MEMS麥克風(fēng)可增強音頻系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性

　　當(dāng)今的消費電子設(shè)備正處于音頻變革的前沿。近年來，設(shè)計人員專注于開發(fā)激動人心的新功能，如無線互聯(lián)網(wǎng)訪問和移動電視等，但音頻功能的發(fā)展卻相對滯后。而如今，這種狀況即將改變。

　　麥克風(fēng)技術(shù)在多方面獲得了增強，包括信噪比(SNR)更高、寬帶頻率響應(yīng)更平坦、靈敏度和相位匹配度更高等，這些技術(shù)進步有望推動新音頻功能的開發(fā)——從高清音頻和寬帶IP語音(VoIP)到改進型音頻/視頻錄制以及用于免提通話的和波束形成。

　　這一趨勢的根本推動力在于系統(tǒng)設(shè)計人員逐漸認識到，音頻處理信號鏈前端的麥克風(fēng)性能不佳對整體音質(zhì)有著深遠的影響。如果構(gòu)建音頻子系統(tǒng)的麥克風(fēng)性能有限，則為了調(diào)理和改善音頻信號，對下游處理的要求會大大增加。

　　這些要求進而會提高功耗及系統(tǒng)和開發(fā)成本，并使系統(tǒng)設(shè)計更趨復(fù)雜。而且，盡管付出了極大努力，音頻質(zhì)量仍然會受制于音頻采集所用麥克風(fēng)的性能。麥克風(fēng)性能不佳必然會束縛設(shè)計人員的手腳，使其借助波束形成、噪聲消除技術(shù)和立體聲等新音頻功能增強最終產(chǎn)品性能的努力大打折扣。

　　傳統(tǒng)麥克風(fēng)的性能局限

　　當(dāng)今消費電子和通信設(shè)備的大多數(shù)音頻子系統(tǒng)都采用駐極體電容麥克風(fēng)(ECM)。這種器件包含一個附著一層非導(dǎo)電性預(yù)充電材料的固定背板和一個通常由敷有金屬的聚酯薄膜制成的柔性薄膜。背板和薄膜可隨聲音運動，二者構(gòu)成一個電容。

　　薄膜的運動會改變?nèi)葜?，?dǎo)致輸出電壓發(fā)生變化。一個小型三引腳JFET安裝于麥克風(fēng)腔內(nèi)部，充當(dāng)容性傳感器與輸出端之間的緩沖器。通常使用一個外部前置放大器向模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)提供信號。

　　一直以來，ECM由于供貨來源眾多且價格便宜而被系統(tǒng)設(shè)計人員廣泛采用。ECM的最新發(fā)展方向聚焦于降低成本和減小尺寸，但制造商們在提高麥克風(fēng)靈敏度、SNR和線性度方面收效甚微。

　　因此，ECM技術(shù)雖然在過去為消費電子應(yīng)用提供了成功的解決方案，但如今卻在多方面限制了性能的改善。該技術(shù)的功耗相對較高，這是電池供電的移動系統(tǒng)設(shè)計人員的一個主要顧慮。電源抑制(PSR)或抑制電源噪聲的能力同樣相對較差。

　　較差的PSR令設(shè)計人員不得不擔(dān)心LCD等其它系統(tǒng)組件所產(chǎn)生的噪聲，從而削弱了設(shè)計人員放置麥克風(fēng)時的靈活性。使用ECM的設(shè)計人員可以增加一個低壓差調(diào)節(jié)器(LDO)來為麥克風(fēng)產(chǎn)生干凈的電源，以彌補該技術(shù)PSR較差的缺點，但這種方法會增加系統(tǒng)元件數(shù)量，加大系統(tǒng)尺寸、功耗和成本。

　　此外，ECM技術(shù)還會引起一些額外的隱性成本。首先，使用駐極體往往需要手工裝配，這就會增加制造過程的時間和成本。其次，ECM需要多個其它支持元件，如分立轉(zhuǎn)換器和前置放大器等。這些額外元件會加大電路板面積要求，提高功耗和成本。

　　再次，與采用當(dāng)今光刻半導(dǎo)體工藝制造的器件相比，駐極體無法提供如此小的容差和如此高的器件間性能一致性。ECM的靈敏度和頻率響應(yīng)隨著器件和溫度的不同而有較大差異，系統(tǒng)設(shè)計人員難以為立體聲等基本應(yīng)用進行器件匹配。

　　為了彌補這種不足，針對此類應(yīng)用構(gòu)建多麥克風(fēng)設(shè)計的制造商常常必須手工挑選ECM，以便更好地匹配器件，而這又會提高成本，使制造過程進一步復(fù)雜化。