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。
  E4 M5 @# G4 m+ i, R3 y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。
STM32 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。
, q0 a7 r9 T9 Z! ?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。

. d7 g7 Z: V5 f( {" \& G1 PDM数字麦克风概述
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。
4 g6 B4 g4 u" c! e1.1 声音采集概述
9 g6 \# ]7 W5 x2 ?8 {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。
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, [* A: {: y% T3 k0 h" R
* y- D2 P% N7 [+ g( J
6 O# d# `  N5 h1.2 PDM数字麦克风框图
2 h2 _( G1 v) m7 t数字麦克风中的主要部件是MEMS传感器、放大器和PDM调制器。
8 H, n- y* _) a4 G+ h
1 o" ?6 B# b" U


% e" H( s( S  PMEMS传感器
: D& Z9 x1 \. s$ D: ?$ V7 V9 yMEMS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。
4 S) P8 L) O2 J$ L; k  q
2 `1 k4 z5 z- `5 g! ^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。
% ]$ v, p3 t- }+ i: O( ~
& t6 E. s. h9 A$ vPDM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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1 o3 s" H+ v& n" m$ u3 Y通道选择
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。
( C4 a1 j* N5 X- G: A. ^- W. U表 1显示了如何选择DOUT信号模式。
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) x/ G; z% N- r' }

$ S* y/ N" l, Y" {+ g2 a& B. a电源
, k7 K5 q: |4 b# h% G* m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
3 L) B% N) Y8 D7 r2 E$ O
7 K# \9 v, i  F7 w$ {+ a- y: B" k

1.3 基础数字麦克风连接
4 P* u8 F1 N" d& c& j+ f单声道模式
4 m* i& l) p$ ^' Y在该模式下，LR引脚可以连接到Vdd或GND。
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LR引脚连接到Vdd
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+ l, n* u, x& \& k+ A7 z: D6 f- B1.4 PDM和PCM信号
1.4.1 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。


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3 M5 O  C+ }8 V. Q3 o, v1.4.2 脉冲编码调制（PCM）
/ r+ J$ N  L; @在PCM信号中，具体的幅度值被编码为脉冲。
3 {% J! w% u  P4 c, fPCM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：
• 采样率
- D% c. \4 Q  i3 m* J' m. i+ Y1 t• 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。

7 q) k) _0 b" S1 l/ N4 _( }% s. @

1.4.3 PDM到PCM的转换
# M2 H& J8 S1 K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。
$ X  N3 {' x" |6 u. bPDM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。
5 T0 B2 C: B; A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。

1.5 声学参数
" Z  N  j7 s0 ^1.5.1 灵敏度
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）。
( U, V: {2 H  o) D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。

1.5.2 信噪比（SNR）
% s0 w4 F: d; Y% ]6 m0 z. W1 KSNR表示在麦克风输出处，参考信号（94 dBSPL@1kHz）与残余噪声量之比。
* ~( a1 b/ W& D3 q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。
# g" x# W6 f+ l% E& S2 ]! D1 o: h9 G
7 d+ ~! g& C7 r# W4 m, ?' v1.5.3 声学过载点（AOP）
' J8 h# n& D) v; Y7 O( ~5 ^/ dAOP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）。
6 V8 Q& ?; O% n+ _. A9 ]" i2 i
1.5.4 电源抑制比（PSRR）
$ I# e0 x5 P# t3 X9 c. Z5 EPSRR参数量化了麦克风对电源变化所产生的噪声的抑制能力。
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1.6 数字麦克风的附加价值
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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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4 D5 e) W! P3 D/ _/ f7 b7 l, S
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完整版请查看：附件
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很有参考价值，尤其是如何接入多个麦克风。