MEMS麦克风是如何工作的

文章作者:Majeed Ahmad

MEMS麦克风具有可靠的单片结构和更紧凑的外形,大大降低了机械振动、功耗和噪声干扰。

与驻极体电容麦克风(ECM)类似,MEMS麦克风以电信号的形式提取音频压力变化。然而,MEMS麦克风具有可靠的单片结构和更紧凑的外形因素,这大大降低了机械振动,功耗和噪声干扰。它们还提供了更好的信噪比(SNR)和支持广泛的工作温度范围。

MEMS麦克风,也被称为硅麦克风,现在普遍用于智能手机,平板电脑,笔记本电脑,助听器,语音生物识别,数字语音助手等。

MEMS麦克风包括一个柔性悬浮膜片,可以在固定背板上自由移动,并在硅片上制作。当声压通过后板上的孔时,它会使膜片按声波振幅的比例移动。运动改变隔膜和背板之间的距离,从而改变电容。在这里,半导体器件将电容的变化转换成电信号。

图1MEMS薄膜将声波转换成电信号,ASIC则以差分模拟或数字格式处理信号。来源:崔设备

MEMS麦克风可作为模拟或数字设备。MEMS麦克风内部的芯片可以在输出端提供差分模拟或数字格式的电信号。

模拟与数字

模拟MEMS麦克风输出电压与瞬时气压成正比,通常由内部放大器芯片驱动进行模拟处理。

图2模拟MEMS麦克风通常由三个引脚组成:接地、电源电压(VDD),并输出。来源:ResearchGate

设计实例包括简单的扬声器和无线电通信系统。模拟MEMS麦克风为主机设备提供了一个简单而直接的接口,模拟信号要求仔细设计,以消除麦克风输出和接收信号的IC输入之间的噪声。

另一方面,数字MEMS麦克风使用模数转换器(ADC)将模拟电压信号转换成数字比特流,然后使用脉冲密度调制(PDM)技术进行编码。通常,数字MEMS麦克风更适合主机为微控制器(MCU)或数字信号处理器(DSP)的设计。万博投注网址数字MEMS麦克风还提供更好的抗噪性、比特容错性和简单的硬件接口。

图3需要一个ADC将MEMS麦克风的输出转换成数字格式。来源:ResearchGate网站

选择模拟或数字MEMS麦克风的决定通常取决于终端应用。特别是,最后的应用程序将如何使用输出信号。

先进的功能

MEMS麦克风,现在是人机通信的关键使能器,正在成为语音应用的主要组成部分。例如,意法半导体公司将其MEMS麦克风集成到系统包(SiP)中,该系统包集成了DSP集团的超低功耗语音处理器和Sensory的语音识别固件。该设计的目标是声控设备,如智能扬声器、电视遥控器、可穿戴设备和智能家居系统。

MEMS麦克风在体积小的情况下显著提高了音质,这也使其成为麦克风阵列的一个流行组件,其应用领域包括音乐厅、电视广播和监控系统。MEMS麦克风的阵列可以显著提高声音质量,同时产生更有方向性的响应。

这篇文章最初发表于地球上模拟

马吉德艾哈迈德作为EDN的总编辑,他报道电子设计行业已有20多年的历史。

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