难度大、麦克风间的同步操作复杂等问题。

实用新型内容

本实用新型目的是：提供一种可扩展的大规模MEMS麦克风阵列，采用TDM接口的数字MEMS麦克风来降低系统复杂度和成本，并且可以很容易地扩展到其他阵元数量和阵型的阵列设计中。

本实用新型的技术方案是：一种可扩展的大规模MEMS麦克风阵列，包括：连接在同一局域网内的上位机和至少一个阵列子系统；阵列子系统包括一组阵列板和控制板；阵列板包括m*n个阵元组成的矩形阵列，每个阵元对应一个TDM接口的数字MEMS麦克风，m个数字MEMS麦克风连接在一根TDM总线上，阵列板上的阵元通过n根TDM总线连接到控制板，控制板通过网络设备与上位机连接，用于实现音频信号的采集和处理；各个阵列子系统通过网络实现时间同步。

其进一步的技术方案是：阵列板还包括十字激光定位器和温/湿度传感器；两个十字激光定位器分别位于阵列板的一组对角线两端，十字激光定位器的激光发射方向与声波进入麦克风拾音孔的方向相反；两个温/湿度传感器分别位于阵列板的另一组对角线两端；十字激光定位器和温/湿度传感器均采用I2C接口，通过I2C总线连接至控制板。

其进一步的技术方案是：阵列板所需的电源由控制板提供并管理，控制板上设有电源接口，由外部电源供电。

其进一步的技术方案是：控制板通过以太网接口连接至以太网通信设备，上位机连接至同一局域网内的以太网通信设备；具有时间同步功能的以太网通信设备作为时间同步主机，各个阵列子系统作为时间同步从机；或者，具有时间同步模块的上位机作为时间同步主机，各个阵列子系统作为时间同步从机。