引言
数字MEMS（微机电系统）麦克风专为需要小尺寸、高音质、高可靠性和高经济效益的音频应用而设计。
. v6 K1 |7 k- v4 e% K4 m它们的封装尺寸小且噪声低，可在单个器件中实现多个麦克风，并通过提供免提人机界面、噪声消除和高质量音频捕获，促进了工业和消费类应用中音频技术的不断发展。
  }7 e* J4 Y; q0 f+ lSTM32 32位Arm® Cortex® MCU和STM32 Arm® Cortex®MCU提供各种音频功能和丰富的连接功能，包括串行接口和增强型声音捕获接口，使用户能够轻松地为基于麦克风的应用构建解决方案。
9 M4 D" X" z; p( y, ^本文档针对具有脉冲密度调制（PDM）输出的数字MEMS麦克风，描述了如何在单声道和立体声配置中使用SPI/I2S、SAI和DFSDM外设将麦克风连接到STM32 MCU和MPU。本应用笔记提供指南和基于CubeMX的示例，这些示例展示了如何正确地配置STM32器件，以便采集并处理来自麦克风的原始数据，并将其转换为标准音频数据。

( J3 u4 z" X( o+ ^8 W+ M( k0 T1 PDM数字麦克风概述
- B# k: l2 n$ I6 E3 X本章提供PDM数字麦克风的简述和将其与STM32器件相连的基本案例。STM32 MCU和MPU是基于Arm®(a)的器件。
1.1 声音采集概述
数字MEMS麦克风是将声压波转换为数字信号的传感器。STM32 MCU和MPU通过特定外设从麦克风采集数字数据，这些数据经过处理并被转换为标准音频数据。然后，由微控制器按照目标音频应用处理音频数据。
- ]# k: _, E' `6 K" S+ c! ~

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1.2 PDM数字麦克风框图
  p4 g( ~$ ~- ~数字麦克风中的主要部件是MEMS传感器、放大器和PDM调制器。
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: B# V5 O& j! rMEMS传感器
% w! [! ?8 p8 t9 qMEMS传感器是一个可变电容，将声波导致的空气压力变化转换为电压。

放大器
放大器对MEMS传感器提供的电压进行缓冲，并向PDM调制器提供足够强的信号。

PDM调制器
PDM调制器将缓冲模拟信号转换为串行脉冲密度调制信号。时钟输入（CLK）用于控制PDM调制器。ST数字麦克风的时钟频率范围在1 MHz至3.25 MHz之间。该频率定义生成离散时间表示（PDM比特流）的放大器模拟输出信号采样频率。
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8 L9 ~6 I. ?5 F0 ~& ^2 U2 ]通道选择
; P9 b& @& B6 w) t+ `麦克风的输出被驱动至所选时钟边沿上的合适电平，然后进入高阻抗状态并持续另外半个时钟周期。通道选择定义数字麦克风输出有效数据的时钟边沿。LR引脚必须连接到Vdd或GND。
' D6 I% C( a  R* ?) a1 u- b表 1显示了如何选择DOUT信号模式。
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9 H) V. D. W# g9 `
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电源
电源为不同数字麦克风组件供应Vdd和GND。由于任何波动都可能在输出上生成噪声，因此应提供正确的电源。
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引脚说明
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& r  e0 z. }: O1 U
+ I5 o% o" Z9 U, P1.3 基础数字麦克风连接
8 G7 H% q  J0 [& f" Y单声道模式
在该模式下，LR引脚可以连接到Vdd或GND。

LR引脚连接到Vdd
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) @+ b. k5 H% W' e" ~: j% n4 N, B1.4 PDM和PCM信号
7 o6 O; ?+ ]0 z, v1.4.1 脉冲密度调制（PDM）
PDM是一种调制形式，用于表示数字域中的模拟信号。它是1位数字采样的高频数据流。在PDM信号中，脉冲的相对密度对应于模拟信号的幅度。大量的'1'对应于高（正）幅度值，而大量的'0'对应于低（负）幅度值，交替的'1'和'0'对应于幅度值0。

' R" }" F4 Y# d6 q& u, b
) D/ v& K. h; {* X
  B+ H1 u8 S  c9 W4 y1.4.2 脉冲编码调制（PCM）
在PCM信号中，具体的幅度值被编码为脉冲。
PCM流有两个基本属性，它们决定了流相对于原始模拟信号的保真度：
. X6 t, U/ {( j8 T- c• 采样率
  q; o4 I( [, V. ~" j8 r: ?• 位深
采样率是为了以数字方式表示信号，每秒采集的信号样本数。位深决定了每个样本中信息的位数。
& p+ X0 Q: b( t* j6 d
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  C# B  B6 j& U( |+ _; \- p1 s
- s# K! ]$ e; U: b' L, P1.4.3 PDM到PCM的转换
4 b% }# E2 Q3 q) H# G) m4 g! _3 x* k# g为了将PDM流转换为PCM样本，需要对PDM流进行滤波和抽取。
在抽取阶段，PDM信号的采样率降低至目标音频采样率（例如，16 kHz）。通过在每M个样本中选择一个，将采样率降低为1/M。因此，PDM数据频率（麦克风时钟的频率）是应用所需的目标音频采样频率的M倍，其中M为抽取因子。
% P3 l) V! p% j; @3 t+ kPDM频率 = 音频采样频率 × 抽取因子抽取因子通常处于48至128的范围之内。
8 `3 f% x; v" f: m% |抽取阶段之前有一个低通滤波器，用于避免混叠导致的失真。

4 c- }. c' X' T# w/ Y3 y/ v1.5 声学参数
1.5.1 灵敏度
+ o0 W. Q! ]; P" a! i; n0 o  Y灵敏度是数字麦克风就给定声学参考信号输出的电信号的电平（单位为dBFS）。
$ _; O6 \2 w4 h  R) c& a" ]通常使用1 kHz、1 Pa（或94 dBSPL）的音调作为参考信号给出麦克风的灵敏度。

+ O& j4 l" x  }7 l  e/ ~2 Q1.5.2 信噪比（SNR）
9 y4 g/ O) Q0 r. N6 p2 DSNR表示在麦克风输出处，参考信号（94 dBSPL@1kHz）与残余噪声量之比。
1 F9 ~) g% F. ]) r8 G更高SNR可提供更高的语音清晰度和远端（免提听筒）可理解性。

" H1 x3 U2 g/ [+ D& B, Y% C1.5.3 声学过载点（AOP）
AOP是麦克风在失真可接受的情况下能够捕获的最大声学信号（一些规范允许声学过载点有最多10%的失真）。
' D4 a! W6 j0 a5 P/ ~! V, n( e
7 V* S& R( L, Q9 V/ j# J) M* F1.5.4 电源抑制比（PSRR）
PSRR参数量化了麦克风对电源变化所产生的噪声的抑制能力。

, G+ x# ^' t, i4 o) M. U* ]; {' Y1.6 数字麦克风的附加价值
# t) A- \* w& p) a/ `6 N$ G


( U6 n& g7 B1 U5 V$ F+ B5 M
8 }* a% Q# {# ]4 B  |7 n* ]1.7 可用的ST数字麦克风
表 4所示为可用的ST数字麦克风。

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- h) J: M  @% f7 \" K完整版请查看：附件
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