news 2026/7/19 0:24:37

双麦克风波束成型在免提通话中的DSP单芯片实现

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张小明

前端开发工程师

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双麦克风波束成型在免提通话中的DSP单芯片实现

免提通话的技术需求

小型免提通话设备(如手机、便携通信设备)需要在喇叭/麦克风一体式结构中实现全双工通话。这种紧凑设计面临回音耦合强、空间有限、功耗敏感等挑战。NR37-CP采用DSP单芯片方案,通过双麦克风波束成型技术,为小型免提通话设备提供了优化的解决方案。

波束成型技术原理

波束成型通过多麦克风阵列实现空间选择性拾音。NR37-CP采用圆锥型波束成型,核心思路是:

  • 相位延迟补偿:对双麦克风信号施加不同延迟,使目标方向的信号同相叠加
  • 空间滤波:目标方向信号增强,其他方向信号衰减
  • 噪声抑制:非稳态噪声约20dB压制,稳态噪声约12dB压制

圆锥型波束形成的特点是覆盖区域呈圆锥形,适用于说话人位置相对固定的场景。

回音消除设计

NR37-CP的回音消除能力达60dB。相较于高端模组的100dB深度,NR37-CP的设计定位是:

  • 小型设备:喇叭功率较小,回音强度相对可控
  • 功耗敏感:低功耗设计(约25mW),适合便携设备
  • 延迟容忍:高达100ms,适应不同结构设计

60dB深度在小型设备场景下能够有效消除回音,确保全双工通话流畅。

DSP单芯片架构

NR37-CP基于DSP单芯片实现,集成ADC/DAC和信号处理单元:

  • 3路16位ADC:MIC0、MIC1、LINE IN,采样率8kHz,SNR 84dB,内置PGA前置放大器
  • 1路DAC:LINE OUT,内置可编程增益控制器
  • 数字端口:兼容3.3V电平

这种集成设计减少了外部器件,适合空间受限的小型设备。

封装与工艺

NR37-CP采用20pin 2.6×2.2mm²专有CSP封装,底部视图,pin间距0.5mm。小尺寸封装的优势:

  • 适用于手机、便携通信设备等空间受限产品
  • 底部视图设计便于PCB布局
  • 180nm工艺,低噪音、低功耗

接口与通信

NR37-CP支持两种通信模式:

  • I²C通信:最高400kbps快速模式,外部MCU配置参数
  • 纯模拟模式:HW bypass mode,无需数字控制,简化系统设计

差分模拟音频输入设计增强抗射频干扰能力,适合手机等无线设备。

功耗分析

NR37-CP的功耗设计针对便携设备优化:

  • 工作模式:双/单麦克风模式约25mW(14mA @ 1.8V)
  • 低功耗模式:典型电流5μA,待机功耗极低

1.8V供电电压与手机电池电压匹配,无需额外的电源转换电路。

电气参数

  • 输入电压:模拟/数字核心均为1.8V
  • 工作功耗:约25mW
  • 低功耗电流:5μA
  • ADC SNR:84dB
  • 回音延迟容忍:高达100ms

应用场景

  • 手机便携通信:免提通话模式,波束形成增强人声,AEC消除回音
  • 楼宇门禁通话:小型门禁终端,紧凑设计
  • 视频会议通讯:便携会议设备,双麦降噪
  • 远程语音通话:VoIP电话终端
  • 报警监控平台:双向语音对讲功能

与高端模组的对比

NR37-CP与A-59、AU-60等高端模组的差异:

  • 降噪能力:NR37-CP约20dB(非稳态),高端模组AI降噪达45-90dB
  • AEC深度:NR37-CP为60dB,高端模组达100dB
  • 功耗:NR37-CP约25mW,高端模组65-80mA(@5V)
  • 封装尺寸:NR37-CP为2.6×2.2mm²,高端模组为23×20mm至50×15.5mm

NR37-CP的定位是小型便携设备的入门级方案,高端模组适用于专业通话设备。

结论

NR37-CP通过DSP单芯片集成和双麦克风波束成型技术,为小型免提通话设备提供了紧凑、低功耗的解决方案。60dB AEC和20dB降噪能够满足便携设备的通话质量需求。小尺寸CSP封装和1.8V供电设计使其易于集成到手机、门禁等空间受限的产品中。

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