MEMS麦克风的基本原理讲解.pptx

前言;MEMS麦克风的声学传感器;MEMS麦克风ASIC;MEMS麦克风封装;;大多数MEMS麦克风的灵敏度随频率升高而提高，这是声孔的空气与麦克风前室的空气相互作用的结果。这种交互作用产生了Helmholtz谐振，这与吹瓶产生的声音的现象相同。像吹瓶子一样，空气容积越小，谐振频率越高；反之，空气容积越大，谐振频率越低。下置声孔麦克风将声学传感器直接置于声孔之上，这样设计导致前室变小，从而导致Helmholtz谐振的中心频率提高。因为Helmholtz谐振通常位于音频带的高频部分，所以提高的谐振频率使频响变得更加平坦。 将声学传感器直接置于声孔上还有助于产生更大的后室。后室空气容积变大后，声波更容易推动振膜运动，从而提高麦克风的灵敏度和信噪比。后室空气容积变大还能提高麦克风的低频响应。上置声孔麦克风的结构与下置声孔麦克风相似，都是将声学传感器和接口芯片安装在基板上，采用空心的密闭封装。这两种麦克风的唯一区别是，上置声孔的麦克风是将传声孔置于封装盖上，而下置声孔麦克风是将传声孔放在基板上。因此，将传声孔从基板移到封装盖后，以前下置声孔麦克风的前室变成了上置声孔麦克风的后室，而后室则变成了前室。 传统上置声孔麦克风的后室空气容积较小，推动振膜运动的难度增加，这破坏了声学传感器的灵敏度，导致信噪比降低。此外，在声孔与振膜之间的前室空气容积变大后，谐振频率将会降低，从而影响麦克风的高频响应。综上所述，不论是低频还是高频，上置声孔麦克风的信噪比和频响两项指标都相对较差，性能不如下置声孔麦克风出色。 而意法半导体的MP34DT01上置数字MEMS麦克风却是一个例外。意法半导体独有的封装技术将MEMS传感器和接口芯片安装在MP34DT01封装盖的内侧，将传感器直接置于声孔的下面(见图7 和8)。这种设计方法可获得小前室和大后室，让MP34DT01取得与下置声孔麦克风MP34DB01相同的性能。 ;MEMS麦克风性能评测 帕斯卡(Pa)是压力的线性国际单位制，表示单位面积上的压力(1Pa = 1N/m2)。不过，对数单位制更适用研究声压级（SPL），因为人耳动态范围大，能够察觉从最低20微帕到高达20帕的声压。因此，麦克风的关键性能指标通常用分贝(dB)表示，0dB SPL等于20μPa，1 Pa等于94dB SPL。下面的参数通常是最重要的麦克风性能指标： 信噪比(SNR) 信噪比(SNR)通常是最重要的麦克风性能指标。信噪比是麦克风的灵敏度与背景噪声的差值，通常用dB表示。现有MEMS麦克风的信噪比是在56dB至66dB之间。 灵敏度 麦克风灵敏度是用于测量麦克风对已知声压级的响应能力。灵敏度通常在94dB 声压级(1 Pa)条件下使用1kHz频率进行测量的结果。模拟麦克风的灵敏度通常表示为相对于1V RMS信号的分贝数(dBV)，而数字麦克风的灵敏度通常表示为相对于麦克风满量程输出的分贝数(dB FS)。 背景噪声 麦克风的背景噪声又称本底噪声，是指在较安静的环境内，麦克风输出中的噪声量。声学传感器和接口ASIC都会向麦克风输出信号注入噪声。传感器噪声是空气分子随机布朗运动产生的，而ASIC的噪声源则是前置放大器，数字麦克风ASIC的噪声源是Δ-Σ调制器。应在全音频带内测量背景噪声，而A加权滤波器用于更精确地测量人耳能够听到的噪声级。 背景噪声不总是出现在麦克风数据表内，但是，只要用灵敏度减去信噪比即可算出背景噪声，数值单位为dBV或dB FS。从测量灵敏度（通常是94 dB SPL）的声压级中减去信噪比，可以算出用等效输入噪声表示的背景噪声，单位为dB SPL。? 失真(THD) 失真是测量麦克风拾音精度的指标。失真的条件通常是在94 dB – 100 dB SPL范围内，表示在正常声压级条件下音频信号的质量。 声学过载点(AOP) 在麦克风声压级开始接近声学过载点之前，失真通常不会随着声压级升高而大幅增加。但是，当达到过载点时，失真开始快速升高。麦克风声学过载点通常是指失真达到10%时的声压级。;频响 MEMS麦克风频响是在不同频率时指灵敏度的变化。麦克风频响通常在1 kHz 时设为0 dB，对不同频率下的灵敏度进行归一化处理。大多数MEMS麦克风的灵敏度都低于100Hz，在出现Helmholtz谐振后开始上升，达到大约4kHz至6kHz之间。这就是许多MEMS麦克风将频响指定在100Hz至10kHz之间的原因。不过，高性能的MEMS麦克风在20Hz至20kHz全音频带内拥有较平坦的频响曲线。 电源抑制比(PSR) 麦克风电源抑制比是评价麦克风防止噪声从电源输入端进入输出端的能力指标。电源抑制比通常是在音频带内使用通过仿真GSM蜂窝无线电产生的TDMA噪声的217Hz方波和/或扫描正弦波来指定。 更高信噪比 MEMS麦克风产品性能正