新闻提要

MEMS麦克风技术和解析:一文读懂什么是硅麦?

发布日期:2024-04-18 11:55:33   来源 : 传感器专家网    作者 :传感器专家网    浏览量 :68
传感器专家网 传感器专家网 发布日期:2024-04-18 11:55:33  
68

       麦克风想必大家并不陌生。从日常通信、娱乐体验,自动驾驶和智能家居等高科技应用中,还有我们最熟悉的专业领域的声音录制和制作,麦克风都发挥着不可或缺的作用。

       我们一只都在了解的是较传统的麦克风,但已经有不少年了,MEMS硅麦克风得到了迅猛发展,是目前应用最多的麦克风,它结合现代技术,尤其是微机电系统(MEMS)的发展,功能日益强大。 MEMS麦克风适用于所有音频应用,其特点是小尺寸、高音质、可靠性和经济性。

       MEMS麦克风可以说是已经无处不在,它们的“微小”存在让我们的设备能够“听到”并响应周围的声音,极大地丰富了所有人的音频体验。虽然目前专业领域的应用还比较少,但我们认为MEMS多麦克阵列拾音将是未来麦克风发展趋势之一,并已经被专业拾音开始应用,今天就借二条森海塞尔投资MEMS麦克风先驱的机会向朋友们介绍一下。

       01

       MEMS麦克风技术是什么?

       MEMS,(微机电系统 micro electro mechanical systems)麦克风是基于MEMS技术制造的麦克风,由硅结构材料进行物理拾音,又通过“硅电路”处理,所以又称“硅麦克风”。

       从拾音器件来分类,大多数 MEMS 麦克风都可以被归类为电容麦克风,使用电容式传感器技术。

       这几年,一些制造商制造了使用压电传感元件的麦克风,压电元件的运动产生音频电压。

       02

       MEMS 麦克风如何工作?模拟与数字麦克风输出

       在MEMS麦克风中,硅结构中的薄镀膜随着声音振动,直连产生变化的电容,电容器的第二个极板位于硅中的固定表面上,IC 中的电荷泵为电容器产生高直流电压,IC 电路将电容变化转换为代表 MEMS 膜上音频信号的电信号。

       所有麦克风的初始信号当然都是模拟音频,这些微弱的信号需要通过前置放大器进行增幅,以提升其至可用但仍较低的电平,然后通过集成的专门的电路,将变化的电信号转换为模拟或者数字信号。

       MEMS麦克风模拟输出 …

       MEMS Microphone Analog Output

       模拟麦克风将增幅后的信号直接传送至输出端。输出类型分为单端和差分两种,其中差分系统具有两个输出,它们之间的相位差为180度。根据输出是单端还是差分,模拟麦克风通常设有三或四个引脚:电源引脚、公共接地引脚,以及一个或两个输出引脚。

       值得注意的是,电源始终由单一的正电源提供。这会导致在输出端产生一个直流偏移。为了消除这一偏移,应当使用电容器进行去耦,如下所示。

           模拟输出麦克风

       大多数麦克风都是消费级的,具有良好的音质,但与用于专业音频的麦克风还是有不小差距。

       MEMS麦克风数字输出 …

       MEMS Microphone Digital Output

       配备数字输出的MEMS麦克风会进行模数(A/D)转换,即将经过放大的模拟音频信号转换成数字信号。这些麦克风大多采用delta-sigma转换技术,生成的是脉冲密度调制(PDM)输出,具体过程下图所示。

       脉冲密度调制。当音频信号较高时,高脉冲(蓝色)具有较高的密度

       脉冲密度(即逻辑高脉冲的百分比)与电压成正比。这不是你通常认为的数字,因为没有创建数字词,只是脉冲。尽管通常使用微处理器程序或音频 CODEC(编码器/解码器),但只需将脉冲流通过低通滤波器即可对其进行解码。

       大多数数字输出 MEMS 麦克风有五个引脚,如下图所示:

       电源

       共同点

       输出

       时钟输入

       L/R(左/右)选择

              数字输出麦克风用于立体声系统

       L/R 选择机制的工作原理是,当连接设置为高电平(左)时,模数转换器(A/D)的输出会在时钟信号上升沿后发送。若设置为低电平,则数据会在时钟信号下降沿时传输。通过这种方式,左右声道的输出可以共用同一条数据线进行发送。

       MEMS麦克风封装

       MEMS Microphone Packaging 麦克风元件及其电路不在同一硅芯片上。他们的制造技术差异太大,无法将它们制造在一起。相反,麦克风和单独的 ASIC(专用集成电路)组合在同一个封装中,通过引线键合连接,如下图所示。        带有顶部声音端口的 MEMS 麦克风封装

       MEMS 麦克风采用类似 IC 的封装,用于表面贴装组装。当然,它们需要端口让声音进入。如前面所示,顶部和底部端口可用。如果使用带有底部端口的麦克风,则必须在其下方的电路板上打一个孔,如下图所示。       带有底部声音端口的 MEMS 麦克风封装

       MEMS 麦克风的 PCB 安装

       PCB Mounting of MEMS Microphones

       标准回流焊接技术可用于将 MEMS 麦克风连接到 PCB。但是需要小心不要让污染物进入声音端口。在清洁过程中,可能需要用胶带封住或密封端口。

       MEMS 麦克风一般规格

       MEMS Microphone General Specifications 大多数 MEMS 麦克风具有相似的规格。以下是一些典型值。敏感性令人困惑,所以让我们先尝试处理它。

       模拟输出灵敏度(典型值):-38 dBV,94 dB SPL,1 kHz

       数字输出灵敏度(典型值):-26 dB FS,94 dB SPL,1 kHz

       在正常语音电平下,模拟麦克风的输出将是低毫伏,而数字麦克风将远低于满量程。在某种程度上,这是一件好事,因为它为响亮的声音留下了很大的余量。

       频率响应:通常从低品的 80 或 100 Hz 到 10 或 15 kHz,适合语音,非常适合大多数音频,现在很多新品都达到 20 Hz。在高频,响应在较高频率下增加,在 30 至 40 kHz 附近具有显着的超声共振峰值。在此之上,响应下降。

       工作温度:大部分为-40至+85摄氏度。

       电源电压:从 1.5 或 2 V 到 3 或 3.6 V。规格各不相同。

       尺寸:3 x 4 毫米或更小,高约 1 至 1.5 毫米。

       大多数使用相同的表面贴装焊盘图案。 MEMS麦克风是MEMS传感器和MEMS执行器里的一个分支应用,它们是人类科技发展的一个里程碑,已成为众多科技消费应用产品的首选。

       声明:转载此文是出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益,请与我们联系,我们将及时更正、删除,谢谢。

联系我们
快速链接
搜索
关注我们
>
>
>
>
>
hithingsiot@163.com
在这里快速搜索,可以更快捷的找到想要的内容并且可以快速的到达对应的位置,找到想要的 。
Copyright © 2023 深圳市海翔物联科技有限公司
深圳市南山区科技中二路19号劲嘉科技大厦11楼1103房
钟先生:13500096375
台先生:15889633683
EHREN亿润公众号
EHREN官方小程序
罗先生:17388333341
云计算支持 反馈 枢纽云管理
回到顶部