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ANALOG/MIXED SIGNAL MEMS 32 - ELETTRONICA OGGI 482 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2019 guente ulteriore riduzione del rapporto tra segnale e rumore. Un valore di AOP elevato assicura che gli algoritmi dispongano di un margine (headroom) suf- ficiente per eliminare i segnali di rumore e prelevare un segnale vocale con una distorsione accettabile. Al fine di ottenere un elevato AOP e bassi valori di self-noise, Infineon ha optato per un progetto basa- to su un doppio backplate per la realizzazione del proprio microfono MEMS IM69D130 che è simile, dal punto di vista concettuale, a quello utilizzato dai mi- crofoni a condensatore per gli studi di registrazione. Anche con un SPL di 128 dB, la distorsione non supera l’1%, mentre l’AOP è pari a 130 dBSPL. Questo microfono MEMS si distingue per la risposta in frequenza piatta con un roll- off (in pratica l’attenuazione) in bassa frequenza a 28 Hz e l’elevata linearità di uscita. Tali peculiarità, abbinate a una realizzazione che preve- de tolleranze molto strette, consente un accoppiamento di fase preciso tra i microfoni, un elemento impor- tante in tutte le applicazioni che utilizzano array di microfoni. L’utilizzo della modulazione PDM (Pulse-Density Mo- dulation) digitale per l’uscita permette di eliminare la presenza di componenti analogici per elaborare l’uscita del microfono. In questo modo è possibile ridurre sia le problematiche legate alla protezione RF sia l’area della scheda richiesta dalle applicazio- ni che utilizzano array di microfoni. Progettato per supportare array di microfoni molto estesi, il microfono InvenSenseICS-52000 di TDK è caratterizzato da un’uscita TDM (Time Division Mul- tiplexed) digitale a basso rumore e una tolleranza, in termini di sensibilità, di ± 1dB. Grazie all’inter- faccia TDM è possibile collegare un array compo- sto da un massimo di 16 microfoni direttamente a un microprocessore senza ricorrere a un codec per elaborare e mettere in sequenza i dati. Questi di- spositivi forniscono campioni a intervalli regolari in modalità round-robin (seguendo cioè uno schedu- ling circolare). Un comportamento di questo tipo si ottiene connettendo in modalità daisy chain (quindi in serie) ingressi e uscite del segnale di word-clock (WC) dei singoli microfoni. in questa configurazione un segnale master clock, fornito dal DSP o dalla MCU del sistema, pilota l’ingresso del word clock del pri- mo ICS-5200. Il word clock in uscita da quest’ultimo pilota il word clock del secondo ICS-5200 e così via. Il solo compito che deve espletare il processore è l’allocazione di ciascun campione ricevuto in ingres- so nel buffer appropriato. Questo microfono, di tipo bottom port (ovvero con il foro nella parte inferiore) è ospitato in un package a montaggio superficiale e include il sensore MEMS, il circuito per il condiziona- mento del segnale, un convertitore A/D unitamente a filtri anti-aliasing e di decimazione e al circuito per la gestione della potenza. Progettato per supportare sistemi che devono ope- rare con consumi molto ridotti, il microfono PMM- 3738-1010 di PUI Audio integra la funzionalità “wa- ke-on-sound” che solleva il processore dal compito di rilevare i suoni. Per la maggior parte del tempo un sistema IoT abilitato al rilevamento dei suoni ri- marrà in ascolto rilevando praticamente solo silen- zio. Se il processore deve rimanere attivo per gestire l’audio in ingresso al fine di deter- minare l’esistenza di contenuti vocali da elaborare, è ovvio che la durata della batteria risulterà penalizzata. Per ov- viare a questo problema è possibile integrare un circuito di elaborazione nel front-end del sistema in grado di ana- lizzare il segnale audio per valutare se richiede ulteriori analisi. L’analisi in frequenza permette di determinare se il segnale audio in ingresso è ricon- ducibile a un contenuto vocale. In ogni caso, per la maggior parte del tempo il sistema non riscontrerà segnali d’interesse. Grazie alla funzionalità “wake-on-sound” di PMM- 3738-1010 l’intero sistema può rimanere nella modalità di sleep fino al momento in cui il segna- le audio supera una a determinata soglia di livello pressione sonora. Il dispositivo sfrutta la tecnologia piezoelettrica per minimizzare il consumo di poten- za a riposo. Utilizzato come rivestimento, il nitruro di alluminio genera una tensione quando il diafram- ma è deformato da un’onda sonora. Data l’assenza di intercapedini d’aria, l’elemento non è soggetto al fenomeno di smorzamento acustico responsabile della riduzione del rapporto tra segnale e rumore (SNR) dei microfoni capacitivi. L’impiego di elementi piezoelettrici consente la realizzazione di sistemi che operano con livelli di potenza molto ridotti che non richiedono il monitoraggio attivo dell’ingresso audio. Per contro, la tensione generata da un’onda sonora d’ingresso di elevata intensità può generare un’ener- gia sufficiente per acquisire il segnale e avviare l’at- tivazione del circuito di conversione. I progressi nel campo delle tecnologie capacitive e piezoelettriche hanno permesso la realizzazione di un gran numero di sensori MEMS acustici. L’ampia gamma di prodotti ora disponibile consente ai pro- duttori di adattare i parametri del sensore e il pro- filo del consumo di energia alle proprie specifiche esigenze, facendo della capacità di ascolto una delle caratteristiche chiave dei loro progetti. TDK InvenSense ICS-52000