由于人口老龄化和听力损失人群的明显增加，助听器商场不断增加，但其显眼的外形和很短的电池寿数让许多人失掉爱好。跟着听力损失现象变得愈加常见，人们将寻求愈加细巧、更有用、更高质量的助听器。助听器信号链的前端是麦克风，它检测语音和其他环境噪声。因而，改进音频捕捉能够进步信号链全体的功能并下降功耗。
麦克风是把声学信号转化为电信号以供助听器音频信号链处理的传感器。有许多技能可用于这种声电转化，但电容麦克风是其间尺度最小、精度最高的一类麦克风。电容麦克风中的薄膜跟着声学信号而运动，这种运动引起电容改动，从而发生电信号。
驻极体电容麦克风(ECM)是助听器中运用最广泛的技能。ECM选用可变电容，其一个板由具有永久电荷的资料制成。ECM在当今助听职业声名显赫，但这些设备背面的技能自1960年代以来并无多大改动。其功能、可重复性以及相对于温度和其他环境条件的稳定性不是十分好。助听器以及其他重视高功能和共同性的运用，为新式麦克风技能的开展发明了时机。新技能应当能改进上述缺陷，让制作商出产出更高质量、愈加牢靠的设备。
微机电体系(MEMS)技能是电容麦克风革新的中坚力量。MEMS麦克风运用了曩昔数十年来硅技能的巨大进步，包括超小型制作结构、超卓的稳定性和可重复性、低功耗，一切这些都已成为硅工业不折不扣的要求。迄今为止，MEMS麦克风的功耗和噪声水平仍是适当高，不宜用于助听器，但满意这两项要害要求的新器材现已呈现，正在掀起助听器麦克风的下一波立异浪潮。
MEMS麦克风作业原理
像ECM相同，MEMS麦克风也是电容麦克风。MEMS麦克风包括一个灵敏悬浮的薄膜，它可在一个固定背板之上自在移动，一切元件均在一个硅晶圆上制作。该结构构成一个可变电容，固定电荷施加于薄膜与背板之间。传入的声压波经过背板中的孔，引起薄膜运动，其运动量与紧缩和稀少波的起伏成份额。这种运动改动薄膜与背板之间的间隔，从而改动电容，如图1所示。在电荷稳定的情况下，此电容改动转化为电信号。
图1. MEMS麦克风的%&&&&&%随声波的起伏而改动
在硅晶圆上制作麦克风传感器元件的工艺与其他%&&&&&%(%&&&&&%)的制作工艺类似。与ECM制作技能不同，硅制作工艺十分精细且高度可重复。一个晶圆上制作的一切MEMS麦克风元件都具有相同的功能，不仅如此，并且在该产品的多年生命周期中，不同晶圆上的每一个元件也都具有相同的功能。
硅制作是在严厉控制的环境中，运用一系列堆积和蚀刻工艺，发生金属和多晶硅的形状调集以构成MEMS麦克风。出产MEMS麦克风涉及到的几许结构是微米(μm)级。声波所经过的背板中的孔直径能够小于10 μm，薄膜厚度能够是1 μm左右。薄膜与背板之间的空隙仅稀有微米。图2所示为典型MEMS麦克风传感器元件的SEM图画，从顶部(薄膜)观看。图3所示为该麦克风元件中部的截面图。在该规划中，声波经过元件底部的空腔进入麦克风，并穿过背板孔以鼓励薄膜。
图2. MEMS麦克风的SEM图画
图3. MEMS麦克风的横截面
由于几许结构在制作工艺中遭到严厉控制，因而不同麦克风的实测功能具有高度可重复性。运用MEMS技能构建麦克风的另一个优势是薄膜极小，因而其质量十分小，比较于薄膜质量大得多的ECM，MEMS麦克风不易受振荡影响。
开展、可重复性和稳定性
MEMS麦克风已开展到很高的水平，它已成为许多要求小尺度和高功能的音频捕捉运用的默许挑选，但大部分商用级麦克风并不合适助听器职业，由于后者要求小得多的器材、更低的功耗、更好的噪声功能以及更高的牢靠性、环境稳定性和器材间可重复性。MEMS麦克风技能现在现已能够满意上述一切要求：超小型封装、极低功耗以及极低的等效输入噪声。
硅制作工艺的严厉控制措施令MEMS麦克风的稳定性和器材间功能差异明显优于ECM。图4所示为相同类型的数个MEMS麦克风的归一化频率响应，图5所示为不同ECM的归一化频率响应。各MEMS麦克风的频率响应简直共同，而ECM的频率响应则显现出适当大的器材间差异，尤其是在高频和低频时。
图4. 数个MEMS麦克风的频率响应
图5. 三组ECM麦克风的频率响应
MEMS麦克风还表现出杰出的宽温度规模稳定性。图6所示为环境温度在–40°C至+85°C之间改动时灵敏度的改动。黑线显现：在MEMS麦克风的温度规模内，灵敏度改动小于0.5 dB;而ECM则表现出最多8 dB的改动。
图6. 对振荡的灵敏度与温度的联系：MEMS与ECM
比较于ECM，MEMS麦克风规划的电源按捺功能明显进步，典型电源按捺比(PSRR)优于-50 dB。在ECM上，输出信号和偏置电压(电源)共用一个引脚，电源上的任何纹波都会直接呈现在输出信号上。MEMS麦克风优异的PSRR为音频电路规划供给的自在度是ECM无法比拟的。器材数量和体系本钱得以下降。
在助听器之类电池供电的微型运用中，每毫瓦功耗都至关重要。当助听器正在作业时，麦克风无法经过周期供电来节约功耗。因而，麦克风的作业功耗极为重要。选用典型的锌空气电池电压(0.9 V–1.4 V)供电时，助听器所用典型ECM麦克风的功耗为35 μA。而在相同电压下，助听器所用MEMS麦克风的功耗能够降至一半，使得助听器装一次电池能够运用更长时刻。
最新一代MEMS麦克风具有助听器职业要求的超卓噪声和功耗功能。ADI公司运用20多年的MEMS技能经历来打造可用于助听器商场的高功能麦克风。典型全向MEMS麦克风的等效输入噪声(EIN)特性为27.5 dB SPL(A加权、8 kHz带宽)，合适助听运用。1/3倍频程EIN噪声功能一般用于指定助听器用麦克风，在低频时十分超卓，如图7所示。完成如此高的噪声功能只需17 μA功耗(选用典型助听器电池电压)。麦克风供给微型封装，整体积小于7.5 mm3，如图8所示。
图7. MEMS麦克风的1/3倍频程噪声
图8. 助听器用全向MEMS麦克风 a) 仰视图;b) 俯视图;c) 便于手艺焊接的封装俯视图
定论
新式高功能、低功耗MEMS麦克风证明它将是适用于助听器的下一代麦克风技能。MEMS麦克风在功能上可与许多助听器ECM相竞赛，并在许多方面超越ECM技能，例如可重复性、稳定性、尺度、可制作性和功耗等。MEMS麦克风是助听器的未来，而未来现已到来。
