mems麦克风已成消费市场的主流产品选择 -凯发app官网登录

麦克风已经是众多电子产品中内置的标准器件，从可穿戴设备到家庭助理，越来越多的设备被要求“听到”它们的环境，并随之做出相对的反应。本文将全面概述麦克风类型和基本原理，以及cui devices微机电系统（mems）麦克风的产品特性。

ecm和mems麦克风的技术差异

随着麦克风应用的增加，对麦克风的灵敏度和体积的要求也越来越高。目前用来构建麦克风的两种最常见的技术是mems和驻极体电容，以下将先介绍mems和驻极体电容麦克风（ecm）的基础知识，比较技术之间的差异，并概述每种凯发app官网登录的解决方案的优势。

mems麦克风由放置在印刷电路板（pcb）上，并用机械盖保护的mems组件构成。其在外壳上制造了一个小孔，以允许声音进入麦克风，如果开孔在顶盖中，则指定为顶部端口；如果开孔在pcb中，则指定为底部端口。mems组件通常设计有机械隔膜和在半导体芯片上创建的安装结构。

mems隔膜形成一个电容器，声压波引起隔膜的运动。mems麦克风通常包含第二个半导体芯片，该芯片用作音频前置放大器，将mems的变化电容转换为电信号。如果需要模拟输出信号，则将音频前置放大器的输出提供给用户。如果需要数字输出信号，则模数转换器（adc）将包含在与音频前置放大器相同的芯片上。用于mems麦克风中的数字编码常用格式是脉冲密度调制（pdm），它允许仅与时钟和单条数据线进行通信。由于数据的单比特编码，简化了接收器处的数字信号解码。数字i²s输出是第三种选择，包括一个内部抽取滤波器，它允许在麦克风本身中完成处理。这意味着麦克风可以直接连接到数字信号处理器（dsp）或微控制器，从而在许多应用中无需adc或编解码器。

ecm包含有一个驻极体隔膜（具有固定表面电荷的材料）隔开与靠近导电板，与mems麦克风类似，形成一个电容器，其中气隙作为电介质。由于声压波移动驻极体膜片，电容器两端的电压随着电容值的变化而变化，电容电压变化由麦克风外壳内部的jfet放大和缓冲。jfet通常配置为共源配置，而外部应用电路中使用外部负载电阻和隔直电容。

ecm和mems麦克风各具优势

在ecm和mems麦克风之间进行选择时需要考虑很多因素，由于mems这种新技术提供的许多优势，mems麦克风的市场份额继续快速增长。例如，空间受限的应用会对mems麦克风的小封装尺寸很具有吸引力，而由于mems麦克风结构中包含模拟和数字电路，可以减少pcb面积和组件成本。模拟mems麦克风的输出阻抗相对较低，而数字mems麦克风的输出非常适合电噪声环境中的应用。在高振动环境中，使用mems麦克风技术可以降低由机械振动引入的不需要的噪声水平。此外，半导体制造技术和音频前置放大器的加入，使制造具有紧密匹配和温度稳定性能特性的mems麦克风成为可能。当mems麦克风用于阵列应用时，这些严格的性能特征尤其有益。在产品制造过程中，mems麦克风也可以通过拾放机轻松处理，并且可以承受回流焊接温度曲线。

尽管mems麦克风正在迅速普及，但仍有一些应用可能首选ecm。许多传统设计都使用了ecm，因此，如果项目是对现有设计的简单升级，最好继续使用ecm。将ecm连接到应用电路的选项包括引脚、电线、smt、焊盘和弹簧触点，为工程师提供了额外的设计灵活性。如果防尘和防潮是一个问题，很容易找到具有高防护（ip）等级的ecm产品，因为它们的物理尺寸较大。对于需要非均匀空间灵敏度的项目，ecm产品可提供具有内在方向性的单向或噪声消除，而ecm的宽工作电压范围，可能是具有松散调节电压轨产品的首选凯发app官网登录的解决方案。

pdm和i²s协议的特性各有不同

除了显着减小的占位面积、更低的功率要求和更大的电噪声抑制之外，mems麦克风的主要优点之一是增加了输出选项，为设计人员和工程师提供了更大的灵活性。虽然模拟选项仍然可用，但两种流行的输出选项是pdm和i²s的数字协议。这些接口各有其独特的特点，需要考虑的关键因素包括音频质量等级、功耗水平、物料清单成本、设计必须遵守的空间限制，以及将部署硬件的操作环境。

pdm用于将模拟信号电压转换为单位脉冲密度调制数字流，pdm信号看起来更类似于纵波，而不是与音频相关的典型横波，但它们是模拟信号的数字表示，这产生的信号具有数字信号的许多优点，同时仍与模拟信号直接相关。创建此pdm信号需要比通常更高的采样率（高于3 mhz的速率），因为数字脉冲的出现频率，必须比它们所代表的模拟信号的振荡频率高很多倍。

由于信号的数字特性，pdm比模拟信号更能适应电噪声环境，并且在信号劣化时具有更高的误码容限。高频信号确实会产生距离限制，因为较长传输线上的电容会增加，可能会导致不必要的衰减并伴随音频质量下降。这些信号还需要由具有适当编解码器的外部dsp或微控制器进一步处理，以通过低通滤波器运行pdm信号，以将其抽取或下采样到较低的采样率，从而使其可用于其他器件。

与pdm不同，i²s是完全数字信号，不需要编码或解码，且没有普遍要求的数据传输速度，但是，最低速度取决于正在传输的数据及其精度。如果音频采样率是44.1 khz的行业标准，精度为8位，那么单声道通道将需要至少352.8 khz的时钟速度。立体声应用将是705.6 khz的两倍，精度的任何变化也会改变最小传输带宽。

pdm提供更好的抗噪性和误码容限，可以使其对许多优先考虑音频质量的应用具有吸引力。相比之下，i²s更易于安装、可减少整体占用空间和减少组件数量，在产品尺寸或其价格标签被证明是主要关注点的情况下将具有优势。还应该注意的是，i²s接口将在更长的距离上提供更好的信号完整性，因此它也适用于麦克风和处理电路在电路板上不能彼此靠近的情况。

提供多样化的mems麦克风选择性

mems麦克风在现代电子设计中变得司空见惯，拥有最佳接口至关重要。在决定哪个接口将可优化您的特定应用场景时，需要考虑许多因素。pdm可以成为具有挑战性的应用环境中的理想选择，这要归功于其固有的抗噪声能力。相反的，采用i²s允许输入直接连接到其随附的dsp或其他处理器／控制器器件，而不会产生任何额外的复杂性。

cui devices拥有广泛的mems麦克风产品组合，可满足各种音频系统要求。除了模拟接口单元外，各种pdm和i²s数字接口麦克风也一应俱全。cui devices的mems麦克风采用小至2.75 x 1.85 x 0.90 mm的紧凑、薄型封装，可为用户提供更好的音频质量和性能。这些mems麦克风的灵敏度等级为-42 db至-26 db，信噪比为57 dba至65 dba，灵敏度容差低至±1 db，是一系列便携式消费电子应用的理想选择。为了更轻松地进行原型设计和设计测试，cui devices还提供了一个mems麦克风开发套件，其中包含四个独立的麦克风评估电路。

cui devices的mems麦克风具备顶部和底部端口版本、模拟和数字选项，以及-42 db至-26 db的灵敏度等级，电流消耗低至80 µa，您可至以下网址寻找最适合您需求的mems麦克风：

结语

mems麦克风具备体积小、抗噪能力强等优势，是许多消费应用产品的首选，cui devices提供不同灵敏度、接口等产品类型，并提供完整的设计资源，能够帮助客户快速开发出相应的产品，值得您进一步了解与采用。