В этом посте

Основы МЭМС-микрофона

Основы электретного конденсаторного микрофона

Различия в микрофонных технологиях

Выбор подходящей микрофонной технологии для вашего проекта

Возможно, вы помните маркетинговую кампанию, проведенную несколько лет назад с фразой: «Вы меня сейчас слышите?» Сегодня разрабатывается все больше и больше устройств, от носимых устройств до домашних помощников, которые должны «слышать» окружающую среду. Правильный микрофон позволяет приложениям точно улавливать практически любой звук, при этом для создания микрофонов используются две наиболее распространенные технологии: МЭМС и электретный конденсатор. Хотя обе технологии работают по схожим принципам, существует множество вариантов использования одной из них. Имея это в виду, мы рассмотрим основы МЭМС и электретных конденсаторных микрофонов, сравним различия между технологиями и обрисуем преимущества каждого решения.

Основы МЭМС-микрофона

Микрофоны MEMS состоят из компонента MEMS (микроэлектромеханической системы), размещенного на печатной плате (PCB) и защищенного механической крышкой. В корпусе выполнено небольшое отверстие, пропускающее звук в микрофон, и оно обозначается либо как верхнее, если отверстие находится в верхней крышке, либо как нижнее, если отверстие находится в печатной плате. Компонент МЭМС часто проектируется с механической диафрагмой и монтажной конструкцией, созданной на полупроводниковом кристалле.

Типичная конструкция МЭМС-микрофона

МЭМС-диафрагма образует конденсатор, а волны звукового давления вызывают движение диафрагмы. МЭМС-микрофоны обычно содержат второй полупроводниковый кристалл, который действует как предусилитель звука, преобразуя изменяющуюся емкость МЭМС в электрический сигнал. Выход предусилителя звука предоставляется пользователю, если требуется аналоговый выходной сигнал. Если требуется цифровой выходной сигнал, то аналого-цифровой преобразователь (АЦП) включается на том же кристалле, что и предусилитель звука. Распространенным форматом, используемым для цифрового кодирования в микрофонах MEMS, является плотностно-импульсная модуляция (PDM), которая позволяет осуществлять связь только с тактовым сигналом и одной линией передачи данных. Декодирование цифрового сигнала в приемнике упрощается за счет однобитового кодирования данных. Цифровые выходы I²S — это третий вариант, который включает в себя внутренний прореживающий фильтр, который позволяет выполнять обработку в самом микрофоне. Это означает, что микрофон можно подключать напрямую к процессору цифровых сигналов (DSP) или микроконтроллеру, что устраняет необходимость в АЦП или кодеке во многих приложениях.

Electret Condenser Microphone Basics

Electret Condenser Microphones (ECM) are constructed as shown in the figure below.

Различия в микрофонных технологиях

При выборе между микрофоном ECM и MEMS необходимо учитывать множество факторов. Доля рынка MEMS-микрофонов продолжает быстро расти благодаря множеству преимуществ, предоставляемых этой новой технологией. Например, для приложений с ограниченным пространством малые размеры корпуса, доступные для микрофонов MEMS, привлекательны, в то время как сокращение площади печатной платы и стоимости компонентов может быть достигнуто благодаря аналоговым и цифровым схемам, включенным в конструкцию микрофона MEMS. Относительно низкий выходной импеданс аналоговых MEMS-микрофонов и выходы цифровых MEMS-микрофонов идеально подходят для применений в средах с электрическими помехами. В условиях высокой вибрации использование микрофонной технологии MEMS может снизить уровень нежелательного шума, вызываемого механической вибрацией. Кроме того, технология изготовления полупроводников и использование предусилителей звука позволяют производить микрофоны MEMS с точно подобранными и стабильными при температуре рабочими характеристиками. Эти высокие эксплуатационные характеристики особенно выгодны, когда микрофоны MEMS используются в массивах. Во время производства продукции микрофоны MEMS также можно легко перемещать с помощью машин для захвата и размещения, и они выдерживают температурные профили пайки оплавлением.

Хотя популярность МЭМС-микрофонов быстро растет, все еще существуют приложения, в которых предпочтение отдается электретному конденсаторному микрофону. Во многих устаревших конструкциях использовались ECM, и поэтому, если проект представляет собой простое обновление существующей конструкции, возможно, лучше продолжать использовать ECM. Варианты подключения ECM к прикладной схеме включают контакты, провода, SMT, площадки для пайки и пружинные контакты, что дает инженерам дополнительную гибкость при проектировании. Если защита от пыли и влаги является проблемой, легко найти предложения ECM с высокими классами защиты от проникновения (IP) из-за их большего физического размера. Для проектов, требующих неравномерной пространственной чувствительности, продукты ECM доступны с собственной направленностью, однонаправленной или с шумоподавлением, в то время как широкий диапазон рабочего напряжения ECM может быть предпочтительным решением для продуктов со слабо регулируемыми шинами напряжения.

Выбор подходящей микрофонной технологии для вашего проекта

Решение использовать электретный конденсаторный микрофон вместо MEMS-микрофона будет зависеть от требований вашего проекта. Несмотря на то, что популярность микрофонов MEMS продолжает расти благодаря своим многочисленным преимуществам, ECM по-прежнему используются в различных приложениях благодаря более широкому спектру вариантов упаковки и направленности. Независимо от выбранной технологии, CUI Devices продолжит разработку и предложение широкого спектра микрофонных продуктов , которые позволят вашему проекту «слышать» необходимые звуки.