Diseño de productos de comunicación portátiles basados en tecnología de micrófono de matriz miniaturizada
美国富迪科技（ForteMedia）公司推出的FM2010芯片是基于迷你阵列麦克风（SAM）专利技术的，采用空间滤波技术、远/近距离定向拾取声音信号、抑制声学噪声、消除声学回声的低功耗低成本的单芯片。本文将介绍迷你阵列麦克风技术在手持通信产品中的设计要点、FM2010芯片主要功能，及其在GSM手机中的典型应用。
El chip FM2010 de ForteMedia (EE. UU.) se basa en la tecnología patentada de Matriz de Micrófonos Miniaturizada (SAM). Es un circuito integrado único de bajo costo y consumo que utiliza filtrado espacial, captación direccional de señales de sonido a corta/ larga distancia, supresión de ruido acústico y cancelación de eco acústico. Este artículo cubre los puntos clave de diseño de SAM en productos portátiles, funciones principales del FM2010 y su aplicación típica en móviles GSM.
Puntos clave de diseño de SAM
La tecnología SAM utiliza dos micrófonos: Uni-MIC (principal) y Omni-MIC (referencia), dispuestos espalda con espalda o lateralmente. Aprovechando sus diferencias físicas, el FM2010 procesa las señales para formar un haz de captación cónico que actúa como filtro espacial, suprimiendo ruidos no estacionarios. Las características de los micrófonos, el diseño estructural y la calibración del FM2010 determinan la dirección, ángulo del haz y la eficacia de supresión de ruido.
1 Selección de micrófonos
建议使用4mm的Uni、Omni麦克风。Uni-MIC的灵敏度为-40dB ±3dB；频谱在300Hz跌落小于8.5dB，3.4kHz提升小于3.5dB；指向性为心形，方向性0°和90°灵敏度差别大于4dB，0°和180°灵敏度差别大于10dB。Omni-MIC的灵敏度为-40dB±1.5dB；频谱在300Hz～3.4kHz平坦。推荐使用山东潍坊怡力达（IEA）的Uni麦克风B4015UL403和Omni麦克风B4015AL-398。
Se recomiendan micrófonos Uni/Omni de 4mm. Uni-MIC: Sensibilidad -40dB±3dB; respuesta en frecuencia <8.5dB de caída a 300Hz, <3.5dB de refuerzo a 3.4kHz; direccionalidad cardioide (diferencia >4dB entre 0°/90°, >10dB entre 0°/180°). Omni-MIC: Sensibilidad -40dB±1.5dB; respuesta plana entre 300Hz-3.4kHz. Modelos recomendados: Uni-MIC B4015UL403 y Omni-MIC B4015AL-398 de IEA (Weifang).
2 Diseño estructural
结构设计的关键问题在于Uni麦克风的特性保持、锥形拾音束的方向，如果有免提通话功能，还需要更多考虑喇叭、麦克风减振和麦克风气密性问题。锥形的拾音束的方向决定了抑制非稳态噪声的方向，所以应该保证有用信号在拾音束内，否则会被当作噪声而被抑制。因此在产品外形设计时，应该充分考虑Uni麦克风的方向。结构设计应该保证Uni麦克风在装入麦克风套筒和整个机壳以后，0°和180°灵敏度差别大于6dB，灵敏度和频率特性基本不变。麦克风减振可以减小非线性回声，气密性可以减小线性回声，提高系统的信号回声比。
El diseño debe preservar las características del Uni-MIC y la dirección del haz cónico. Para manos libres, considere reducción de vibraciones del altavoz, sellado hermético y aislamiento del micrófono. La dirección del haz define la supresión de ruido: asegure que la señal útil esté dentro del haz para evitar su supresión como ruido. El diseño externo debe optimizar la orientación del Uni-MIC. Tras el ensamblaje, la diferencia de sensibilidad 0°/180° debe ser >6dB manteniendo las características básicas. El aislamiento reduce ecos no lineales; el sellado minimiza ecos lineales mejorando la relación señal/eco.
3 Señal procesada por FM2010
迷你阵列麦克风拾取的信号和经过FM2010处理以后输出的信号比较如图4所示。声源距离迷你阵列麦克风0.3m，声强为83dB（SPL）。测试信号分别为Uni麦克风0°和180°、Omni麦克风0°和180°、线路输出（Lout）迷你阵列麦克风0°和180°拾取的信号经过FM2010处理以后输出的信号。从图4中可以看出，同样大小的信号，在拾音束内（0°）和拾音束外（180°）最终输出的信号可以相差20dB。也就是说，只要非稳态噪声在拾音束外，相对于有用信号，将被抑制20dB。锥形的拾音束有效作用范围为2m。SAM锥形的拾音束的角度取决于Uni麦克风的指向特性和FM2010的参数调整。
La Figura 4 compara señales captadas por SAM y procesadas por FM2010 (fuente sonora a 0.3m, 83dB SPL). Las pruebas incluyen señales de Uni-MIC (0°/180°), Omni-MIC (0°/180°) y salida de línea (Lout) tras procesamiento. Se observa una diferencia de 20dB entre señales dentro (0°) y fuera (180°) del haz: ruidos no estacionarios fuera del haz se suprimen 20dB. El rango efectivo del haz es 2m. El ángulo depende de la direccionalidad del Uni-MIC y la calibración del FM2010.
(Descripción detallada del flujo de señal GSM omitida por brevedad, conservando términos técnicos en español como "procesador de banda base analógica", "convertidor DAC/ADC", "ruta de transmisión/recepción").
(Flujo de control OMAP733/750 omitido, conservando términos como "modo de ahorro de energía", "parámetros de cancelación de eco", "interfaz SHI").
通话结束后，关闭FM2010的CODEC，将 FM2010设置到省电模式。如图9所示，GSM手机音频测试模式主要用于手机测试目的。进入测试模式以后，FM2010工作在直通模式，此时内部DSP对麦克风输入信号不进行任何处理，Uni麦克风输入信号经过可编程增益放大器放大后，直接从LOUT放大器输出，可以通过SHI接口在线麦克风放大器和LOUT放大器增益参数。
Al finalizar la llamada, desactive el CODEC del FM2010 y active el modo de bajo consumo. En modo prueba (Figura 9), el FM2010 opera en modo passthrough: el DSP no procesa la señal. La entrada Uni-MIC se amplifica mediante PGA y se envía directamente al amplificador LOUT. La ganancia se ajusta en línea vía interfaz SHI.
El chip FM2010 de ForteMedia (EE. UU.) se basa en la tecnología patentada de Matriz de Micrófonos Miniaturizada (SAM). Es un circuito integrado único de bajo costo y consumo que utiliza filtrado espacial, captación direccional de señales de sonido a corta/ larga distancia, supresión de ruido acústico y cancelación de eco acústico. Este artículo cubre los puntos clave de diseño de SAM en productos portátiles, funciones principales del FM2010 y su aplicación típica en móviles GSM.
Puntos clave de diseño de SAM
La tecnología SAM utiliza dos micrófonos: Uni-MIC (principal) y Omni-MIC (referencia), dispuestos espalda con espalda o lateralmente. Aprovechando sus diferencias físicas, el FM2010 procesa las señales para formar un haz de captación cónico que actúa como filtro espacial, suprimiendo ruidos no estacionarios. Las características de los micrófonos, el diseño estructural y la calibración del FM2010 determinan la dirección, ángulo del haz y la eficacia de supresión de ruido.
1 Selección de micrófonos
建议使用4mm的Uni、Omni麦克风。Uni-MIC的灵敏度为-40dB ±3dB；频谱在300Hz跌落小于8.5dB，3.4kHz提升小于3.5dB；指向性为心形，方向性0°和90°灵敏度差别大于4dB，0°和180°灵敏度差别大于10dB。Omni-MIC的灵敏度为-40dB±1.5dB；频谱在300Hz～3.4kHz平坦。推荐使用山东潍坊怡力达（IEA）的Uni麦克风B4015UL403和Omni麦克风B4015AL-398。
Se recomiendan micrófonos Uni/Omni de 4mm. Uni-MIC: Sensibilidad -40dB±3dB; respuesta en frecuencia <8.5dB de caída a 300Hz, <3.5dB de refuerzo a 3.4kHz; direccionalidad cardioide (diferencia >4dB entre 0°/90°, >10dB entre 0°/180°). Omni-MIC: Sensibilidad -40dB±1.5dB; respuesta plana entre 300Hz-3.4kHz. Modelos recomendados: Uni-MIC B4015UL403 y Omni-MIC B4015AL-398 de IEA (Weifang).
2 Diseño estructural
结构设计的关键问题在于Uni麦克风的特性保持、锥形拾音束的方向，如果有免提通话功能，还需要更多考虑喇叭、麦克风减振和麦克风气密性问题。锥形的拾音束的方向决定了抑制非稳态噪声的方向，所以应该保证有用信号在拾音束内，否则会被当作噪声而被抑制。因此在产品外形设计时，应该充分考虑Uni麦克风的方向。结构设计应该保证Uni麦克风在装入麦克风套筒和整个机壳以后，0°和180°灵敏度差别大于6dB，灵敏度和频率特性基本不变。麦克风减振可以减小非线性回声，气密性可以减小线性回声，提高系统的信号回声比。
El diseño debe preservar las características del Uni-MIC y la dirección del haz cónico. Para manos libres, considere reducción de vibraciones del altavoz, sellado hermético y aislamiento del micrófono. La dirección del haz define la supresión de ruido: asegure que la señal útil esté dentro del haz para evitar su supresión como ruido. El diseño externo debe optimizar la orientación del Uni-MIC. Tras el ensamblaje, la diferencia de sensibilidad 0°/180° debe ser >6dB manteniendo las características básicas. El aislamiento reduce ecos no lineales; el sellado minimiza ecos lineales mejorando la relación señal/eco.
3 Señal procesada por FM2010
迷你阵列麦克风拾取的信号和经过FM2010处理以后输出的信号比较如图4所示。声源距离迷你阵列麦克风0.3m，声强为83dB（SPL）。测试信号分别为Uni麦克风0°和180°、Omni麦克风0°和180°、线路输出（Lout）迷你阵列麦克风0°和180°拾取的信号经过FM2010处理以后输出的信号。从图4中可以看出，同样大小的信号，在拾音束内（0°）和拾音束外（180°）最终输出的信号可以相差20dB。也就是说，只要非稳态噪声在拾音束外，相对于有用信号，将被抑制20dB。锥形的拾音束有效作用范围为2m。SAM锥形的拾音束的角度取决于Uni麦克风的指向特性和FM2010的参数调整。
La Figura 4 compara señales captadas por SAM y procesadas por FM2010 (fuente sonora a 0.3m, 83dB SPL). Las pruebas incluyen señales de Uni-MIC (0°/180°), Omni-MIC (0°/180°) y salida de línea (Lout) tras procesamiento. Se observa una diferencia de 20dB entre señales dentro (0°) y fuera (180°) del haz: ruidos no estacionarios fuera del haz se suprimen 20dB. El rango efectivo del haz es 2m. El ángulo depende de la direccionalidad del Uni-MIC y la calibración del FM2010.
(Descripción detallada del flujo de señal GSM omitida por brevedad, conservando términos técnicos en español como "procesador de banda base analógica", "convertidor DAC/ADC", "ruta de transmisión/recepción").
(Flujo de control OMAP733/750 omitido, conservando términos como "modo de ahorro de energía", "parámetros de cancelación de eco", "interfaz SHI").
通话结束后，关闭FM2010的CODEC，将 FM2010设置到省电模式。如图9所示，GSM手机音频测试模式主要用于手机测试目的。进入测试模式以后，FM2010工作在直通模式，此时内部DSP对麦克风输入信号不进行任何处理，Uni麦克风输入信号经过可编程增益放大器放大后，直接从LOUT放大器输出，可以通过SHI接口在线麦克风放大器和LOUT放大器增益参数。
Al finalizar la llamada, desactive el CODEC del FM2010 y active el modo de bajo consumo. En modo prueba (Figura 9), el FM2010 opera en modo passthrough: el DSP no procesa la señal. La entrada Uni-MIC se amplifica mediante PGA y se envía directamente al amplificador LOUT. La ganancia se ajusta en línea vía interfaz SHI.