MEMS-Mikrofone liefern eine bahnbrechende Innovation in Sound Sensing von Vishal Goyal - Technische Marketing Manager, STMicroelectronics Indien

EINFÜHRUNG IN MEMS-Mikrofone Ein MEMS-Mikrofon ist ein Festkörper integriert IC, die Stimme in der gleichen Weise wie eine ECM-Mikrofon [Elektret-Kondensatormikrofon] erfassen kann. MEMS-Mikrofone sind weit verbreitet in der modernen Geräte angenommen, wie Handys, Tablets, Laptops, Smart-TVs, Automotive Spracherkennungsprodukte, Spiele und Fernbedienungen. Laut IHS iSuppli wird der Markt für MEMS-Mikrofone für Consumer Electronics und Mobiltelefonen voraussichtlich Einnahmen bei einer CAGR von 23% zwischen 2010 und 2014 wachsen Bis 2015 werden die Sendungen von MEMS-Mikrofonen erwartet auf 2,9 Milliarden Einheiten erreichen - viermal die Gesamt im Jahr 2010. Die steigende Beliebtheit von MEMS-Mikrofonen auf ihre zuverlässige monolithische Struktur, hohe Toleranz gegenüber mechanischen Vibrationen, geringer Platzbedarf und Höhe und optionaler Digitalausgang zugeschrieben. Darüber hinaus MEMS-Mikrofone ermöglichen dramatische Fortschritte in der Klangqualität in Multiple-Mikrofonanwendungen. Wie Mikrofonarrays, um die kleinen Formfaktor, hohe Empfindlichkeit Anpassung und Frequenzgang erleichtert wird, ermöglichen die Durchführung von aktiven Geräusch- und Echounterdrückung, sowie die strahlformende, schallVerarbeitungsTechnologie , die einen Ton zu isolieren und seine Position hilft. Diese Funktionen sind von unschätzbarem Wert mit der zunehmenden Nutzung von Mobiltelefonen und anderen Geräten in lauten Umgebungen und unkontrollierbar.

MEMS-Mikrofon BAU Es gibt im Wesentlichen zwei Arten von MEMS-Mikrofonen - Analoge, die Schall in entsprechende Spannungsausgang umwandeln und Digital, das ein digitales Ausgangsimpuls typischerweise Dichtemodulation [PDM] gibt. Ein MEMS-Mikrofon ist ein akustischer Wandler. - Das Übertragungsprinzip ist das gekoppelte Kapazitätsänderung zwischen einer festen Platte (Rückplatte) und einer beweglichen Platte (Membran). - Die kapazitive Änderung durch die Schallwelle verursacht wird, die durch die akustischen Löcher, die die Membran Modulieren der Luftspalt zwischen den zwei leitfähigen Platten besteht bewegt. - Die Rückkammer ist der akustische Resonator. - Das Lüftungsloch kann die Luft in der hinteren Kammer zusammengedrückt zu fließen und folglich ermöglicht die Membran zurück zu bewegen.

Schlüsselparameter MEMS-Mikrofone

Empfindlichkeit - Die Empfindlichkeit ist das elektrische Signal am Mikrofonausgang auf einen bestimmten Schalldruck als Eingabe. Der Referenzschalldruck ist 1Pa oder sogar 94dBSPL @ 1kHz **. - Die Empfindlichkeit wird in der Regel gemessen: - für analoge Mikrofone in mV / Pa oder sogar dBV = 20 * log (mV / Pa / 1V / Pa). - Für digitale Mikrofone in% FS oder sogar dBFS = 20 * log (% FS / 1FS). ### Direktionalität - Der Richtungs zeigt die Veränderung der Ansprechempfindlichkeit in Bezug auf die Ankunftsrichtung des Klangs. - Einige MEMS-Mikrofone sind omnidirektionale, was bedeutet, es gibt keine Empfindlichkeitsänderung jederSchallQuellenPosition im Raum. - Die Laufrichtung kann in einem kartesischen Achse als Empfindlichkeitsdrift vs. Winkel oder in einem polaren Diagramm, das die Empfindlichkeit Muster-Antwort im Raum angegeben werden.

Störabstand [SNR] - Das Signal-zu-Rauschverhältnis gibt das Verhältnis zwischen einem gegebenen Referenzsignal, um die Menge des Restrauschens am Mikrofonausgang. - Das Referenzsignal ist das Standard-Signal am Mikrofonausgang, wenn der Schalldruck ist 1Pa @ 1kHz. In anderen Worten, die Mikrofonempfindlichkeit. - Das Rauschsignal (Restrauschen) ist das Mikrofon elektrischen Leistung an der Stille. Diese Menge schließt sowohl das Rauschen des MEMS-Elements und dem ASIC. - In der Regel wird der Schallpegel in einem schalltoten Raum und Gewichtung-A die Akquisition gemessen. Der A-Filter entspricht das menschliche Ohr Frequenzgang.

Dynamikbereich und AOP - Der dynamische Bereich ist der Unterschied zwischen der minimalen und maximalen detektierbaren durch das Mikrofon ohne Verzerrung. - Die maximale Signal, dass das Mikrofon "hört" ohne Verzerrung wird auch als akustische Überlastpunkt (AOP). - Die Mindest Signal, dass ein Mikrofon "hören" können, hängt von seiner SNR. In anderen Worten ist das minimale Signal entspricht dem Restrauschen in Bezug auf dBSPL.

Der Frequenzgang des Frequenzgang eines Mikrofons betragsmäßig: - Zeigt die Empfindlichkeit Variation über das Audioband. Oder dieser Parameter beschreibt die Abweichung des Ausgangssignals von der Referenz 0dB. - Typischerweise wird die Referenz für diese Messung ist die genau die Empfindlichkeit des Mikrofons  0 dB = 94dBSPL @ 1kHz. - Die typische Frequenzantwort eines Mikrofons zeigt einen Roll-off bei niedriger Frequenz durch die Belüftungsöffnung und einem Anstieg bis hoher Frequenz aufgrund der Helmholtz-Effekt. Die Frequenzantwort eines Mikrofons in Bezug Phase: - Zeigt den vom Mikrofon eingeführte Phasenverzerrung . In anderen Worten, die Verzögerung zwischen der Schallwelle bewegt die Mikrofonmembran und das elektrische Signal am Mikrofonausgang - Dieser Parameter schließt sowohl die Verzerrung aufgrund der Membran und den ASIC DIRECTIONAL ACOUSTIC Muster mit MEMS Mikrofonen Ein omnidirektionales Mikrofon Reaktion wird allgemein als sein eine perfekte Kugel in drei Dimensionen. Der kleinste Durchmesser Mikrofon ergibt die besten Omnidirektionales Eigenschaften bei hohen Frequenzen. Aber MEMS-Mikrofone auch in Array verwendet werden, um die Reaktion nach gewünschten akustischen Mustern Die hohen Anforderungen von fernen-Sprachinteraktionssysteme erfordern spezifische physikalische und akustische Parameter von MEMS-Mikrofonen zu modifizieren.

Ein kleiner Formfaktor erlaubt es Designern, leicht ganze Arrays von Mikrofonen in den Wänden, Schreibtische oder sprachgesteuerte Geräte des automatisierten Hause einzubetten, während die Mikrofone durch exzellente Klangeigenschaften, mit anspruchsvollen Signalverarbeitungstechnologien gekoppelt ist, wäre es möglich zu machen identifizieren und erfassen eine individuelle Lautsprecher aus mehreren Metern Entfernung, in einem überfüllten Raum mit Musik zu spielen. Die ferne-Speech Interaktion Fähigkeit MEMS-Mikrofone nicht nur dramatisch, wie die Menschen mit der Technologie interagieren verändern, aber einen wirklichen Unterschied für diejenigen, die nicht so leicht bewegen können, wie zum Beispiel diejenigen, die motor beeinträchtigt sind zu machen. Zusätzlich zu Hause aus Szenarien können ferne-Speech Interaktionssysteme Einsatz in der Robotik, Tele presense, Überwachung und Industrieautomation zu finden. Mehrere Mikrofone im Array sind zum Standard in Smartphones der erweiterten Funktionen wie Sprachbefehl, Rauschunterdrückung und High-Definition-Video-Aufzeichnung.

VERPACKUNG Zwar gibt es einige MEMS-Mikrofon-Hersteller, die noch Geräte produzieren mit metallischen Deckel, können Kunststoffverpackungen Platz zu sparen und erhöhen die Haltbarkeit im Consumer- und professionellen Spracheingabe Anwendungen von Mobiltelefonen und Tablets Rausch-Pegelanzeigen und Noise-Cancelling-Kopfhörer. Um Design in platzbeschränkte Consumer-Geräten weiter zu vereinfachen, MEMS-Mikrofone, die geeignet sind für die Montage auf Flachkabel Leiterplatten optimieren Fertigungs sind. Während extrem schwer zu tun, die eine Paket-Technologie, die Gerätehersteller, die "Schallloch" entweder auf der Ober- oder Unterseite der Verpackung platzieren liefert die größte Flexibilität, um die flachste mögliche Design und kürzesten akustischen Weg aus der Umgebung, um das sicherzustellen, ermöglicht Mikrofon. Während die Mikrofone mit Schallloch auf der Oberseite (Top-Port) passen Sie die Größe und Klang-Einlassposition Anforderungen von Laptops und Tablets sind die Bottom-Port Mikrofone meist in Mobiltelefonen verwendet.

FAZIT MEMS-Mikrofon sind die Erschließung neuer Anwendungsgebiete wie Voice-fähige Gaming, Automobil Sprachsysteme, akustische Sensoren für die Industrie und Sicherheitsanwendungen und medizinische Telemetrie. Seine einzigartige Konstruktion, Leistung und Formfaktor hat möglich gemacht, was undenkbar zuvor. Wir hoffen, dass Sie erwägen, sich mit uns am 10. September an der Gestaltung der Zukunft der MEMS und Sensoren Summit im Marriott Hotel in Santa Clara, CA. Die Zukunft der MEMS und Sensoren wird durch Berkeley Sensor- und Aktuatorsysteme Center (BSAC), EEWeb, EEJournal, MEMS Wechsel, MEMS Industry Group, MEPTEC und Mouser Electronics gesponsert und von STMicroelectronics gehostet.

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