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解讀MEMS麥克風(fēng)技術(shù)與設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2021-5-7 16:31    發(fā)布者:eechina
關(guān)鍵詞: MEMS , 麥克風(fēng)
作者:泛林集團(tuán)

何為MEMS麥克風(fēng)?

MEMS(微型機(jī)電系統(tǒng))麥克風(fēng)是提供高保真聲感的微型器件,體積小,可緊密集成于電子產(chǎn)品中,如智能手機(jī)、智能揚(yáng)聲器以及耳機(jī)等電子消費(fèi)品,F(xiàn)在,MEMS麥克風(fēng)不僅能夠記錄普通的環(huán)境聲音,還具備立體聲、主動(dòng)降噪、指向性(聚束)、語(yǔ)音識(shí)別等功能。增加設(shè)備的麥克風(fēng)數(shù)量即可實(shí)現(xiàn)這些音頻功能,例如最新智能手機(jī)中的MEMS麥克風(fēng)可多達(dá)6個(gè)。出色的性能使MEMS麥克風(fēng)應(yīng)用范圍廣,因而產(chǎn)生了大量的市場(chǎng)需求。

什么是電容式MEMS麥克風(fēng)?其工作原理是什么?

所有麥克風(fēng)(傳統(tǒng)麥克風(fēng)和MEMS麥克風(fēng))都通過(guò)柔性膜片感應(yīng)聲波。在聲波壓力下,膜片會(huì)發(fā)生位移,F(xiàn)在市場(chǎng)上大部分MEMS麥克風(fēng)都使用電容技術(shù)來(lái)探測(cè)聲音。電容式MEMS麥克風(fēng)的工作原理是測(cè)量柔性膜片和固定背板之間的電容。聲波帶來(lái)的氣壓變化會(huì)導(dǎo)致膜片發(fā)生位移。空氣可穿過(guò)背板上的小孔,因此背板的位置不會(huì)發(fā)生改變。在膜片移動(dòng)的過(guò)程中,膜片與固定背板之間距離會(huì)發(fā)生改變,最終導(dǎo)致兩者之間電容值的改變,這種電信號(hào)的變化可以被記錄和分析。


圖1:不同類型的電容式MEMS麥克風(fēng)

電容式MEMS麥克風(fēng)存在不同的類型,如:
        單一背板麥克風(fēng)
        雙層背板麥克風(fēng),背板分置膜片兩側(cè)
        雙層膜片麥克風(fēng)的背板封裝在兩層膜片之間,膜之間可以是真空的。

MEMS麥克風(fēng)設(shè)計(jì)

MEMS麥克風(fēng)設(shè)計(jì)人員需要研究并優(yōu)化頻率響應(yīng)、靈敏度、信噪比(SNR)、總諧波失真和等效輸入噪聲等關(guān)鍵性能指標(biāo)。信噪比是一項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo),不同的電容式MEMS麥克風(fēng)通過(guò)增加信號(hào)(雙層背板和雙層膜片)或降低噪聲(在兩層膜片之間進(jìn)行真空密封)來(lái)提高信噪比SNR。

對(duì)電容式MEMS麥克風(fēng)及其性能特征的設(shè)計(jì)、建模和研究可以在MEMS+®(CoventorMP® MEMS設(shè)計(jì)平臺(tái)的組成部分)中進(jìn)行。MEMS+提供不同MEMS結(jié)構(gòu)的非線性和多物理參數(shù)模型,這些模型可以組成完整的MEMS麥克風(fēng)設(shè)計(jì)。此外,還可以將MEMS+麥克風(fēng)集成到Cadence Virtuoso®電路仿真軟件中,這將使我們可以通過(guò)特定的IC偏置條件模擬MEMS麥克風(fēng)及其ASIC。


圖2:雙層背板MEMS麥克風(fēng)的MEMS+模型示例

未來(lái)的MEMS麥克風(fēng)設(shè)計(jì)

如今人工智能時(shí)代下,市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了基于創(chuàng)新的自動(dòng)優(yōu)化技術(shù)的MEMS設(shè)計(jì)方案。例如,慕尼黑工業(yè)大學(xué)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化學(xué)院的小組曾研究并演示了基于MEMS+的MEMS麥克風(fēng)包括其讀出電路自動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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