《電子技術(shù)應(yīng)用》
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技術(shù)文章—MEMS傳聲器和駐極體電容(ECM)傳聲器對(duì)比

2019-06-22
關(guān)鍵詞: MEMS傳聲器 ECM

 

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  也許您還記得幾年前的營(yíng)銷活動(dòng)中有這么一句話:“現(xiàn)在能聽(tīng)到了嗎,?” 今天設(shè)計(jì)的設(shè)備,,從可穿戴設(shè)備到家庭輔助設(shè)備,都越來(lái)越多地被要求“聆聽(tīng)”環(huán)境,。設(shè)備采用合適的傳聲器能夠準(zhǔn)確地捕捉幾乎任何聲音,,而構(gòu)建傳聲器時(shí)最常用的兩種技術(shù)是MEMS和駐極體電容技術(shù),。雖然這兩種技術(shù)的工作原理類似,但在很多用例中仍需在這兩者之中作出選擇,??紤]到這一點(diǎn),我們將回顧MEMS和駐極體電容傳聲器的基本原理,,比較兩種技術(shù)之間的區(qū)別,,并概括每種解決方案的優(yōu)勢(shì)。

  MEMS傳聲器基本原理

  MEMS傳聲器采用置于印刷電路板(PCB)并以機(jī)蓋防護(hù)的MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))組件構(gòu)建而成,。在外殼上制作小孔,,便于聲音進(jìn)入傳聲器,孔位于頂蓋的叫作頂部端口型號(hào),,而孔位于PCB內(nèi)部的叫作底部端口型號(hào),。MEMS組件設(shè)計(jì)通常會(huì)在半導(dǎo)體晶圓上構(gòu)造機(jī)械振膜和安裝結(jié)構(gòu)。

  

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  MEMS振膜形成一個(gè)電容器,,而聲壓波則會(huì)引起振膜的運(yùn)動(dòng),。MEMS傳聲器通常含有另一個(gè)半導(dǎo)體晶圓,用作音頻前置放大器,,將MEMS的變化電容轉(zhuǎn)換為電信號(hào),。如果用戶需要模擬輸出信號(hào),可為其提供音頻前置放大器的輸出,。如果用戶需要數(shù)字輸出信號(hào),,就在與音頻前置放大器所處的同一晶圓上加入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。MEMS傳聲器中數(shù)字編碼采用的通用格式是脈沖密度調(diào)制(PDM),,可以只和一個(gè)時(shí)鐘和一條單獨(dú)的數(shù)據(jù)線通信,。數(shù)據(jù)采用單比特編碼,從而簡(jiǎn)化了接收器中數(shù)字信號(hào)的解碼,。

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  駐極體電容傳聲器基本原理

  駐極體電容傳聲器 (ECM)的構(gòu)造如下圖所示,。

  

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  駐極體振膜(具有固定表面電荷的材料)靠近導(dǎo)電板隔開(kāi)放置,,并且和MEMS傳聲器相似,也會(huì)形成一個(gè)電容器,,以氣隙作為電介質(zhì),。通過(guò)電容器的電壓隨著電容值的變化而變化,而電容的變化是由移動(dòng)駐極體振膜的聲壓波引起的,,ΔV= Q /ΔC,。電容器電壓變化由傳聲器外殼包覆的JFET進(jìn)行放大和緩沖。JFET通常采用共源配置,,而外部應(yīng)用電路則采用外部負(fù)載電阻和隔直電容,。

 

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  不同傳聲器技術(shù)的區(qū)別

  在ECM和MEMS傳聲器之間進(jìn)行選擇時(shí)需要考慮許多因素。MEMS傳聲器這種新技術(shù)擁有諸多優(yōu)勢(shì),,因而市場(chǎng)份額持續(xù)快速增長(zhǎng),。例如,空間受限的應(yīng)用會(huì)發(fā)現(xiàn)MEMS傳聲器的小封裝尺寸具有吸引力,,而由于MEMS傳聲器結(jié)構(gòu)中兼具模擬和數(shù)字電路,,所以能夠同時(shí)降低PCB面積和組件成本。模擬MEMS傳聲器的輸出阻抗相對(duì)較低,,而數(shù)字MEMS傳聲器的輸出非常適合電噪聲環(huán)境中的應(yīng)用,。在高振動(dòng)環(huán)境中使用MEMS傳聲器技術(shù)可以降低機(jī)械振動(dòng)引起的有害噪聲水平。此外,,采用半導(dǎo)體制造技術(shù)并且加入音頻前置放大器之后,,使得制造具有緊密匹配和溫度穩(wěn)定性能特征的MEMS傳聲器成為可能。在將MEMS傳聲器用于陣列應(yīng)用時(shí),,這些要求嚴(yán)苛的性能特性尤其具有優(yōu)勢(shì)。在產(chǎn)品制造過(guò)程中,,MEMS傳聲器也可以通過(guò)拾取和放置機(jī)器進(jìn)行輕松搬運(yùn),,并且可以耐受回流焊接溫度曲線。

  盡管MEMS傳聲器正在迅速普及,,但仍存在優(yōu)先選用駐極體電容傳聲器的應(yīng)用,。許多傳統(tǒng)設(shè)計(jì)都采用了ECM,因而如果項(xiàng)目是對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單升級(jí),,則最好繼續(xù)使用ECM,。可以選用引腳,、電線,、SMT、焊盤和彈簧觸點(diǎn)將ECM連接到應(yīng)用電路,,從而為工程師提供了額外的設(shè)計(jì)靈活性,。如果需要防塵和防潮,,則具有高異物防護(hù)(IP)等級(jí)的ECM產(chǎn)品由于自身物理尺寸較大,所以更容易被發(fā)現(xiàn),。對(duì)于需要不均勻空間靈敏度的項(xiàng)目,,ECM產(chǎn)品具備固有的取向,可以是單向型也可以是噪聲消除型,,而ECM的工作電壓范圍廣,,所以對(duì)于具有松散調(diào)節(jié)電壓軌的產(chǎn)品而言,可能是首選解決方案,。

  為您的項(xiàng)目選擇合適的傳聲器技術(shù)

  決定使用駐極體電容傳聲器還是MEMS傳聲器取決于您的項(xiàng)目要求,。雖然MEMS傳聲器由于具有眾多內(nèi)在優(yōu)勢(shì)而持續(xù)普及,但由于ECM具有更廣泛的封裝和方向選擇,,所以仍可用于各種應(yīng)用,。無(wú)論選擇哪種技術(shù),CUI都會(huì)不斷開(kāi)發(fā)和供應(yīng)形形色色的傳聲器和產(chǎn)品,,幫助您的項(xiàng)目“聆聽(tīng)”需要聽(tīng)到的聲音,。

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