本發(fā)明涉及麥克風(fēng)領(lǐng)域，特別是一種有延遲功能的麥克風(fēng)。

背景技術(shù)：

在包含多只麥克風(fēng)的音頻系統(tǒng)中，因?yàn)槁曉吹矫恳恢畸溈孙L(fēng)的距離不一定相等，聲音到達(dá)各麥克風(fēng)的時間也就不一定相等。這樣各個麥克風(fēng)接收到的聲音信號之間存在相對的延遲關(guān)系。若聲音信號是單一頻率，則表現(xiàn)為各麥克風(fēng)收到信號的相位差異，且頻率越高相位差越大。

有的應(yīng)用中為了增加信噪比，將多只麥克風(fēng)信號疊加輸出，但只有當(dāng)來自這些麥克風(fēng)的有用信號各頻率相位完全一致時，輸出幅度才能達(dá)到最大；否則因?yàn)榇嬖谙辔徊町?，疊加結(jié)果并不是信號振幅的疊加，或者說是時域波形沒有對齊，疊加后并不是原信號的簡單縮放。因此要最大化信噪比需要對麥克風(fēng)信號插入延遲補(bǔ)償，使加法電路看到的各個麥克風(fēng)信號相位是一致的，或者說時間上是對齊的。

有的應(yīng)用中需要將麥克風(fēng)的信號求差，來消去某一方向上的干擾信號。這時，相位一致性的要求更加嚴(yán)格?？梢詮臄?shù)學(xué)上推出，若兩個等幅同頻信號相減后殘留信號低于原信號的-20db，需要它們的相位差小于6度；若要低于-30db則需要相位差小于2度，所以這種應(yīng)用中延遲的補(bǔ)償是必不可少的。

對麥克風(fēng)信號的延遲補(bǔ)償有聲學(xué)延遲和電路延遲兩種。聲學(xué)延遲是靠調(diào)節(jié)麥克風(fēng)音孔和振膜之間的距離，制作不同長度的聲音導(dǎo)管，補(bǔ)償實(shí)際到達(dá)麥克風(fēng)振膜的聲波的延遲，此法模具的制作成本高且不靈活。電路延遲是在麥克風(fēng)振膜將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號后再對電信號進(jìn)行延遲，不需要特殊的聲學(xué)結(jié)構(gòu)，延遲既可以用專門的硬件實(shí)現(xiàn)，又可以在處理器中以軟件中實(shí)現(xiàn)。

如果使用模擬電路進(jìn)行延遲補(bǔ)償，因?yàn)樾枰辔缓皖l率成線性函數(shù)， 模擬濾波器很難在寬頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)這一特性。若將麥克風(fēng)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，使用具有線性相位特性的有限脈沖響應(yīng)的濾波器(fir)就可以實(shí)現(xiàn)精確的相位延遲，不過它需要消耗一定的計(jì)算資源。如果fir中只有一個系數(shù)為1，而其余系數(shù)都是0，則它僅僅是將采樣數(shù)據(jù)，即音頻脈沖編碼調(diào)制(pulsecodemodulation，pcm)編碼進(jìn)行整數(shù)個采樣周期時間的延遲后輸出，不產(chǎn)生計(jì)算開銷。

例如典型的音頻采樣頻率48khz下，采樣周期是20.83μs那么實(shí)現(xiàn)n×20.83μs的延遲是最容易的。然而在20.83μs時間聲波傳播的距離，以空氣中音速為340m/s計(jì)算，是7.08mm也就是說，對聲音傳播路徑的補(bǔ)償，只能是7.08mm的整數(shù)倍。而10khz的聲音對應(yīng)波長是34mm，因此在在普通音頻格式下直接對pcm數(shù)據(jù)進(jìn)行延遲是不夠精細(xì)的，不能滿足相位補(bǔ)償?shù)男枰?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種有延遲功能的麥克風(fēng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題中的一個或多個。

本發(fā)明提供一種有延遲功能的麥克風(fēng)，包括mems器件和asic芯片，所述mems器件與asic芯片連接并集成在麥克風(fēng)的封裝外殼內(nèi)；所述asic芯片包括前置放大器、adc模塊和fifo存儲器，所述前置放大器輸入端連接所述mems器件的輸出端，所述前置放大器的輸出端連接到所述adc模塊的輸入端，所述adc模塊的輸出端連接到所述fifo存儲器的輸入端，所述fifo存儲器的輸出端連接到麥克風(fēng)數(shù)字輸出管腳。

優(yōu)選地，所述fifo存儲器具有可調(diào)節(jié)的有效長度。

優(yōu)選地，所述adc模塊為sigma-delta調(diào)制器或adm調(diào)制器。

優(yōu)選地，所述adc模塊為sigma-delta調(diào)制器，所述麥克風(fēng)輸出的信號為pdm數(shù)字信號；

或者，所述adc模塊為adm調(diào)制器，所述麥克風(fēng)輸出的信號為adm數(shù)字信號。

優(yōu)選地，所述adc模塊輸出的為1-bit編碼的碼流，碼流的速率在 1mbit/s到5mbit/s之間。

優(yōu)選地，所述asic芯片上還包括多bit解碼模塊和串行接口，所述多bit解碼模塊的輸入端連接到所述fifo存儲器的輸出端，所述多bit解碼模塊的輸出端連接到所述串行接口的輸入端，所述串行接口的輸出端連接到麥克風(fēng)數(shù)字輸出管腳。

優(yōu)選地，所述麥克風(fēng)輸出的信號為pcm數(shù)字信號。

優(yōu)選地，所述asic芯片上還包括多bit解碼模塊、dac模塊及振蕩器，所述多bit解碼模塊的輸入端連接到所述fifo存儲器的輸出端，所述多bit解碼模塊的輸出端連接到所述dac模塊的輸入端，所述dac模塊的輸出端連接到麥克風(fēng)模擬輸出管腳，所述振蕩器用于對數(shù)字電路提供時鐘信號。

優(yōu)選地，所述麥克風(fēng)輸出的信號為模擬信號。

優(yōu)選地，所述adc模塊為sigma-delta調(diào)制器，所述多bit解碼模塊為降采樣濾波器；

或者，所述adc模塊為adm調(diào)制器，所述多bit解碼模塊為adm解碼器及降采樣濾波器。

本發(fā)明提供的有延遲功能的麥克風(fēng)，在麥克風(fēng)的封裝外殼內(nèi)部集成adc模塊，不需要提供額外的音頻adc或者編譯碼器(coder-decoder，codec)，且采用輸出1-bit(比特)編碼高速碼流的adc及1-bit位寬的fifo存儲器對編碼進(jìn)行精細(xì)延遲處理，為使用多只麥克風(fēng)的音頻應(yīng)用系統(tǒng)提供便利，另外，由于碼流字長為1-bit，使硬件資源開銷降低。

附圖說明

通過以下參照附圖對本發(fā)明實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明第三實(shí)施例結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的各種實(shí)施例。在各個附圖中，相同的元件采用相同或類似的附圖標(biāo)記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。

本發(fā)明使用數(shù)字延遲的技術(shù)，在麥克風(fēng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)可配置的精細(xì)的延遲，麥克風(fēng)輸出的信號(數(shù)字的或者模擬的)是經(jīng)過延遲補(bǔ)償?shù)男盘?。需要模擬輸出時，通過集成的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出。

在sigma-delta結(jié)構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)中，adc首先得到的是1-bit的超采樣數(shù)據(jù)，然后再經(jīng)過數(shù)字濾波器降采樣得到多bit的pcm編碼數(shù)據(jù)；麥克風(fēng)也可以省略降采樣濾波器而直接輸出1-bit編碼(脈沖密度調(diào)變(pulse-densitymodulation，pdm)碼)，將降采樣交給其它芯片完成。對這個轉(zhuǎn)換過程中間的1-bit數(shù)據(jù)進(jìn)行延遲即可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)的信號延遲，例如典型的數(shù)字麥克風(fēng)采樣頻率2.4mhz下，1-bit延遲的時間單位是0.417μs，這一短時間內(nèi)聲音傳播距離僅0.142mm，遠(yuǎn)小于各麥克風(fēng)之間的距離。

類似的，在采用自適應(yīng)增量調(diào)制(adaptivedeltamodulation，adm)的adc中，中間也有1-bit編碼的adm高速率碼流，可以進(jìn)行延遲操作。adm碼流經(jīng)過adm解碼可以還原成多bitpcm編碼。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹：

如圖1所示，在實(shí)施例一中，本發(fā)明提供的有延遲功能的麥克風(fēng)1在其封裝外殼內(nèi)集成了微機(jī)電(micro-electro-mechanicalsystem，mems)器件11和專用集成電路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)芯片12，所述mems器件11與所述asic芯片12連接，所述mems器件11用于接受聲音信號，并將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，所述asic芯片12用于信號放大并進(jìn)行延遲處理，所述asic芯片12上包含偏置電壓產(chǎn)生電路為所述mems器件11提供偏置電壓(biasvoltage)。所述asic芯片12上包括前置放大器121、adc模塊122和fifo(firstinfirstout)存儲器123，所述前置放大器121的輸入端連接到所述mems器件11 的輸出端，所述前置放大器121的輸出端連接到所述adc模塊122的輸入端，所述adc模塊122的輸出端連接到所述fifo存儲器123的輸入端，所述fifo存儲器123的輸出端連接到麥克風(fēng)的數(shù)字輸出管腳，向外部提供麥克風(fēng)信號。

所述adc模塊122輸出的為1-bit編碼高速碼流，碼流的速度在1mbit/s到5mbit/s之間，優(yōu)選地，所述adc模塊122可以是sigma-delta調(diào)制器，輸出的編碼為pdm碼；或者，所述adc模塊122為adm調(diào)制器，輸出的編碼為adm碼。所述fifo存儲器123的有效長度可調(diào)節(jié)，所述adc模塊122輸出的1-bit編碼高速碼流進(jìn)入到所述fifo存儲器123內(nèi)，實(shí)現(xiàn)可調(diào)時間的延遲，由于所述1-bit碼流為高采樣率，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)延遲，且字長只有1-bit，能夠降低硬件資源開銷。在所述fifo存儲器123內(nèi)進(jìn)行處理后的1-bit的pdm或adm編碼信號通過數(shù)字輸出管腳對外輸出。

如圖2所示，在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，本發(fā)明提供的有延遲功能的麥克風(fēng)1的所述asic芯片12上還包括多bit解碼模塊124和串行接口125，所述多bit解碼模塊124的輸入端連接到所述fifo存儲器123的輸出端，所述多bit解碼模塊124的輸出端連接到所述串行接口模塊125的輸入端，所述串行接口125的輸出端連接到麥克風(fēng)的輸出管腳，向外部提供麥克風(fēng)信號。且當(dāng)所述adc模塊122為sigma-delta調(diào)制器時，所述多bit解碼模塊124為降采樣濾波器；當(dāng)所述adc模塊122為adm調(diào)制器時，所述多bit解碼模塊124為adm解碼器及降采樣濾波器。

在該實(shí)施例中，所述fifo存儲器123處理后的1-bit的pdm或adm編碼碼流輸入到所述多bit解碼模塊124中進(jìn)行處理后得到多bit的pcm編碼數(shù)據(jù)，并提供給所述串行接口模塊125，向外部提供pcm編碼的麥克風(fēng)信號。

上述兩個實(shí)施例中所述有延遲功能的麥克風(fēng)1輸出的信號均為數(shù)字信號，作為數(shù)字麥克風(fēng)使用，可用于數(shù)字信號處理方式的音頻系統(tǒng)中。

如圖3所示，在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，本發(fā)明提供的有延遲功能 的麥克風(fēng)1向外部輸出模擬信號，作為模擬麥克風(fēng)使用，所述asic芯片12上還包括dac模塊126，所述多bit解碼模塊124的輸出端連接到所述dac塊126的輸入端，所述dac模塊126的輸出端連接到麥克風(fēng)的輸出管腳，向外部提供模擬麥克風(fēng)信號，由于所述有延遲功能的麥克風(fēng)1需要在沒有外部提供時鐘信號的環(huán)境下工作，所以在所述asic芯片12上集成振蕩器127，所述振蕩器127向數(shù)字電路提供時鐘信號。所述有延遲功能的麥克風(fēng)1可用在模擬信號處理的音頻系統(tǒng)中。

所述多bit解碼模塊124輸出的多bit的pcm編碼碼流輸入所述dac模塊126內(nèi)，將pcm編碼轉(zhuǎn)換成模擬信號，再通過模擬輸出管腳向外部提供模擬麥克風(fēng)信號。

本發(fā)明提供的有延遲功能的麥克風(fēng)1在麥克風(fēng)封裝外殼內(nèi)集成了實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換的mems器件11和用于麥克風(fēng)的信號放大的asic芯片12，對麥克風(fēng)信號進(jìn)行處理，且在所述asic芯片12上集成的adc模塊122進(jìn)行數(shù)據(jù)的過采樣，并通過所述fifo存儲器123對所述adc模塊122輸出的1-bit高速碼流進(jìn)行精細(xì)延遲處理。

應(yīng)當(dāng)說明的是，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

最后應(yīng)說明的是：顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。