MEMS 麦克风可增强音 频系统的质量和可靠性.pdf

较差的PSR令设计人员不得不担心LCD等其它系统组件所产
MEMS麦克风可增强音生的噪声，从而削弱了设计人员放置麦克风时的灵活性。使
用ECM的设计人员可以增加一个低压差调节器(LDO)来为麦
克风产生干净的电源，以弥补该技术PSR较差的缺点，但这
频系统的质量和可靠性种方法会增加系统元件数量，加大系统尺寸、功耗和成本。

作者：ToddBorkowski此外，ECM技术还会引起一些额外的隐性成本。首先，使用
新型MEMS麦克风将高质量音频采集能力赋予便携式设驻极体往往需要手工装配，这就会增加制造过程的时间和成
备，同时能够降低成本、功耗和尺寸。本。其次，ECM需要多个其它支持元件，如分立转换器和前
置放大器等。这些额外元件会加大电路板面积要求，提高功
当今的消费电子设备正处于音频变革的前沿。近年来，设计耗和成本。
人员专注于开发激动人心的新功能，如无线互联网访问和移
动电视等，但音频功能的发展却相对滞后。而如今，这种状再次，与采用当今光刻半导体工艺制造的器件相比，驻极体
况即将改变。无法提供如此小的容差和如此高的器件间性能一致性。ECM
的灵敏度和频率响应随着器件和温度的不同而有较大差异，
麦克风技术在多方面获得了增强，包括信噪比(SNR)更高、宽系统设计人员难以为立体声等基本应用进行器件匹配。
带频率响应更平坦、灵敏度和相位匹配度更高等，这些技术
进步有望推动新音频功能的开发——从高清音频和宽带IP语为了弥补这种不足，针对此类应用构建多麦克风设计的制造
音(VoIP)到改进型音频/视频录制以及用于免提通话的和波束商常常必须手工挑选ECM，以便更好地匹配器件，而这又会
形成。提高成本，使制造过程进一步复杂化。

这一趋势的根本推动力在于系统设计人员逐渐认识到，音频为了消除其中的一些问题，系统制造商已经开始改用表贴驻
处理信号链前端的麦克风性能不佳对整体音质有着深远的影极体。但是，半导体行业正向无铅焊接过渡，由此带来了一
响。如果构建音频子系统的麦克风性能有限，则为了调理和些新的障碍。无铅制造所用的更高回流焊接温度会降低驻极
改善音频信号，对下游处理的要求会大大增加。体性能，为了减轻回流焊工艺对驻极体性能的影响，制造商
往往不得不进行多次回流焊操作。
这些要求进而会提高功耗及系统和开发成本，并使系统设计
更趋复杂。而且，尽管付出了极大努力，音频质量仍然会受麦克风设计的新方向
制于音频采集所用麦克风的性能。麦克风性能不佳必然会束基于微机电系统(MEMS)技术的新一代麦克风突破了驻极体的
缚设计人员的手脚，使其借助波束形成、噪声消除技术和立许多局限性。这种全新的麦克风设计方法可提供数字或模拟
体声等新音频功能增强最终产品性能的努力大打折扣。输出，明显改善了音频采集的质量，适合于要求高保真音频/
传统麦克风的性能局限视频录制、免提、TIA-920兼容型VoIP、语音识别等功能的
应用。
当今消费电子和通信设备的大多数音频子系统都采用驻极体
电容麦克风(ECM)。这种器件包含一个附着一层非导电性预虽然MEMS麦克风的最初应用仅限于助听领域，但分析人士
充电材料的固定背板和一个通常由敷有金属的聚酯薄膜制成认为，MEMS麦克风技术的最新发展将能使数百万该类器件
的柔性薄膜。背板和薄膜可随声音运动，二者构成一个电在今后几年被集成到流行的消费电子设备中，如蓝牙电话听
容。筒、手机、PC和摄像机等。

薄膜的运动会改变容值，导致输出电压发生变化。一个小型新型麦克风利用MEMS技术将压敏薄膜直接蚀刻到硅片中。
三引脚JFET安装于麦克风腔内部，充当容性传感器与输出端设计人员通常将分立传感器与集成前置放大器和ADC的
之间的缓冲器。通常使用一个外部前置放大器向模数转换器ASIC匹配使用。目前使用的绝大部分MEMS麦克风提供模
(ADC)提供信号。拟输出，但近期的数字MEMS器件有望大幅节省成本、功耗
和尺寸。
一直以来，ECM由于供货来源众多且价格便宜而被系统设计
人员广泛采用。ECM的最新发展方向聚焦于降低成本和减小
尺寸，但制造商们在提高麦克风灵敏度、SNR和线性度方面
收效甚微。

因此，ECM技术虽然在过去为消费电子应用提供了成功的解
决方案，但如今却在多方面限制了性能的改善。该技术的功
耗相对较高，这是电池供电的移动系统设计人员的一个主要
顾虑。电源抑制(PSR)或抑制电源噪声的能力同样相对较差。

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数字输出麦克风还能极大地抑制Wi-Fi天线和LCD时钟信号结束语
等来源所产生的RF噪声和电磁干扰(EMI)。此外，数字输出
业界对更高音频性能的需求显然正在不断增长，从蓝牙电话
麦克风还有望消除模拟信号调理需求，以及模拟信号布