|
MEMS(微型機電系統)麥克風外形較小，與目前廣泛采用的駐極體麥克風相比，具備更強的耐熱、抗振和防射頻干擾性能。由于強大的耐熱性能，MEMS麥克風采用全自動表面貼裝(SMT)生產工藝，而大多數駐極體麥克風則需手工焊接。這不僅能簡化生產流程，降低生產成本，而且能夠提供更高的設計自由度和系統成本優勢。 想象一下不到普通麥克風一半大小并帶有集成音頻信號處理功能，MEMS麥克風可以作為單芯片手機一個集成部分。新型MEMS麥克風的全部潛能還有待挖掘，但是第一批采用這種技術的產品已經在多種應用中體現出了諸多優勢，特別是中高端移動電話。 工作原理 英飛凌麥克風SMM310內含兩塊芯片：MEMS芯片和ASIC芯片。兩顆芯片被封裝在一個表面貼裝器件中。MEMS芯片包括一個剛性穿孔背電極和一片彈性硅膜。MEMS芯片的用作電容，將聲壓轉換為電容變化。ASIC芯片用于檢測MEMS電容變化，并將其轉換為電信號，傳遞給相關處理器件，如基帶處理器或放大器等。ASIC 芯片是標準的IC技術。因此，這種雙芯片式方法能夠快速向ASIC增添額外功能。這種功能既可以是額外構件，如音頻信號處理、RF屏蔽，也可以是任何可以集成在標準IC上的功能。 性能特點 今天我們使用的大多數麥克風都是駐極體電容器麥克風(ECM)，這種技術已經有幾十年的歷史。ECM 的工作原理是利用具有永久電荷隔離的聚合材料振動膜。 與ECM的聚合材料振動膜相比，MEMS麥克風在不同溫度下的性能都十分穩定，不會受溫度、振動、濕度和時間的影響。由于耐熱性強，MEMS麥克風可承受260℃的高溫回流焊，而性能不會有任何變化。由于組裝前后敏感性變化很小，這甚至可以節省制造過程中的音頻調試成本。 MEMS麥克風需要 ASIC提供外部偏置，而ECM則不需要這種偏置。有效的偏置將使整個操作溫度范圍內都可保持穩定的聲學和電氣參數。MEMS芯片的外部偏置還支持設計具有不同敏感性的麥克風。 傳統ECM的尺寸通常比MEMS麥克風大，并且不能進行SMT操作。SMT回流焊簡化了制造流程，可以省略一個制造步驟，而該步驟現在通常以手工方式進行。 IC 與駐極體電容器麥克風內信號處理電子元件并無差別，但這是一種已經投入使用的技術。在駐極體中，必須添加IC，而在MEMS麥克風中，只需在IC上添加額外的專用功能即可。與ECM相比，這種額外功能的優點是使麥克風具有很高的電源抑制比。也就是說，如果電源電壓有波動，則會被有效抑制。 SMM310的智能ASIC設計使得其功耗非常低，只有標準ECM的三分之一(在1.5-3.3 V的電源電壓下，SMM310的電流消耗為~70 µA，如表1所示)。 表1：新型SMM310硅基MEMS麥克風的特性參數。 另一個優點是集成在IC上的寬帶射頻抑制性能，這一點不僅對移動電話這樣的射頻應用尤其重要，而且對所有與移動電話工作原理類似的設備(如助聽器)都非常重要。SMM310有一個金屬蓋，可以對射頻進行屏蔽。 MEMS麥克風的小型振動膜還有另一個優點，直徑不到1mm的小型薄膜其重量同樣輕巧，這意味著，與ECM相比，MEMS麥克風會對由安裝在同一PCB上的揚聲器引起的PCB 噪聲產生更低的振動耦合。 廣泛的應用領域 考慮到硅基麥克風的眾多優勢和系統成本，硅基麥克風對那些對尺寸、耐熱性、振動和RF都有很高要求的中高端應用，將具有很大的吸引力，例如圖1所示的應用實例。 |
