MIC基礎知識資料課件

AgendaNeoMEMsúHistoryúMicrophonevarietiesúDirectionalCharacteristicsúParameter阮宏飛NeoMEMs麥克風，學名為傳聲器，是將聲音信號轉換為電信號的能量轉換器件，由Microphone翻譯而來。也稱話筒、微音器。首先來回顧一下麥克風的發(fā)展史，有人可能知道在愛迪生留聲機中，那個受話器其實就是麥克風的雛形。麥克風是錄音環(huán)節(jié)中負責收集聲音的設備，在最初的機械錄音中，麥克風(受話器)負責將聲音信號轉換為振膜的振動，并將這種振動傳遞給細針，以刻錄錫箔。后來，磁性錄音技術的崛起，麥克風也隨之發(fā)展成為一種將聲音信號轉換為電信號的設備

。二十世紀，麥克風由最初通過電阻轉換聲電發(fā)展為電感、電容式轉換，大量新的麥克風技術逐漸發(fā)展起來，這其中包括鋁帶、動圈等麥克風，以及當前廣泛使用的電容麥克風和駐極體麥克風。阮宏飛麥克風的分類NeoMEMs1.按換能原理2.按輸出信號3.按指向性/聲場作用力4.按尺寸5.按接口阮宏飛按換能原理NeoMEMs1.CarbonMicrophone2.DynamicMicrophone3.CondenserMicrophone4.PiezoelectricMicrophone阮宏飛CarbonMicrophoneNeoMEMs碳精話筒的原理，就是不同強度的聲音產生的壓力不同，導致炭精顆粒之間的接觸電阻變化，流過話筒的電流會跟著變化，這樣就把聲音變成了電信號。碳精話筒能夠直接由聲音信號轉換為有一定強度的電信號，經轉換的電信號強度可達-20~0dB之間，不必經任何處理就可以直接在電信網中傳輸。相對而言，由其他技術體系實現的受話器，話筒信號均須經過約20~30dB的放大才可以在電信網中傳輸。也就是說，碳精話筒本身具有約相當于20dB的增益。阮宏飛CarbonMicrophoneNeoMEMs阮宏飛CarbonMicrophoneNeoMEMs在我國的通信網中，直到1996年以后，才逐步淘汰碳精式話筒。淘汰碳精話筒的理由，主要是由于它存在以下缺點：1、頻率響應差。2、易老化，用得久了性能劣化嚴重。3、體積大、重量大。阮宏飛DynamicMicrophoneNeoMEMs阮宏飛DynamicMicrophoneNeoMEMs阮宏飛CondenserMicrophoneNeoMEMsResistanceSignalSoundwavesBackPlate阮宏飛CondenserMicrophoneNeoMEMs傳統(tǒng)ECM是在一個金屬殼體內，包括一片可移動的永久充電振膜（高分子聚合材料振動膜）和一片與之平行的剛性背極板以及場效應晶體管(FET)構成，聲波使振膜彎曲，改變振膜和背極板之間的氣隙間距，從而使振膜和背板之間的電容發(fā)生改變，這種改變以交變電壓信號的形式輸出，可以反映出入聲口處聲波的頻率和幅度變化。阮宏飛PiezoelectricMicrophoneNeoMEMsMEMS麥克風就是用MEMS技術加工的麥克風產品，也簡稱為硅麥克風。

MEMS麥克風內含兩塊CMOS芯片MEMS（微機電系統(tǒng)）芯片和ASIC（專用IC）芯片。兩顆芯片被封裝在一個由PCB與金屬外殼組合的SMD表面貼裝器件中。MEMS芯片主要由硅材料制作的背極和一片彈性硅膜組成，以其代替ECM麥克風中的振膜與背極板組成的電容，可以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，如配套設備的前置放大器或音頻輸入接口等。阮宏飛NeoMEMsMEMS麥克風封裝示意圖MEMS麥克風原理示意圖阮宏飛二者對比NeoMEMs1

針對傳統(tǒng)麥克風而言，不論是制作ECM振膜和背極板的材料，還是ECM的永久振膜充電工藝，由于現有高分子駐極材料的溫度局限性，在表面安裝必需的高溫下，電荷駐極性能都會因活躍電荷的逃逸顯著下降。因為ECM不能進行表面安裝，而需手工組裝，故與能夠采用自動分撿(pick

and

place)組裝工藝，能被焊接到電路板上的元件相比，它的組裝成本更高，可靠性更低。MEMS

麥克風是采用標準CMOS

材料和工藝制作的，它們的構成材料硅在本質上就能夠耐受表面安裝時所需的高溫環(huán)境。2.MEMS麥克風IC結構特性使其占位面積和高度比傳統(tǒng)ECM尺寸小得多，特殊的封裝結構又使這種麥克風系統(tǒng)的總體高度顯著降低，尤其可以制作出稱為零高度安裝的特殊結構3.

MEMS麥克風振膜的尺寸和質量都很小，較之直徑4-6mm

的ECM

振膜，其直徑小于0.5mm，提高了抗振動性噪音干擾能力阮宏飛按輸出信號NeoMEMs1.AnalogMicrophone2.DigitalMicrophone阮宏飛NeoMEMs數字麥克風阮宏飛傳統(tǒng)ECM麥克風NeoMEMs模擬信號與數字信號模擬數據(Analog

Data)是由傳感器采集得到的連續(xù)變化的值，例如溫度、壓力數字信號是一種離散信號，通過電壓脈沖即電壓的高與低兩種形式表示要傳輸的數據。數字數據(Digital

Data)則是模擬數據經量化后得到的離散的值數字麥克風便是將采集到的聲壓這一連續(xù)變化的模擬物理量，直接轉換為特定編碼格式的數字脈沖信號輸出，供IT應用設備進行加工處理。阮宏飛NeoMEMs模擬麥克風輸出信號波形阮宏飛數字麥克風輸出脈沖信號引腳NeoMEMs與傳統(tǒng)麥克風的兩只引腳結構不同，數字麥克風一般具有4～5

只引腳，其功能分別為Vdd-電源輸入、GND-地線、CLK-時鐘輸入、DATA-數據輸出、L/R-左右聲道輸出信號選擇。根據客戶需求，也可將L/R

選擇端采取內部連接而形成4

引腳結構，也有的IC芯片廠家同時供應不同型號的L或R聲道芯片供客戶選用。阮宏飛數字麥克風優(yōu)點NeoMEMs1.數字脈沖信號輸出強度要遠大于傳統(tǒng)模擬ECM

麥克風信號，這樣在產品設計中可以不必為防止電磁干擾而必須要求采用屏蔽線及連線長度的考慮而費心，相應還可以降低設計成本。數字麥克風在沒有時鐘輸入期間可以自動進入省電休眠狀態(tài)，這一功能非常適合于采用電池供電的便攜式設備。2.與模擬麥克風相比，數字麥克風可以提供更好的信噪比以及更好抗RF和EMI干擾能力。在數字麥克風或傳統(tǒng)的駐極體電容麥克風之后，跟隨一個模擬數字轉換器電路，將在給定的采樣速率輸出條件下直接向新總線提供音頻采樣。數字麥克風的數據可以更加直接由CPU軟件控制，以提供多種語音處理功能。阮宏飛按指向性/聲場作用力1.Omni-directional2.Uni-directionalNeoMEMs3.Bi-directional阮宏飛NeoMEMsCommonpolarpatternsformicrophones(microphonefacingupindiagram)Omni-directionalCardioBi-directionalHype-cardio(Uni-directional)阮宏飛1.Omni-directionalNeoMEMsú

AnOmni-directionalmicrophone(alsoknownasapressuremicrophone)isamicrophonethatpicksupsoundequallywellfromanydirection.

Thefrontofthemicrophonedoesnothavetobeaimedatthesource.阮宏飛2.Uni-directionalNeoMEMsú

Adirectionalmicrophonethatismoresensitivetosoundcominginfromthefrontdirectionofthemicrophone.

Themicrophonepicksupthesoundenteringfromthefrontofthemicrophonewhiledampeningthesoundfromtherear.阮宏飛NeoMEMs

3.Bi-directionalú

Anoisecancelingmicrophoneisadirectionalmicrophonedesignedforuseataclosedistancetothetalker’smouth.Thesemicrophonescancelsoundpressurebeyondthisdistanceduetotheamplitudeofthefrequencyapplyingequalpressurefrombothsideofthemicrophone.阮宏飛按尺寸NeoMEMsú1.φ3.0/4.0*1.0/1.5ú2.φ6.0*1.5/2.2/2.7ú3.φ9.8*5.0阮宏飛按接口NeoMEMsú(TerminalType)(SMDTYPE)ú(PinType)(ContactType)阮宏飛阮宏飛頻率響應frequency

responseNeoMEMs頻率響應又稱帶寬(frequency

range)，是指麥克風感應聲波頻率的范圍，并將聲波能量忠實的轉換為電子訊號的能力。麥克風接受到不同頻率聲音時，輸出信號會隨著頻率的變化而發(fā)生放大或衰減。一般以頻率響應曲線圖標之。阮宏飛NeoMEMs阮宏飛靈敏度(Sensitivity)NeoMEMs靈敏度代表麥克風將聲音能量轉換成電壓后所產生的輸出訊號強度，是在麥克風單位聲壓激勵下輸出電壓與輸入聲壓的比值。當輸入信號固定時(1kHz)，輸出訊號越強，代表麥克風靈敏度越高。測試麥克風的靈敏度是將1

kHz的訊號在94

dB的音壓電平位準(

SPL)下準下量測開路的麥克風，取得的毫伏特(

millivolt

)值，單位為mV

/

Pa阮宏飛等效噪音電平(

Equivalent

noise

level)NeoMEMs等效噪音電平又稱內部噪聲(

self

noise)。麥克風的內部噪聲在無聲音訊號輸入狀態(tài)時可來自若干個方面1.供給麥克風電源的電壓波動(偏置電壓)引起的電子噪音2.內部材質電阻(熱噪訊)，3.外部射頻發(fā)射器的干擾等。(手機）等效噪音電平采用由國際電工協會(IEC)所定立的一種測試音量的標準所標示的音量值，