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標簽 > MEMS麥克風
MEMS麥克風是基于MEMS技術制造的麥克風，是一個電容器集成在微硅晶片上，可以采用表貼工藝進行制造,能夠承受很高的回流焊溫度,容易與CMOS工藝及其它音頻電路相集成, 并具有改進的噪聲消除性能與良好的RF及EMI抑制能.
MEMS（微型機電系統(tǒng)） 麥克風是基于MEMS技術制造的麥克風，簡單的說就是一個電容器集成在微硅晶片上，可以采用表貼工藝進行制造，能夠承受很高的回流焊溫度，容易與 CMOS 工藝及其它音頻電路相集成， 并具有改進的噪聲消除性能與良好的 RF 及 EMI 抑制能.MEMS麥克風的全部潛能還有待挖掘，但是采用這種技術的產(chǎn)品已經(jīng)在多種應用中體現(xiàn)出了諸多優(yōu)勢，特別是中高端手機應用中。
MEMS（微型機電系統(tǒng)） 麥克風是基于MEMS技術制造的麥克風，簡單的說就是一個電容器集成在微硅晶片上，可以采用表貼工藝進行制造，能夠承受很高的回流焊溫度，容易與 CMOS 工藝及其它音頻電路相集成， 并具有改進的噪聲消除性能與良好的 RF 及 EMI 抑制能.MEMS麥克風的全部潛能還有待挖掘，但是采用這種技術的產(chǎn)品已經(jīng)在多種應用中體現(xiàn)出了諸多優(yōu)勢，特別是中高端手機應用中。
MEMS麥克風的優(yōu)勢
目前，實際使用的大多數(shù)麥克風都是ECM（駐極體電容器）麥克風，這種技術已經(jīng)有幾十年的歷史。ECM 的工作原理是利用駐有永久電荷的聚合材料振動膜。
與ECM的聚合材料振動膜相比，MEMS麥克風在不同溫度下的性能都十分穩(wěn)定，其敏感性不會受溫度、振動、濕度和時間的影響。由于耐熱性強，MEMS麥克風可承受260℃的高溫回流焊，而性能不會有任何變化。由于組裝前后敏感性變化很小，還可以節(jié)省制造過程中的音頻調(diào)試成本。
MEMS麥克風需要ASIC提供的外部偏置，而ECM沒有這種偏置。有效的偏置將使MEMS麥克風在整個操作溫度范圍內(nèi)都可保持穩(wěn)定的聲學和電氣參數(shù)，還支持具有不同敏感性的麥克風設計。
傳統(tǒng)ECM的尺寸通常比MEMS麥克風大，并且不能進行SMT（表面貼裝技術）操作。在MEMS麥克風的制造過程中，SMT回流焊簡化了制造流程，可以省略一個目前通常以手工方式進行的制造步驟。
在ECM麥克風內(nèi)，必須添加進行信號處理的電子元件；而在MEMS麥克風中，只需在上添加額外的專用功能即可。與ECM相比，這種額外功能的優(yōu)點是使麥克風具有很高的電源抑制比，能夠有效抑制電源電壓的波動。
另一個優(yōu)點是，集成在芯片上的寬帶RF抑制功能，這一點不僅對手機這樣的RF應用尤其重要，而且對所有與手機操作原理類似的設備（如助聽器）都非常重要。
MEMS麥克風的小型振動膜還有另一個優(yōu)點，直徑不到1mm的小型薄膜的重量同樣輕巧，這意味著，與ECM相比，MEMS麥克風會對由安裝在同一PCB上的揚聲器引起的PCB 噪聲產(chǎn)生更低的振動耦合。
智能語音解析MEMS麥克風
數(shù)字MEMS麥克風具有高抗噪性和簡化電路設計的優(yōu)點，適用于多麥克風數(shù)組以消除回音和噪聲，以及波束形成以實現(xiàn)定向靈敏度。 為讓智能型手機能消除噪聲，一種常見方法是在遠離主語音麥克風之處放置一個或多個額外麥克風，例如在外殼邊緣或背面，檢測來自周圍環(huán)境的噪聲，再從語音麥克風的輸出中減去，能提高通話質(zhì)量。 降噪麥克風也經(jīng)常用于影音錄制模式。
波束形成還使用到兩個或多個麥克風數(shù)組。 雖然大多數(shù)麥克風有全向靈敏度，但一些應用可得益于一個特定方向所增加的靈敏度或在其他方向降低靈敏度，例如在電話會議中或行車通話時提高音頻質(zhì)量和清晰度。 根據(jù)從不同方向傳來的聲音相位差，波束形成可利用數(shù)字算法到數(shù)組的麥克風輸出，而且還能判定特定聲音傳來的方向。
專用集成電路（ASIC）設計介紹
麥克風模塊制造商利用選擇合適的MEMS麥克風套件區(qū)分產(chǎn)品，當中已有一對優(yōu)化的MEMS傳感器和ASIC。
圖三 ： 麥克風專家選擇合適的MEMS麥克風套件
安森美半導體致力于開發(fā)高度整合的數(shù)字MEMS麥克風ASIC，可以結(jié)合獨立MEMS供貨商所制造的各種MEMS換能器。 例如LC706200數(shù)字IC系列，除了整合模擬放大器和低通濾波器，還整合前饋式delta-sigma ADC，如圖四所示。 還有一個電荷泵， 為MEMS換能器提供工作電壓。
圖四 ： 一個前饋delta-sigma ADC實現(xiàn)一個整合數(shù)字輸出的小占位麥克風
安森美半導體的數(shù)字ASIC滿足關鍵性能標準，可以幫助當今MEMS麥克風設計人員克服所面臨的挑戰(zhàn)。 其中，高訊噪比（SNR）是必需的，在麥克風用于更大的距離時支持清晰的性能，以及用于通常更清晰的音頻擷取。 特別是自動語音識別算法依賴高訊噪比以達到良好的文字準確率。 現(xiàn)在需要訊噪比大于64db的ASIC，輔以MEMS工程師實現(xiàn)的進展，以優(yōu)化換能器的特點。
隨著終端用戶因為日益增多的各種應用而渴求智能手機等裝置有更好的效果，麥克風必須可以在嘈雜環(huán)境中毫無失真地運行到高聲壓級（SPL），例如社交用戶能進行高質(zhì)量的錄音，捕捉在音樂節(jié)的現(xiàn)場體驗。
數(shù)字MEMS麥克風用于未來的獨立語音指令
由于語音識別引擎和強大的語音助手，如Siri、「OK Google」和亞馬遜Echo，物聯(lián)網(wǎng)和攜帶式裝置領域?qū)φZ音指令功能有高要求。 目前的語音識別系統(tǒng)通常一直在執(zhí)行狀態(tài)，花費相當大量功耗在聆聽和識別語音。 未來的語音指令功能將有望獨立工作，并在語音啟動時打開。 低功耗數(shù)字MEMS麥克風技術將適用于未來獨立的語音觸發(fā)方案—性能會非常好，功耗極低，比較容易添加到現(xiàn)有設計中。
算法如噪聲消除和波束形成，分析來自多個麥克風的訊號，需要依靠近似匹配數(shù)組中個別麥克風的靈敏度，理想值在+/-1dB以內(nèi)。 雖然篩選或分級是一個潛在的方案，麥克風設計人員正在尋找ASIC以提供可調(diào)增益，在MEMS制造中實現(xiàn)制程相關變化的調(diào)整。
LC706200產(chǎn)品系列提供高性能的方案。 它有一些其他功能，確保在寬工作范圍增強的線性性能，包括-106dBFS的低輸入?yún)⒖荚肼?，具?kHz低通濾波器的優(yōu)勢實現(xiàn)峰值補償，和利用安森美半導體的千兆奧姆電阻制程的低噪內(nèi)部偏置和調(diào)節(jié)電路。 該組件還具有高電源抑制比（PSRR），防止進入訊號鏈的不利噪聲，以及保持對語音指令給予響應的電源管理，包括睡眠模式和低功耗模式。
結(jié)語
人們使用計算機和智能裝置方式的變化推動了對高性能、可靠MEMS麥克風的需求。 當前市場的數(shù)字ASIC最大化了麥克風開發(fā)人員的自由，以提供同類最佳產(chǎn)品來滿足這些需求。
事實證明，它們的確能夠很好地同各種前置放大器相適用。由于每種話筒都有自己的獨特優(yōu)勢和不足，因而，如果你仔細觀察，就會發(fā)現(xiàn)，每種話筒都有自己專門的適用情境。
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MEMS麥克風是半導體技術的產(chǎn)物，是基于MEMS技術制造的麥克風。它能夠承受很高的回流焊溫度，與其它的音頻電路相集成，可以有效的改善噪聲并且消除。
智能語音經(jīng)由MEMS麥克風收音后，再借由后端語音識別來控制家電，進而建立智能家庭物聯(lián)網(wǎng)中所需的語音控制。
2017-11-21 標簽：MEMS麥克風 9994 0
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