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      MEMS麥克風技術與設計

      發布時間:2021-05-08 來源:泛林集團 責任編輯:lina

      【導讀】MEMS(微型機電系統)麥克風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品中,如智能手機、智能揚聲器以及耳機等電子消費品?,F在,MEMS麥克風不僅能夠記錄普通的環境聲音,還具備立體聲、主動降噪、指向性(聚束)、語音識別等功能。
        
      何為MEMS麥克風?
       
      MEMS(微型機電系統)麥克風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品中,如智能手機、智能揚聲器以及耳機等電子消費品?,F在,MEMS麥克風不僅能夠記錄普通的環境聲音,還具備立體聲、主動降噪、指向性(聚束)、語音識別等功能。增加設備的麥克風數量即可實現這些音頻功能,例如最新智能手機中的MEMS麥克風可多達6個。出色的性能使MEMS麥克風應用范圍廣,因而產生了大量的市場需求。
       
      什么是電容式MEMS麥克風?其工作原理是什么?
       
      所有麥克風(傳統麥克風和MEMS麥克風)都通過柔性膜片感應聲波。在聲波壓力下,膜片會發生位移?,F在市場上大部分MEMS麥克風都使用電容技術來探測聲音。電容式MEMS麥克風的工作原理是測量柔性膜片和固定背板之間的電容。聲波帶來的氣壓變化會導致膜片發生位移??諝饪纱┻^背板上的小孔,因此背板的位置不會發生改變。在膜片移動的過程中,膜片與固定背板之間距離會發生改變,最終導致兩者之間電容值的改變,這種電信號的變化可以被記錄和分析。
       
      MEMS麥克風技術與設計
      圖1:不同類型的電容式MEMS麥克風
       
      電容式MEMS麥克風存在不同的類型,如:
       
      ●單一背板麥克風
      ●雙層背板麥克風,背板分置膜片兩側
      ●雙層膜片麥克風的背板封裝在兩層膜片之間,膜之間可以是真空的。
       
      MEMS麥克風設計
       
      MEMS麥克風設計人員需要研究并優化頻率響應、靈敏度、信噪比(SNR)、總諧波失真和等效輸入噪聲等關鍵性能指標。信噪比是一項關鍵性能指標,不同的電容式MEMS麥克風通過增加信號(雙層背板和雙層膜片)或降低噪聲(在兩層膜片之間進行真空密封)來提高信噪比SNR。
       
      對電容式MEMS麥克風及其性能特征的設計、建模和研究可以在MEMS+®(CoventorMP® MEMS設計平臺的組成部分)中進行。MEMS+提供不同MEMS結構的非線性和多物理參數模型,這些模型可以組成完整的MEMS麥克風設計。此外,還可以將MEMS+麥克風集成到Cadence Virtuoso®電路仿真軟件中,這將使我們可以通過特定的IC偏置條件模擬MEMS麥克風及其ASIC。
       
      MEMS麥克風技術與設計
      圖2:雙層背板MEMS麥克風的MEMS+模型示例
       
      未來的MEMS麥克風設計
       
      如今人工智能時代下,市場上已經出現了基于創新的自動優化技術的MEMS設計方案。例如,慕尼黑工業大學電子設計自動化學院的小組曾研究并演示了基于MEMS+的MEMS麥克風包括其讀出電路自動化優化設計。
       
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