麥克風放大模組選擇

撰寫:2022/9/10

發佈:2022/9/18

一般Arduino領域經常使用的麥克風模組化有KY038、MAX4466及MAX9814此三類，雖然這些模組輸入端的麥克風皆為駐極體電容式麥克風，此駐極體電容式麥克風內有永久電荷的駐極體物質，因而不需再對電容器供電；但駐極體麥克風元件仍需要內建有電子放大電路以放大聲音訊號；現在這三類模組雖然各有不同設計考量；但針對要放置在機器人內必須考慮輸入收音不失真的完整性與高感度，麥克風模組化的選擇經分析與測試如以下各節所示。

KY038 Sound Sensor

Arduino常用來偵測聲音的一種模組KY038-sound-sensor，雖然也有駐極體電容式麥克風，但是此模組不適合用來作語音輸入放大模組，因為此模組主要晶片為LM393雙輸入比較器而非作聲音放大器。

仔細觀察KY038聲音偵測模組採用LM393晶片，此晶片主要分辨方法為8 pins腳晶片，模組形式多半如下圖所示：

這樣架構的KY038聲音偵測模組從此晶片LM393晶片架構圖如下可以看出，雖然模組前端也帶有麥克風，但是在此只是用來收音與內設定的門檻電壓比較，來確認外部聲音夠大以觸發事件使用，所以此模組根本不適用於機器人內用來放大輸入的收音麥克風。

MAX4466

MAX4466駐極體電容式麥克風放大器模組，為一般Arduino領域經常使用的低電壓低功耗簡易型麥克風模組化，但考慮考慮輸入收音不失真性與高感度語音兩條件，目前測試還無法得到適當的設定條件可以達到收音不失真，所以此放大模組目前尚不適合用來作機器人的語音輸入放大模組。

仿間可見到這類MAX4466晶片基於這樣架構的麥克風放大器模組如下，主要觀察MAX4466為5 pins腳晶片。

以下就是用MAX4466放大晶片，從晶片的型錄可看到以下特點：

• +2.4V to +5.5V Supply Voltage Operation
• Excellent Power-Supply Rejection Ratio: 112dB
• Excellent Common-Mode Rejection Ratio: 126dB
• High AVOL: 125dB (RL = 100kΩ)
• Low 24uA Quiescent Supply Current
• Gain Bandwidth Product: 600kHz

從應用電路可以看出只需微量的晶片外部元件運作且架構簡單如下：

不過這類MAX4466放大器屬於雜訊也會增益的PA放大晶片，對於非常小的聲音訊號來說，可能放大也被增益的雜訊影響而造成收音失真無法辨識，除非適當的調整後級音效卡放大電路或許還可以得到可辨識的聲音，可是目前測試還無法得到適當的設定條件可以達到收音不失真。

MAX9814

MAX9814麥克風放大器模組大小雖然與MAX4466放大器模組差不多，但MAX9814晶片不同於MAX4466晶片就在放大器部分；MAX4466放大器屬於雜訊也會放大的PA放大晶片，但MAX9814晶片採用低雜訊放大器(LNA, Low Noise Amplifer)的晶片，就是雜訊不會跟著放大而保持一定的SNR訊號雜訊比的LNA晶片；因此對於非常小的聲音訊號來說，聲音放大就不會被雜訊影響仍然可以辨識；所以此放大模組是目前最適合用來作機器人的輸入收音不失真性與高感度的語音放大模組。

仿間可見到這類MAX9814晶片基於這樣架構的麥克風放大器模組如下，主要觀察MAX9814為14 pins腳晶片且模組連結腳位有5 pins腳。

在此可以從MAX9814放大器晶片的型錄可看到以下特點：

• Automatic Gain Control (AGC)
• Three Gain Settings (40dB, 50dB, 60dB)
• Programmable Attack Time
• Programmable Attack and Release Ratio
• 2.7V to 5.5V Supply Voltage Range
• Low Input-Referred Noise Density of 30nV/√Hz
• Low THD: 0.04% (typical)
• Low-Power Shutdown Mode
• Internal Low-Noise Microphone Bias, 2V
• -40°C to +85°C Extended Temperature Range

除了AGC及多種可設定的放大增益外，優秀的低雜訊密度(Noise Density)，及他可使用的極限溫度範圍-40°C to +85°C都是他的特點。

從應用電路圖不難看出晶片內部第一級使用LNA放大，後端才是一般功率放大器，所以雜訊密度才能降低；至於外部應用電路所需元件也算架構簡單，增加多個與AGC及Gain設定有關pin腳位，應用電路圖如下：

Summary總結

以放置在機器人內必須考慮輸入收音不失真的完整性與高感度兩點來看結論如下：

• KY038-sound-sensor雖然有駐極體電容式麥克風，但是此模組只是比較電路不適合用來作語音輸入放大模組；
• MAX4466駐極體電容式麥克風放大器模組，目前測試還無法得到適當的設定條件可以達到收音不失真，所以此放大模組目前尚不適合用來作機器人的語音輸入放大模組。
• 只有MAX9814麥克風放大器模組，採用低雜訊放大器(LNA)的晶片，因此對於非常小的電容式麥克風聲音訊號來說，輸入收音放大不失真並有高感度的能力，語音放大就不會被雜訊影響仍然可以辨識；所以此放大模組是目前最適合用來作機器人的輸入收音的放大模組。

後記

本文為個人學習的經驗，後續有所改進將再發文分享；本人因工作因素發文後並不會經常檢視讀者問題，對於沒法及時回覆問題敬請見諒!

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