MEMS麥克風(fēng)可增強(qiáng)音頻系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性
當(dāng)今的消費(fèi)電子設(shè)備正處于音頻變革的前沿。近年來,設(shè)計(jì)人員專注于開發(fā)激動(dòng)人心的新功能,如無線互聯(lián)網(wǎng)訪問和移動(dòng)電視等,但音頻功能的發(fā)展卻相對(duì)滯后。而如今,這種狀況即將改變。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/126483.htm麥克風(fēng)技術(shù)在多方面獲得了增強(qiáng),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(jìn)步有望推動(dòng)新音頻功能的開發(fā)——從高清音頻和寬帶IP語音(VoIP)到改進(jìn)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(shì)的根本推動(dòng)力在于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員逐漸認(rèn)識(shí)到,音頻處理信號(hào)鏈前端的麥克風(fēng)性能不佳對(duì)整體音質(zhì)有著深遠(yuǎn)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(hào),對(duì)下游處理的要求會(huì)大大增加。
這些要求進(jìn)而會(huì)提高功耗及系統(tǒng)和開發(fā)成本,并使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更趨復(fù)雜。而且,盡管付出了極大努力,音頻質(zhì)量仍然會(huì)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(huì)束縛設(shè)計(jì)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(qiáng)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(fèi)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(gè)附著一層非導(dǎo)電性預(yù)充電材料的固定背板和一個(gè)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(yùn)動(dòng),二者構(gòu)成一個(gè)電容。
薄膜的運(yùn)動(dòng)會(huì)改變?nèi)葜?,?dǎo)致輸出電壓發(fā)生變化。一個(gè)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(gè)外部前置放大器向模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)提供信號(hào)。
一直以來,ECM由于供貨來源眾多且價(jià)格便宜而被系統(tǒng)設(shè)計(jì)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?cè)谔岣啕溈孙L(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(fèi)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(duì)較高,這是電池供電的移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的一個(gè)主要顧慮。電源抑制(PSR)或抑制電源噪聲的能力同樣相對(duì)較差。
較差的PSR令設(shè)計(jì)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(jì)人員放置麥克風(fēng)時(shí)的靈活性。使用ECM的設(shè)計(jì)人員可以增加一個(gè)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(bǔ)該技術(shù)PSR較差的缺點(diǎn),但這種方法會(huì)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(huì)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(huì)增加制造過程的時(shí)間和成本。其次,ECM需要多個(gè)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(huì)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(jì)人員難以為立體聲等基本應(yīng)用進(jìn)行器件匹配。
為了彌補(bǔ)這種不足,針對(duì)此類應(yīng)用構(gòu)建多麥克風(fēng)設(shè)計(jì)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(huì)提高成本,使制造過程進(jìn)一步復(fù)雜化。
評(píng)論