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MEMS麦克风

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MEMS麦克风是基于MEMS技术制造的麦克风，是一个电容器集成在微硅晶片上，可以采用表贴工艺进行制造,能够承受很高的回流焊温度,容易与CMOS工艺及其它音频电路相集成, 并具有改进的噪声消除性能与良好的RF及EMI抑制能.

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MEMS麦克风简介

　　MEMS（微型机电系统）麦克风是基于MEMS技术制造的麦克风，简单的说就是一个电容器集成在微硅晶片上，可以采用表贴工艺进行制造，能够承受很高的回流焊温度，容易与 CMOS 工艺及其它音频电路相集成，并具有改进的噪声消除性能与良好的 RF 及 EMI 抑制能.MEMS麦克风的全部潜能还有待挖掘，但是采用这种技术的产品已经在多种应用中体现出了诸多优势，特别是中高端手机应用中。

MEMS麦克风百科

　　MEMS麦克风的优势

　　目前，实际使用的大多数麦克风都是ECM（驻极体电容器）麦克风，这种技术已经有几十年的历史。ECM 的工作原理是利用驻有永久电荷的聚合材料振动膜。

　　与ECM的聚合材料振动膜相比，MEMS麦克风在不同温度下的性能都十分稳定，其敏感性不会受温度、振动、湿度和时间的影响。由于耐热性强，MEMS麦克风可承受260℃的高温回流焊，而性能不会有任何变化。由于组装前后敏感性变化很小，还可以节省制造过程中的音频调试成本。

　　MEMS麦克风需要ASIC提供的外部偏置，而ECM没有这种偏置。有效的偏置将使MEMS麦克风在整个操作温度范围内都可保持稳定的声学和电气参数，还支持具有不同敏感性的麦克风设计。

　　传统ECM的尺寸通常比MEMS麦克风大，并且不能进行SMT（表面贴装技术）操作。在MEMS麦克风的制造过程中，SMT回流焊简化了制造流程，可以省略一个目前通常以手工方式进行的制造步骤。

　　在ECM麦克风内，必须添加进行信号处理的电子元件；而在MEMS麦克风中，只需在上添加额外的专用功能即可。与ECM相比，这种额外功能的优点是使麦克风具有很高的电源抑制比，能够有效抑制电源电压的波动。

　　另一个优点是，集成在芯片上的宽带RF抑制功能，这一点不仅对手机这样的RF应用尤其重要，而且对所有与手机操作原理类似的设备（如助听器）都非常重要。

　　MEMS麦克风的小型振动膜还有另一个优点，直径不到1mm的小型薄膜的重量同样轻巧，这意味着，与ECM相比，MEMS麦克风会对由安装在同一PCB上的扬声器引起的PCB 噪声产生更低的振动耦合。

　　智能语音解析MEMS麦克风

　　数字MEMS麦克风具有高抗噪性和简化电路设计的优点，适用于多麦克风数组以消除回音和噪声，以及波束形成以实现定向灵敏度。为让智能型手机能消除噪声，一种常见方法是在远离主语音麦克风之处放置一个或多个额外麦克风，例如在外壳边缘或背面，检测来自周围环境的噪声，再从语音麦克风的输出中减去，能提高通话质量。降噪麦克风也经常用于影音录制模式。

　　波束形成还使用到两个或多个麦克风数组。虽然大多数麦克风有全向灵敏度，但一些应用可得益于一个特定方向所增加的灵敏度或在其他方向降低灵敏度，例如在电话会议中或行车通话时提高音频质量和清晰度。根据从不同方向传来的声音相位差，波束形成可利用数字算法到数组的麦克风输出，而且还能判定特定声音传来的方向。

　　专用集成电路（ASIC）设计介绍

　　麦克风模块制造商利用选择合适的MEMS麦克风套件区分产品，当中已有一对优化的MEMS传感器和ASIC。

　　图三：麦克风专家选择合适的MEMS麦克风套件

　　安森美半导体致力于开发高度整合的数字MEMS麦克风ASIC，可以结合独立MEMS供货商所制造的各种MEMS换能器。例如LC706200数字IC系列，除了整合模拟放大器和低通滤波器，还整合前馈式delta-sigma ADC，如图四所示。还有一个电荷泵，为MEMS换能器提供工作电压。

　　图四：一个前馈delta-sigma ADC实现一个整合数字输出的小占位麦克风

　　安森美半导体的数字ASIC满足关键性能标准，可以帮助当今MEMS麦克风设计人员克服所面临的挑战。其中，高讯噪比（SNR）是必需的，在麦克风用于更大的距离时支持清晰的性能，以及用于通常更清晰的音频撷取。特别是自动语音识别算法依赖高讯噪比以达到良好的文字准确率。现在需要讯噪比大于64db的ASIC，辅以MEMS工程师实现的进展，以优化换能器的特点。

　　随着终端用户因为日益增多的各种应用而渴求智能手机等装置有更好的效果，麦克风必须可以在嘈杂环境中毫无失真地运行到高声压级（SPL），例如社交用户能进行高质量的录音，捕捉在音乐节的现场体验。

　　数字MEMS麦克风用于未来的独立语音指令

　　由于语音识别引擎和强大的语音助手，如Siri、「OK Google」和亚马逊Echo，物联网和携带式装置领域对语音指令功能有高要求。目前的语音识别系统通常一直在执行状态，花费相当大量功耗在聆听和识别语音。未来的语音指令功能将有望独立工作，并在语音启动时打开。低功耗数字MEMS麦克风技术将适用于未来独立的语音触发方案—性能会非常好，功耗极低，比较容易添加到现有设计中。

　　算法如噪声消除和波束形成，分析来自多个麦克风的讯号，需要依靠近似匹配数组中个别麦克风的灵敏度，理想值在+/-1dB以内。虽然筛选或分级是一个潜在的方案，麦克风设计人员正在寻找ASIC以提供可调增益，在MEMS制造中实现制程相关变化的调整。

　　LC706200产品系列提供高性能的方案。它有一些其他功能，确保在宽工作范围增强的线性性能，包括-106dBFS的低输入参考噪声，具有8kHz低通滤波器的优势实现峰值补偿，和利用安森美半导体的千兆奥姆电阻制程的低噪内部偏置和调节电路。该组件还具有高电源抑制比（PSRR），防止进入讯号链的不利噪声，以及保持对语音指令给予响应的电源管理，包括睡眠模式和低功耗模式。

　　结语

　　人们使用计算机和智能装置方式的变化推动了对高性能、可靠MEMS麦克风的需求。当前市场的数字ASIC最大化了麦克风开发人员的自由，以提供同类最佳产品来满足这些需求。

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