智能麦克风 - 下一代的MEMS麦克风技术

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包括VESPER在内的诸多MEMS和IC厂商推出了数字智能麦克风产品。如Vesper的VM3011，其内部封装了ASIC芯片和压电(piezoelectric）MEMS传感器。ZPL(Adaptive ZeroPower Listening)技术可以自动的拾取，分析和学习环境的实时音频信号特征(acoustic characteristics)，从而允许系统可以忽略掉背景噪音(background noise)，仅对唤醒词和其他声音事件作出反应。

MEMS麦克风和ASIC(application specific integerated ciruit)一同通过SMT封装。ASIC处理器执行简单的MIC信号预放大(preamp)，或是也可以增加诸如数字信号解码的功能(codec)。当然不仅如此，ASIC也可以执行诸如先进的语音和饮品型号处理(advanced voice and audio processors)，语音控制，生物信息监控(bio-monitors)，用户身份认证等多种功能。

对于任何创新来说，创新的步伐越大，DESIGN-WIN所面临的挑战也就越大，让我们看看为什么产品开发者仍对采用智能MEMS MIC犹豫不决？

首先，智能麦克风刚刚进入市场，并且来自于创业型公司，对于产品开发者来说缺乏第二供应商选择，这本身对于设计和采购决策就是高风险(high-risk design and purchasing decision)。

另一个问题是，由于智能MEMS MIC采用较小的标准封装尺寸，3.76mmx2.95mmx1.3mm，而同时又封装进越来越多的部件，造成封装内空气体积(air volume)的减少，而随之也会带来信噪比的降低。

Vesper为压电MEMS麦克风所开发的高级填料工艺(superio doping process)可以提升信噪比，这对于提升VM3011的信噪比正是时候(nick of time)。

VM3011基于Vesper的VM1101声音唤醒(wake-on-sound)麦克风开发。VM1101是一款静态感应设备(quiescent-sensing)，在监听模式以毫秒级的速度检测到声音事件的时候，消耗的电量几乎为零(pratically zero power drain)。

静态感应是压电MEMS的特性，通过压电效应的声音能量转换，触发唤醒，其本质上也是一种声音能量的一种收割(sound transduced to electrical energy, essentially energy harvesting from sound)。

Vesper VM3011的目标应用于Knowless IA61X系列语音唤醒智能麦克风(wake-on-voice SmartMic)有些是相同的。Knowles在其SiSonic系列MEMS 麦克风产品中，采用43MHz 语音优化的(audio-optimized) DSP核心，封装于微型的麦克风封装中，成为AISonic SmartMics产品族。集成的可编程DSP可支持第三方的算法并支持客户定制。

VM3011为低功耗always-listening设备设计。Vesper的ZPL技术自动的“学习”环境实时音频特征，忽视掉背景噪音，尽在检测到唤醒词和其他预期音频时间才会唤醒。通过自动的根据背景噪音水平调整其背景阈值(automatically adjusting the background threshold based on acoustic level of the environment)，使系统可以在超过90%的时间处于休眠状态(hibernate)，从而扩展了电池使用寿命达10倍以上。

VM3011同时还支持IP57防尘防水，并且可以忍受较高的音量而不会发生闭锁效应(latch-up)或麦克风组件的过载，与高速压电麦克风相配合，可以极大的减少语音唤醒设备的耗电，并且没有降低音频性能。

麦克风可以持续的以约10uA的电流消耗监听环境声(constantly listening)，在WoS模式下(wake on sound)，当声音输入信号超过预设阈值的时候，DOUP管脚会输出单比特的"Threshold Exceeded"信号标记，并向外部的解码芯片或语音处理芯片发出中断信号将其唤醒。

自适应模式持续的测量环境音的平均水平并调整内部的比较器，直到汇聚收敛到阈值范围(converge to the threshold margin)。

Vesper的智能麦克风产品非常适合于诸如always-listening的远场语音控制电视，智能手表，家庭安防摄像头，门铃和其他语音智能产品。产品可以于2020第四季度启动交付。

延伸阅读，关于Nanusense(https://nanusens.com/)

Nanusense的CMOS内纳米传感器(nano-sensors built inside CMOS devices)，可以将比如TWS的可使用寿命提升20%以上。

不同于传统的2芯片MEMS传感器封装 (one with the MEMS structure built on it and the second with the control electronic)，Nanusens是单芯片方案，将所有的不同传感器置于同一芯片之内，可以大幅度释放如TWS耳机的空间。

Nanusens的传感器位于CMOS芯片的控制芯片层(Nanusens creates its sensors within the control chip layer of its CMOS chip)。

第一款Nanusens面向TWS的产品是2D运动侦测器(2D motion detector)，支持轻触和两次轻触控制(tap and double tap for control)，移动唤醒和休眠功能，同时也可以选择支持3D加速的传感。未来其单芯片也将支持骨传导，用于噪音消除。