0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

MEMS麦克风技术和解析:一文读懂什么是硅麦?

传感器专家网 来源:locationsound同期录音网 作者:locationsound同期录音 2024-04-09 18:11 次阅读

来源:locationsound同期录音网

麦克风想必大家并不陌生。从日常通信、娱乐体验,自动驾驶智能家居等高科技应用中,还有我们最熟悉的专业领域的声音录制和制作,麦克风都发挥着不可或缺的作用。

我们一只都在了解的是较传统的麦克风,但已经有不少年了,MEMS硅麦克风得到了迅猛发展,是目前应用最多的麦克风,它结合现代技术,尤其是微机电系统(MEMS)的发展,功能日益强大。

MEMS麦克风适用于所有音频应用,其特点是小尺寸、高音质、可靠性和经济性。MEMS麦克风可以说是已经无处不在,它们的“微小”存在让我们的设备能够“听到”并响应周围的声音,极大地丰富了所有人的音频体验。虽然目前专业领域的应用还比较少,但我们认为MEMS多麦克阵列拾音将是未来麦克风发展趋势之一,并已经被专业拾音开始应用,今天就借二条森海塞尔投资MEMS麦克风先驱的机会向朋友们介绍一下。

01

MEMS麦克风技术是什么?

MEMS,(微机电系统micro electro mechanical systems)麦克风是基于MEMS技术制造的麦克风,由硅结构材料进行物理拾音,又通过“硅电路”处理,所以又称“硅麦克风”。

从拾音器件来分类,大多数 MEMS 麦克风都可以被归类为电容麦克风,使用电容式传感器技术。

这几年,一些制造商制造了使用压电传感元件的麦克风,压电元件的运动产生音频电压。

02

MEMS 麦克风如何工作?模拟与数字麦克风输出

在MEMS麦克风中,硅结构中的薄镀膜随着声音振动,直连产生变化的电容,电容器的第二个极板位于硅中的固定表面上,IC 中的电荷泵为电容器产生高直流电压,IC 电路将电容变化转换为代表 MEMS 膜上音频信号的电信号。

所有麦克风的初始信号当然都是模拟音频,这些微弱的信号需要通过前置放大器进行增幅,以提升其至可用但仍较低的电平,然后通过集成的专门的电路,将变化的电信号转换为模拟或者数字信号

MEMS麦克风模拟输出…

MEMS Microphone Analog Output

模拟麦克风将增幅后的信号直接传送至输出端。输出类型分为单端和差分两种,其中差分系统具有两个输出,它们之间的相位差为180度。根据输出是单端还是差分,模拟麦克风通常设有三或四个引脚:电源引脚、公共接地引脚,以及一个或两个输出引脚。

值得注意的是,电源始终由单一的正电源提供。这会导致在输出端产生一个直流偏移。为了消除这一偏移,应当使用电容器进行去耦,如下所示。

ae121d2e-ddad-11ee-b759-92fbcf53809c.jpg

模拟输出麦克风

大多数麦克风都是消费级的,具有良好的音质,但与用于专业音频的麦克风还是有不小差距。

MEMS麦克风数字输出…

MEMS Microphone Digital Output

配备数字输出的MEMS麦克风会进行模数(A/D)转换,即将经过放大的模拟音频信号转换成数字信号。这些麦克风大多采用delta-sigma转换技术,生成的是脉冲密度调制(PDM)输出,具体过程下图所示。

ae240818-ddad-11ee-b759-92fbcf53809c.jpg

脉冲密度调制。当音频信号较高时,高脉冲(蓝色)具有较高的密度

脉冲密度(即逻辑高脉冲的百分比)与电压成正比。这不是你通常认为的数字,因为没有创建数字词,只是脉冲。尽管通常使用微处理器程序或音频 CODEC(编码器/解码器),但只需将脉冲流通过低通滤波器即可对其进行解码。

大多数数字输出 MEMS 麦克风有五个引脚,如下图所示:

电源

共同点

输出

时钟输入

L/R(左/右)选择

ae2e5cdc-ddad-11ee-b759-92fbcf53809c.jpg

数字输出麦克风用于立体声系统

L/R 选择机制的工作原理是,当连接设置为高电平(左)时,模数转换器(A/D)的输出会在时钟信号上升沿后发送。若设置为低电平,则数据会在时钟信号下降沿时传输。通过这种方式,左右声道的输出可以共用同一条数据线进行发送。

MEMS麦克风封装

MEMS Microphone Packaging

麦克风元件及其电路不在同一硅芯片上。他们的制造技术差异太大,无法将它们制造在一起。相反,麦克风和单独的 ASIC(专用集成电路)组合在同一个封装中,通过引线键合连接,如下图所示。

ae31ed16-ddad-11ee-b759-92fbcf53809c.jpg

带有顶部声音端口的 MEMS 麦克风封装

MEMS 麦克风采用类似 IC 的封装,用于表面贴装组装。当然,它们需要端口让声音进入。如前面所示,顶部和底部端口可用。如果使用带有底部端口的麦克风,则必须在其下方的电路板上打一个孔,如下图所示。

ae3efe0c-ddad-11ee-b759-92fbcf53809c.jpg

带有底部声音端口的 MEMS 麦克风封装

MEMS 麦克风的 PCB 安装

PCB Mounting of MEMS Microphones

标准回流焊接技术可用于将 MEMS 麦克风连接到 PCB。但是需要小心不要让污染物进入声音端口。在清洁过程中,可能需要用胶带封住或密封端口。

MEMS 麦克风一般规格

MEMS Microphone General Specifications

大多数 MEMS 麦克风具有相似的规格。以下是一些典型值。敏感性令人困惑,所以让我们先尝试处理它。

模拟输出灵敏度(典型值):-38 dBV,94 dB SPL,1 kHz

数字输出灵敏度(典型值):-26 dB FS,94 dB SPL,1 kHz

在正常语音电平下,模拟麦克风的输出将是低毫伏,而数字麦克风将远低于满量程。在某种程度上,这是一件好事,因为它为响亮的声音留下了很大的余量。

频率响应:通常从低品的 80 或 100 Hz 到 10 或 15 kHz,适合语音,非常适合大多数音频,现在很多新品都达到 20 Hz。在高频,响应在较高频率下增加,在 30 至 40 kHz 附近具有显着的超声共振峰值。在此之上,响应下降。

工作温度:大部分为-40至+85摄氏度。

电源电压:从 1.5 或 2 V 到 3 或 3.6 V。规格各不相同。

尺寸:3 x 4 毫米或更小,高约 1 至 1.5 毫米。大多数使用相同的表面贴装焊盘图案。

MEMS麦克风是MEMS传感器和MEMS执行器里的一个分支应用,它们是人类科技发展的一个里程碑,已成为众多科技消费应用产品的首选。

审核编辑 黄宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • mems
    +关注

    关注

    129

    文章

    3896

    浏览量

    190315
  • 麦克风
    +关注

    关注

    15

    文章

    632

    浏览量

    54762
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    MEMS麦克风的优缺点分析

    随着技术的进步,MEMS麦克风已经成为音频领域的个重要分支,特别是在移动设备、智能家居和可穿戴设备中。它们以其独特的优势在音频捕捉领域占据了
    的头像 发表于 11-20 10:12 112次阅读

    TWL6040如何激活麦克风

    各位高手们,我现在使用TWL6040音频芯片,想请教下如何激活麦克风,我之前使用到 是熊猫板,后来看了原理图之后,熊猫板上麦克风都被接地了,只留下了FM通道,后来我们自己做了块板子,录完音之后播放都是无声的,想请教下,如果激
    发表于 11-05 07:05

    TLV320ADC6140和8个PDM麦克风设计麦克风阵列,使用TDM格式输出,每个麦克风输出相位是什么样的?

    (手册上数字麦克风的接法有错误,SEL引脚应该个接VCC,个接GND),每个话筒输出都正常,但是加入算法后效果不好。我用示波器看了下,PDM时钟输出都是同步的。就想问
    发表于 10-12 08:12

    全了解麦克风阵列

    什么是麦克风阵列? 想象一下一个小型音响部队在你面前,它们站成排,用不同的麦克风捕捉声音。这就是麦克风阵列的基本概念。
    的头像 发表于 09-03 16:03 1080次阅读
    <b class='flag-5'>一</b><b class='flag-5'>文</b>全了解<b class='flag-5'>麦克风</b>阵列

    麦克风的 Turnkey 解决方案

    麦克风的 Turnkey 解决方案提供了从硬件设计到系统集成的全面支持,通过高质量的麦克风技术解决了在各种应用场景中遇到的音频清晰度、噪声抑制和设备集成等问题。无论是在专业录音、公共演讲还是智能设备中,选择合适的
    的头像 发表于 08-16 22:45 366次阅读
    <b class='flag-5'>麦克风</b>的 Turnkey 解决方案

    个UHF无线麦克风方案需要涉及哪些技术

    、引言 在音频领域,UHF(Ultra High Frequency,超高频)无线麦克风因其出色的性能和灵活性,成为了众多音频应用场景中的重要设备。本文将深入探讨 UHF 无线麦克风方案的各个
    的头像 发表于 05-24 15:10 1265次阅读

    森海塞尔投资光学MEMS麦克风厂商sensiBel

    森海塞尔(Sennheiser)近日宣布联合多位投资者向挪威光学MEMS麦克风创新厂商sensiBel投资700万欧元,助推微型麦克风技术革新和应用。sensiBel研发的光学
    的头像 发表于 04-12 08:46 221次阅读

    用CUBEMAX生成SAI的PDM接口连接麦克风,怎么接收数据?

    参考的是手册AN5027_如何将PDM数字麦克风连接到STM32单片机的4.3章节"使用SAI的PDM接口,连接立体声模式下的数字麦克风"。放在附录了。 用
    发表于 04-11 06:01

    麦克风方案|U段家用麦克风的特点和组成部分

    技术开发。 U段家用 KTV 麦克风方案是种高效、稳定、抗干扰的方案,它可以提供高质量的音频传输和接收,让人们在家中也能享受到专业级的 KTV 体验。U 段家用 KTV 麦克风方案采
    的头像 发表于 03-21 14:57 1125次阅读

    STM32接入PC后能枚举出来麦克风设备,但是开始录音后无数据,为什么?

    使用STM32F4做USB 麦克风硬件: STM32F411 + MEMS数字麦克风(输出PDM数据)+ USB接口工作流程:STM32作为USB Aduio Deice 与PC连接,并通过I2S
    发表于 03-18 08:25

    无线麦克风音频方案

    无线麦克风是音频传输领域的项重要技术,广泛应用于演讲、表演、会议等场合。而无线麦克风的音频方案中,无线芯片起着关键作用。下面将介绍无线麦克风
    的头像 发表于 02-26 15:22 742次阅读

    MEMS 麦克风接口:模拟与数字输出

    非常流行,已经成为语音控制电子产品显着增长的推动因素。随着MEMS 技术麦克风领域占据了主导地位,现在正是研究MEMS 麦克风的各种电气接
    的头像 发表于 02-13 15:06 1620次阅读
    <b class='flag-5'>MEMS</b> <b class='flag-5'>麦克风</b>接口:模拟与数字输出

    MEMS传感器领衔电子烟市场,取代传统ECM咪头

    随着科学技术的发展,MEMS技术在微型机械领域正在创造革命性的变革。MEMS传感器正在逐步取
    的头像 发表于 12-27 18:22 1485次阅读

    MEMS麦克风封装的组装指南和建议

    本应用笔记提供 MEMS 麦克风封装的组装指南和建议,介绍了 ADMP401 和 ADMP421 的各种详细参数、器件尺寸、建议的模板图形以及 PCB 焊盘布局图形。 封装信息 MEMS 麦克
    发表于 11-27 18:24 6次下载
    <b class='flag-5'>MEMS</b><b class='flag-5'>麦克风</b>封装的组装指南和建议

    符合汽车标准的MEMS麦克风 汽车在细心聆听

    符合汽车标准的MEMS麦克风 汽车在细心聆听
    的头像 发表于 11-24 17:15 677次阅读
    符合汽车标准的<b class='flag-5'>MEMS</b><b class='flag-5'>麦克风</b> 汽车在细心聆听