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(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。

　　這一趨勢的根本推動(dòng)力在于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員逐漸認(rèn)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(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，對下游處理的要求會(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。

　　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(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。