作者 Masahito Kanaya 安森美半导体产品商场营销员
摘要：跟着智能设备的迅猛发展，商场需求更高功用的麦克风，而MEMS可以在紧凑的尺度内麦克风供给高功用和保真度及可靠性，适用于便携式设备。本文介绍了MEMS麦克风的结构和作业形式，并介绍了相关的MEMS麦克风套件。
智能手机和平板电脑等设备的所有者们总是期望可以以新的办法运用他们的设备，一起期望极高的功用。板载音频功用是一个典型的比如。人们期望可以记载社会事情、音乐体现，并等待精准、传神的播映，或享用无布景噪音的高语音通话质量，即便在户外或在车上。还期望在进一步捕捉麦克风的声响时有好的音频质量。
这些趋势需求更高功用的麦克风，一些手机经过运用两个或两个以上的麦克风还具有噪声消除或视频形式下的3D声响。此外，对用户声响作出反应的智能数字助理的出现正改动人们与计算机进行交互的办法，可以推进高功用的音频子体系到更多的产品，如可穿戴和未来的物联网(IoT)设备。
因而，对微机电体系(MEMS)麦克风的需求越来越多，MEMS可以在紧凑的尺度内为麦克风供给高功用和保真度及可靠性，适用于便携式设备。依据商场研讨公司IHS Technology猜测，MEMS麦克风商场将会从2015年的36亿台增长到2019年超越60亿台。
1 MEMS麦克风的结构和作业形式概述
MEMS麦克风含有一个可移动的膜片和静态背板，选用常见的包括堆积和挑选性蚀刻的工艺制作在硅晶圆基板上。背板有穿孔，答应空气流通而不引起违背。膜片的规划是为了习惯声波引起的气压改动。而曲折构成膜片相对背板移动，发生必定份额的电容改动。与MEMS换能器一起封装的一个配套IC将此电容改动转换成一个模仿或数字格局的电信号。
商场上有模仿和数字输出两种MEMS麦克风。模仿麦克风基本上包括MEMS换能器和配套的模仿放大器集成电路(IC)，是一种用于小型手持设备的盛行计划，如功用手机和入门级到中档智能手机。
2 数字化
集成模仿调理信号和模数转换器(ADC)的数字麦克风一般是PC和高端智能手机的首选设备。数字技能运用固有的更高射频和抗电磁干扰(EMI)，完成更佳的音频功用，如图1所示。此外，电路规划和电路板布局可以简化，从而在无需修正电阻和%&&&&&%值情况下，更易于改动规划。
大多数数字麦克风含有时钟输入和L/R操控的输入。时钟输入用来操控Δ∑调制器，将传感器的模仿信号转换成数字脉冲密度调制(PDM)信号。典型的时钟频率规模从1MHz至3.5MHz。麦克风的输出被驱动到所挑选的时钟沿的恰当水平，然后进入一个高阻抗状况的时钟周期的另一半。这令两个数字麦克风输出能同享单条数据线(图2)。L/R输入确认有用数据的时钟沿。
数字MEMS麦克风具有高抗噪性和简化电路规划的长处，十分适用于多麦克风阵列以发生回响和消除噪声，以及波束构成，以完成定向灵敏度。为了在智能手机中完成噪声消除，一种常见的办法是在远离主语音麦克风处放置一个或多个额定麦克风，例如在外壳上边缘或反面，以检测来自周围环境的噪声，从语音麦克风的输出中减去，以协助进步通话质量。降噪麦克风也常常用于视频录制形式。
波束构成运用两个或多个麦克风阵列。尽管大多数麦克风有全向灵敏度，但一些运用可得益于在一个特定的方向添加的灵敏度或其他方向下降的敏感度;例如在电话会议或行车通话的情况下进步音频质量和明晰度。波束构成经过运用数字算法到阵列中的麦克风输出，依据从不同方向抵达的声响的相位差，使这成为可能。别的，波束成形还可确认一个特定的声响传来的方向。
3 专用%&&&&&%(ASIC)规划
麦克风模块制作商经过挑选适宜的MEMS麦克风套件区别他们的产品，其间结合了一对优化的MEMS传感器和ASIC。
安森美半导体可以集成由独立的MEMS供货商制作的各种MEMS换能器。例如LC706200数字IC系列，除了集成模仿放大器和低通滤波器，还集成了前馈delta-sigma ADC，以及一个为MEMS换能器供给作业电压电荷泵，如图4所示。
安森美半导体的数字ASIC满意要害功用规范，可以协助当下MEMS麦克风规划人员战胜所面对的应战。其间，高信噪比(SNR)是必需的，以在麦克风用于更大的间隔时支撑明晰的功用，以及用于一般更明晰的音频捕获。特别地，主动语音辨认算法依赖于高信噪比，以到达杰出的文字准确率。现在需求信噪比大于64dB的ASIC，辅以由MEMS工程师完成的发展以优化换能器的特色。
跟着终端用户在日益增多的各种用例下对智能手机等设备更好的作用的渴求，需求麦克风可以在喧闹的环境中无失真地运转，以到达高的声压级(SPL)。例如，支撑交际用户进行高品质的记载以捕获他们在音乐节的体会。
4 用于未来的独立语音指令的数字MEMS麦克风
由于语音辨认引擎和强壮的语音帮手，如Siri、“OK Google”和亚马逊Echo，在物联网和便携式设备范畴，对语音指令功用有高要求。现在的语音辨认体系一般一向履行，由于它们耗费了相当大的功耗去倾听和辨认语音。未来的语音指令功用将有望独立作业，并在由语音激活时翻开。低功耗数字MEMS麦克风技能将适用于未来独立的语音触发计划，可相对容易地被添加到现有的规划中。
如噪声消除和波束构成等算法，剖析来自多个麦克风的信号，需求依托近似匹配阵列中单个麦克风的灵敏度，抱负值在+/-1dB以内。尽管挑选或分级是一个潜在的计划，麦克风规划人员正在寻觅ASIC以供给可调增益，在MEMS制作中完成工艺相关改动的调整。
5 定论
人们运用电脑和智能设备的办法的改动，推进对高功用MEMS麦克风的需求。当时商场上的数字AS%&&&&&%可以最大化麦克风开发人员的自在，以供给同类最佳的产品来满意这些需求。
本文来源于《电子产品世界》2017年第6期第73页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
