一切都在不知不觉之间悄悄地改变着。就连麦克风这样一个不起眼的小零件,也正在悄然无声地演化着。近几年来,在手机等高端运用中,传统的驻极体电容麦克风正在被MEMS器材所替代。
麦克风简史
麦克风 ,学名为传声器,由Microphone翻译而来。传声器是将声响信号转化为电信号的能量转化器材,也称作话筒或微音器。
麦克风的前史可以追溯到19世纪末,贝尔(Alexander Graham Bell)等科学家致力于寻觅更好的拾取声响的方法,以用于改善其时的最新创造——电话。期间他们创造了液体麦克风和碳粒麦克风,这些麦克风作用并不抱负,仅仅牵强可以运用。
二十世纪,麦克风由开始经过电阻转化声电发展为电感、电容式转化,许多新的麦克风技能逐步发展起来,这其间包含铝带、动圈等麦克风,以及当时广泛运用的电容麦克风和驻极体麦克风。
驻极体麦克风
现在商场上出售的麦克风首要有动圈式、电容式、驻极体和最近新式的硅微传声器,此外还有液体传声器和激光传声器等。动圈传声器音质较好,但体积巨大。驻极体传声器体积细巧,本钱低价,在电话、手机等设备中广泛运用。 根据CMOS MEMS(Micro Electro Meganetic System,微机电体系)技能的硅麦克风体积更小,特别合适高性价比的运用。
噪音,麦克风的难题
作为音频信号输入的麦克风,一直以来受噪声问题的困扰。
麦克风的噪音源来自若干个方面:偏置电压动摇引起的电子噪声,FET噪声,板级噪声,振膜的声响自噪声,以及被耦合到FET的高阻抗输入的外部电磁(EM)场和射频(RF)场。详述如下:
(1)当安顿有ECM(Electret Condenser Microphone,驻极体%&&&&&%麦克风)的体系接近带有功率操控的射频发射器时(比方手机),功率操控发生的RF信号的音频成份可经过麦克风解调,并转化为可闻于音频途径的声响信号。
(2)ECM信号扩大电路中由FET的高阻抗栅极来调校发射功率扩大器的门限(在音频频段内呈现)并扩大信号。这种信号一旦进入音频频段,是很难消除的。
(3)电源电压动摇也是音频体系中最常见的噪音源。作为低敏感度的ECM,它的输出是一个10mVrms数量级的很小的模拟信号。因为ECM没有任何电源按捺才能,很小的电源电压动摇就将导致间歇性噪音。
(4)ECM还带来了机械规划方面的应战。因为ECM不只可以检测声响信号,还能检测出机械振荡,并终究把振荡转化为低频声响信号,这样,当ECM被置于振荡环境(比方安装在电风扇或大型喇叭邻近的电路板上)时,振荡将成为音频体系的首要噪音源。
MEMS麦克风的优势
MEMS麦克风是运用硅薄膜来检测声压的,MEMS麦克风可以在芯片上集成一个模数转化器,构成具有数字输出的麦克风。因为大多数便携式运用终究都会把麦克风的模拟输出转化为数字信号来处理,因而体系架构可以规划成彻底数字式的。这样一来,就从电路板上去掉了很简单发生噪音的模拟信号,并简化了总体规划。
贴片式封装的MEMS麦克风
与传统的ECM麦克风比较,MEMS麦克风具有以下优势:
1、制造工艺具有很好的重复性和一致性,然后确保每颗硅麦克风有相同的优异体现。
2、声压电平高,且芯片内部一般有预扩大电路,因而灵敏度很高。
3、频响规模宽:100~10KHZ
4、失真小:THD1%(at 1KHZ,500mV p-p)(Total Harmonic Distortion,总谐波失真)
5、振荡敏感度低:1dB
6、优异的抗EMI和RFI特性
7、电流耗费低:150µA
8、耐湿润环境和温度冲击。
9、耐高温,可以运用波峰焊。
10、可以饱尝振荡、下跌、碰击等机械力和温度冲击。
MEMS麦克风具有半导体产品的种种长处,处理了ECM所无法处理的许多困难。其间最为重要的一个特性是,MEMS麦克风简单完成数字化,然后削除了传输噪音。MEMS麦克风用处广泛,现在首要运用在手机中,数码相机、MP3播放器和PDA、耳机和助听器等范畴也正在从ECM向MEMS过渡。
MEMS麦克风商场潜力巨大。据Information Network的研究报告,MEMS麦克风在2005年时只能获得5%的全体商场率,但到2008年,估计在30亿支麦克风商场中MEMS产品占有15%,复合成长率达240%。因而,世界上许多国家和地区都投入到新一轮竞赛之中,美国Knowles Acoustics(楼氏声学)的MEMS麦克风自2003年问世以来,现已出售了数亿片,占有了全球MEMS麦克风商场95%的比例。
楼氏声学公司出品的SiSonic贴片式MEMS麦克风
我国台湾也有意急起直追,包含台湾“工研院电子所”、美律、亚太优势、探微、日月光、菱生、矽品、天瀚等20余家扬声器、麦克风和其它电声器材厂商,一起成立了“微电声工业联盟”,以整合上、中、下流厂商,树立从电声器材规划、器材制造/代工、器材封装至体系模块的完好工业链。