MIC基礎(chǔ)知識(shí)資料課件

AgendaNeoMEMsúHistoryúMicrophonevarietiesúDirectionalCharacteristicsúParameter阮宏飛NeoMEMs麥克風(fēng)，學(xué)名為傳聲器，是將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)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(fēng)的發(fā)展史，有人可能知道在愛迪生留聲機(jī)中，那個(gè)受話器其實(shí)就是麥克風(fēng)的雛形。麥克風(fēng)是錄音環(huán)節(jié)中負(fù)責(zé)收集聲音的設(shè)備，在最初的機(jī)械錄音中，麥克風(fēng)(受話器)負(fù)責(zé)將聲音信號轉(zhuǎn)換為振膜的振動(dòng)，并將這種振動(dòng)傳遞給細(xì)針，以刻錄錫箔。后來，磁性錄音技術(shù)的崛起，麥克風(fēng)也隨之發(fā)展成為一種將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的設(shè)備

。二十世紀(jì)，麥克風(fēng)由最初通過電阻轉(zhuǎn)換聲電發(fā)展為電感、電容式轉(zhuǎn)換，大量新的麥克風(fēng)技術(shù)逐漸發(fā)展起來，這其中包括鋁帶、動(dòng)圈等麥克風(fēng)，以及當(dāng)前廣泛使用的電容麥克風(fēng)和駐極體麥克風(fēng)。阮宏飛麥克風(fēng)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(qiáng)度的聲音產(chǎn)生的壓力不同，導(dǎo)致炭精顆粒之間的接觸電阻變化，流過話筒的電流會(huì)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(zhuǎn)換為有一定強(qiáng)度的電信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換的電信號強(qiáng)度可達(dá)-20~0dB之間，不必經(jīng)任何處理就可以直接在電信網(wǎng)中傳輸。相對而言，由其他技術(shù)體系實(shí)現(xiàn)的受話器，話筒信號均須經(jīng)過約20~30dB的放大才可以在電信網(wǎng)中傳輸。也就是說，碳精話筒本身具有約相當(dāng)于20dB的增益。阮宏飛CarbonMicrophoneNeoMEMs阮宏飛CarbonMicrophoneNeoMEMs在我國的通信網(wǎng)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(diǎn)：1、頻率響應(yīng)差。2、易老化，用得久了性能劣化嚴(yán)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(gè)金屬殼體內(nèi)，包括一片可移動(dòng)的永久充電振膜（高分子聚合材料振動(dòng)膜）和一片與之平行的剛性背極板以及場效應(yīng)晶體管(FET)構(gòu)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(fēng)就是用MEMS技術(shù)加工的麥克風(fēng)產(chǎn)品，也簡稱為硅麥克風(fēng)。

MEMS麥克風(fēng)內(nèi)含兩塊CMOS芯片MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）芯片和ASIC（專用IC）芯片。兩顆芯片被封裝在一個(gè)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(fēng)中的振膜與背極板組成的電容，可以將聲壓轉(zhuǎn)換為電容變化。ASIC芯片用于檢測MEMS電容變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，傳遞給相關(guān)處理器件，如配套設(shè)備的前置放大器或音頻輸入接口等。阮宏飛NeoMEMsMEMS麥克風(fēng)封裝示意圖MEMS麥克風(fēng)原理示意圖阮宏飛二者對比NeoMEMs1

針對傳統(tǒng)麥克風(fēng)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(xiàn)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(huì)因活躍電荷的逃逸顯著下降。因?yàn)镋CM不能進(jìn)行表面安裝，而需手工組裝，故與能夠采用自動(dòng)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(fēng)是采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS

材料和工藝制作的，它們的構(gòu)成材料硅在本質(zhì)上就能夠耐受表面安裝時(shí)所需的高溫環(huán)境。2.MEMS麥克風(fēng)IC結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)又使這種麥克風(fēng)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(jié)構(gòu)3.

MEMS麥克風(fēng)振膜的尺寸和質(zhì)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(dòng)性噪音干擾能力阮宏飛按輸出信號NeoMEMs1.AnalogMicrophone2.DigitalMicrophone阮宏飛NeoMEMs數(shù)字麥克風(fēng)阮宏飛傳統(tǒng)ECM麥克風(fēng)NeoMEMs模擬信號與數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)(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(shù)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?shù)臄?shù)據(jù)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(Digital

Data)則是模擬數(shù)據(jù)經(jīng)量化后得到的離散的值數(shù)字麥克風(fēng)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(zhuǎn)換為特定編碼格式的數(shù)字脈沖信號輸出，供IT應(yīng)用設(shè)備進(jìn)行加工處理。阮宏飛NeoMEMs模擬麥克風(fēng)輸出信號波形阮宏飛數(shù)字麥克風(fēng)輸出脈沖信號引腳NeoMEMs與傳統(tǒng)麥克風(fēng)的兩只引腳結(jié)構(gòu)不同，數(shù)字麥克風(fēng)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(shí)鐘輸入、DATA-數(shù)據(jù)輸出、L/R-左右聲道輸出信號選擇。根據(jù)客戶需求，也可將L/R

選擇端采取內(nèi)部連接而形成4

引腳結(jié)構(gòu)，也有的IC芯片廠家同時(shí)供應(yīng)不同型號的L或R聲道芯片供客戶選用。阮宏飛數(shù)字麥克風(fēng)優(yōu)點(diǎn)NeoMEMs1.數(shù)字脈沖信號輸出強(qiáng)度要遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)模擬ECM

麥克風(fēng)信號，這樣在產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(fèi)心，相應(yīng)還可以降低設(shè)計(jì)成本。數(shù)字麥克風(fēng)在沒有時(shí)鐘輸入期間可以自動(dòng)進(jìn)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(shè)備。2.與模擬麥克風(fēng)相比，數(shù)字麥克風(fēng)可以提供更好的信噪比以及更好抗RF和EMI干擾能力。在數(shù)字麥克風(fēng)或傳統(tǒng)的駐極體電容麥克風(fēng)之后，跟隨一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)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(shù)字麥克風(fēng)的數(shù)據(jù)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(yīng)frequency

responseNeoMEMs頻率響應(yīng)又稱帶寬(frequency

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

kHz的訊號在94

dB的音壓電平位準(zhǔn)(

SPL)下準(zhǔn)下量測開路的麥克風(fēng)，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(nèi)部噪聲(

self

noise)。麥克風(fēng)的內(nèi)部噪聲在無聲音訊號輸入狀態(tài)時(shí)可來自若干個(gè)方面1.供給麥克風(fēng)電源的電壓波動(dòng)(偏置電壓)引起的電子噪音2.內(nèi)部材質(zhì)電阻(熱噪訊)，3.外部射頻發(fā)射器的干擾等。(手機(jī)）等效噪音電平采用由國際電工協(xié)會(huì)(IEC)所定立的一種測試音量的標(biāo)準(zhǔn)所標(biāo)示的音量值，