MEMS(数字)麦克风基本知识
MEMS麦克风
MEMS麦克风•MEMS（微型机电系统）麦克风是基于MEMS技术制造的麦克风，简单的说就是一个电容器集成在微硅晶片上，可以采用表贴工艺进行制造,能够承受很高的回流焊温度,容易与CMOS 工艺及其它音频电路相集成, 并具有改进的噪声消除性能与良好的RF 及EMI 抑制性能.MEMS麦克风的全部潜能还有待挖掘，但是采用这种技术的产品已经在多种应用中体现出了诸多优势，特别是中高端手机应用中。
目录•MEMS麦克风的发展前景MEMS麦克风的优势•目前，实际使用的大多数麦克风都是ECM(驻极体电容器)麦克风，这种技术已经有几十年的历史。
ECM 的工作原理是利用驻有永久电荷的聚合材料振动膜。
与ECM的聚合材料振动膜相比，MEMS麦克风在不同温度下的性能都十分稳定，其敏感性不会受温度、振动、湿度和时间的影响。
由于耐热性强，MEMS麦克风可承受260℃的高温回流焊，而性能不会有任何变化。
由于组装前后敏感性变化很小，还可以节省制造过程中的音频调试成本。
MEMS麦克风需要ASIC提供的外部偏置，而ECM没有这种偏置。
有效的偏置将使MEMS麦克风在整个操作温度范围内都可保持稳定的声学和电气参数，还支持具有不同敏感性的麦克风设计。
传统ECM的尺寸通常比MEMS麦克风大，并且不能进行SMT（表面贴装技术）操作。
在MEMS麦克风的制造过程中，SMT回流焊简化了制造流程，可以省略一个目前通常以手工方式进行的制造步骤。
在ECM麦克风内，必须添加进行信号处理的电子元件；而在MEMS麦克风中，只需在芯片上添加额外的专用功能即可。
与ECM相比，这种额外功能的优点是使麦克风具有很高的电源抑制比，能够有效抑制电源电压的波动。
另一个优点是，集成在芯片上的宽带RF抑制功能，这一点不仅对手机这样的RF应用尤其重要，而且对所有与手机操作原理类似的设备（如助听器）都非常重要。
MEMS麦克风的小型振动膜还有另一个优点，直径不到1mm的小型薄膜的重量同样轻巧，这意味着，与ECM相比，MEMS麦克风会对由安装在同一PCB上的扬声器引起的PCB 噪声产生更低的振动耦合。
关于麦克风的参数介绍-驻极体麦克风（ECM）和硅麦（MEMS）
关于麦克风的参数介绍-驻极体麦克风（ECM）和硅麦（MEMS）1、麦克风的分类1.1、动圈式麦克风（Dynamic Micphone）原理：基本构造包含线圈、振膜、永久磁铁三部分。
当声波进⼊麦克风，振膜受到声波的压⼒⽽产⽣振动，与振膜在⼀起的线圈则开始在磁场中移动，根据法拉第的楞次定律，线圈会产⽣感应电流。
特性：动圈式麦克风因含有磁铁和线圈，不够轻便、灵敏度较低、⾼低频响应表现较差；优点是声⾳较柔润，适合⽤来收录⼈声。
应⽤：KTV场所。
1.2、电容式麦克风（Condenser Micphone）原理：根据电容两⽚隔板间距离的改变来产⽣电压变化。
当声波进⼊麦克风，振膜产⽣振动，使得振动膜和基板之间的距离会随着振动⽽改变，于是基板间的电容会变，根据Q=C*V（电容式麦克风中电容极板的电压会维持⼀个定值）得到变化的电荷量Q。
特性：灵敏度⾼，常⽤于⾼质量的录⾳。
应⽤：消费电⼦、录⾳室。
1.3、铝带式麦克风（Ribbon Micphone）原理：在磁铁两极间放⼊通常是铝制的波浪状⾦属箔带，⾦属薄膜受声⾳震动时，因电磁感应⽽产⽣信号。
1.4、碳精麦克风（Carbon Micphone）2、两种常⽤电容式麦克风的对⽐：驻极体电容麦克风（ECM）和微机电麦克风（MEMS Micphone）2.1、驻极体电容麦克风（Electret Condenser Micphone）原理：驻极体麦克风使⽤了可保有永久电荷的驻极体物质，不需要再对电容供电。
（若驻极体麦克风中内置放⼤电路，则需要供电）优点：技术成熟、价格便宜缺点：体积⼤，不⽅便SMT、引线长，造成信号衰减、⽣产⼯序多，⼀致性差、灵敏度不稳定2.2、微机电麦克风（MEMS Micphone）原理：微机电麦克风也称麦克风芯⽚或硅麦克风，硅麦⼀般都集成了前置放⼤器，甚⾄有些硅麦会集成模拟数字转换器，直接输出数字信号，成为数字麦克风。
优点：体积⼩，可SMT、产品稳定性好缺点：价格较⾼备注：⼀般情况下，我们把集成了前置放⼤器或者模拟数字转换器的麦克风称为拾⾳器（pickup）。
mems麦克风幅频曲线公式
mems麦克风幅频曲线公式
摘要：
一、MEMS麦克风简介
1.1 微电子机械系统技术
1.2 MEMS麦克风的优点
1.3 应用领域
二、MEMS麦克风幅频曲线
2.1 定义与重要性
2.2 公式说明
2.3 参数含义
三、MEMS麦克风幅频曲线的应用
3.1 频率响应特性分析
3.2 性能优化
3.3 指导设计和制造
正文：
MEMS麦克风是一种基于微电子机械系统技术制造的麦克风，具有体积小、重量轻、功耗低等特点，广泛应用于各种语音识别、音频处理等领域。
MEMS麦克风的幅频曲线是衡量其性能的重要指标，通过计算和分析幅频曲线，可以了解麦克风的频率响应特性。
MEMS麦克风的幅频曲线公式如下：A(f) = 1 / (1 + (f - f0) / fc)
其中，A(f)表示幅频曲线，f表示频率，f0表示麦克风的谐振频率，fc表
示麦克风的截止频率。
MEMS麦克风幅频曲线的定义与重要性体现在它反映了麦克风在不同频率下的灵敏度变化。
在音频处理领域，幅频曲线可以帮助工程师设计出性能优良的音频系统，同时也可以指导麦克风的设计和制造。
在实际应用中，通过对MEMS麦克风幅频曲线的分析，可以得到麦克风的频率响应特性。
例如，在语音识别领域，麦克风的幅频曲线可以用来判断麦克风在接收语音信号时的灵敏度，进而提高语音识别的准确率。
同时，通过调整幅频曲线的形状，可以实现对麦克风性能的优化，以满足不同应用场景的需求。
总之，MEMS麦克风幅频曲线在麦克风性能分析、优化和设计制造过程中起着关键作用。
MEMS麦克风的基本原理教学教材
•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。
• 除输出、地和VDD引脚外，大多数数字麦克风还有时钟输入和L/R控制输入。时钟输入用于控制Δ-Σ 调制器，将传感器的模拟信号转换成PDM数字信号。数字麦克风的典型时钟频率通常在1MHz至 3.5MHz之间。麦克风输出信号在所选时钟边沿进入适合的逻辑状态，在另半个时钟周期进入高阻抗 状态。这个两个数字麦克风的输入共用一条数据线。L/R输入确定有效数据是在哪一个时钟边沿上。
MEMS麦克风封装
• MEMS麦克风采用由基板和封装盖组成的空心封装，内部组件包括声学传感器 和接口ASIC。封装基板下面是焊盘，用于将麦克风焊接在电路板或挠性电路 上。在大多数MEMS麦克风的内部，MEMS声学传感器和接口ASIC是两颗独立 的芯片，为制作能够移动的结构，声学传感器的制造工艺经过优化改良，而 ASIC芯片则采用工业标准的CMOS制造工艺。ASIC通过引线键合方法连接到传 感器和基板，然后将封装盖扣在基板上并进行密封处理。
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：
mems mic结构 -回复
mems mic结构-回复MEMS麦克风（Micro-Electro-Mechanical Systems Microphone）是一种微型电子器件，采用微机电系统技术制造而成，用于将声音转换为电信号。
本文将一步一步回答有关MEMS麦克风结构的问题。
第一部分：引言MEMS麦克风是当今许多电子设备中的关键组成部分，如手机、耳机、音频设备等。
它的小巧尺寸和高性能使其成为一种理想的音频传感器。
在了解MEMS麦克风的结构之前，我们首先需要了解MEMS技术的基本原理。
第二部分：MEMS技术的基本原理MEMS技术是一种将微型机械系统和电子技术相结合的技术，它使用半导体制造工艺在微米级别上制造具有机械功能的结构。
根据MEMS技术的原理，MEMS麦克风结构可以被划分为以下几个部分：1.薄膜振膜MEMS麦克风的核心部件是薄膜振膜。
薄膜振膜是由一层薄的材料制成，通常是硅或聚合物。
当声波通过振膜时，振动会引起膜片的形变，从而产生电荷或电压变化。
2.电容板电容板位于薄膜振膜的下方，与薄膜振膜之间形成一个微小的电容间隙。
电容板上会施加一定的电压，形成与薄膜振膜之间的电容。
当薄膜振膜振动时，电容的值会发生变化，从而改变电信号的大小。
第三部分：MEMS麦克风的制造过程MEMS麦克风的制造过程通常包括以下几个步骤：1.硅片制备首先，通过半导体工艺将硅片切割成适当的尺寸。
这些尺寸可以根据麦克风的设计要求来确定。
2.薄膜沉积将薄膜材料沉积在硅片上，可以使用物理气相沉积或化学气相沉积等技术。
薄膜的厚度可以根据设计要求进行控制。
3.光刻和蚀刻通过光刻和蚀刻等步骤，将硅片上的薄膜制作成薄膜振膜和电容板的形状。
这些步骤使用光罩和化学蚀刻剂等工具进行。
4.封装和连接将制作好的MEMS麦克风封装在保护壳内，以保护其免受外部环境的干扰。
然后，通过金线焊接或其他技术将麦克风连接到电路板上，以传输声音信号。
第四部分：MEMS麦克风的工作原理MEMS麦克风工作时，当声波进入麦克风时，它会使薄膜振膜发生弯曲。
MEMS(数字)麦克风基本知识
MEMS Wafer
MEMS Die
MEMS Microphone 产品简介
MEMS Microphone Profile
Acoustic port hole
W
H
4
1
L
3
2
PIN# FUNCTION 1.OUTPUT, 2.NO CONNECTION 3.GROUND, 4.POWER
Stage
Temperature Profile
Time (Maximum)
Pro-head
170~180 ℃
120sec.
Solder Melt
Above 230 ℃
100sec.
Peak
260 ℃ Maximum
30sec.
Production Process
Wafer Fabrication
>58dB
RF-filtering capacitance
10pF, 33pF, both or none
Change in sensitivity(电压特性) <1dB across voltage range
Standard operating temperature -40℃ to + 100℃
Packaging/Cutting
Testing / Marking / Taping
Shipping Inspection
Packing
Reliability Test
MEMS Microphone 产品简介
Application of Product
MEMS Wafer Fab. < MEMS Microphone >
mems mic结构
mems mic结构【原创实用版】目录1.MEMS 麦克风的基本概念2.MEMS 麦克风的结构3.MEMS 麦克风的工作原理4.MEMS 麦克风的应用领域正文MEMS（Microelectromechanical Systems，微电子机械系统）麦克风是一种基于微电子技术的声学传感器，具有体积小、灵敏度高、抗干扰能力强等特点。
它广泛应用于消费电子、通信、汽车电子等领域。
MEMS 麦克风的基本概念：MEMS 麦克风是一种微型麦克风，它采用微电子机械系统技术制造，将声学传感器与信号处理电路集成在同一块芯片上。
这使得 MEMS 麦克风具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗干扰能力强等优点。
MEMS 麦克风的结构：MEMS 麦克风的主要结构包括麦克风芯、信号处理电路、接口电路等。
麦克风芯是 MEMS 麦克风的核心部件，通常由微小的膜片和背板组成。
当声波作用于膜片时，膜片产生振动，通过背板将振动转换为电信号。
信号处理电路用于对麦克风输出的信号进行放大、滤波等处理。
接口电路则负责将处理后的信号传输给后续设备。
MEMS 麦克风的工作原理：MEMS 麦克风的工作原理基于声电转换。
当声波作用于麦克风膜片时，膜片产生振动。
这些振动通过背板传递到信号处理电路，信号处理电路将振动转换为电信号。
电信号经过放大、滤波等处理后，被传输给后续设备。
MEMS 麦克风的应用领域：MEMS 麦克风广泛应用于各种电子设备中，如智能手机、平板电脑、笔记本电脑等。
此外，MEMS 麦克风在通信领域也有广泛应用，如无线麦克风、对讲机等。
在汽车电子领域，MEMS 麦克风可用于车内音响系统、倒车雷达等。
MIC基础知识
MIC基础知识
麦克风，学名为传声器，是将声音信号转换为电信号的 能量转换器件，由Microphone翻译而来。也称话筒、微音器。
首先来回顾一下麦克风的发展史，有人可能知道在爱迪生 留声机中，那个受话器其实就是麦克风的雏形。麦克风是录音 环节中负责收集声音的设备，在最初的机械录音中，麦克风(受 话器)负责将声音信号转换为振膜的振动，并将这种振动传递给 细针，以刻录锡箔。后来，磁性录音技术的崛起，麦克风也随 之发展成为一种将声音信号转换为电信号的设备 。
数字麦克风便是将采集到的声压这一连续变化的模拟物理 量，直接转换为特定编码格式的数字脉冲信号输出，供IT应用 设备进行加工处理。
模拟麦克风输出信号波形 数字麦克风输出脉冲信号
引脚
与传统麦克风的两只引脚结构不同，数字麦克风一般具 有4～5 只引脚，其功能分别为Vdd-电源输入、GND-地线、 CLK-时钟输入、DATA-数据输出、L/R-左右声道输出信号选 择。根据客户需求，也可将L/R 选择端采取内部连接而形成 4 引脚结构，也有的IC芯片厂家同时供应不同型号的L或R声 道芯片供客户选用。
Carbon Microphone
碳精话筒的原理，就是不同强度的声音产生的压力不同， 导致炭精颗粒之间的接触电阻变化，流过话筒的电流会跟着 变化，这样就把声音变成了电信号。 碳精话筒能够直接 由声音信号转换为有一定强度的电信号，经转换的电信号强 度可达-20~0dB之间，不必经任何处理就可以直接在电信网中 传输。 相对而言，由其他技术体系实现的受话器，话筒 信号均须经过约20~30dB的放大才可以在电信网中传输。 也就是说，碳精话筒本身具有约相当于20dB的增益。
等效噪音电平( Equivalent noise level)
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MEMS Wafer
MEMS Die
Hale Waihona Puke MEMS Microphone 产品简介
MEMS Microphone Profile
4
Acoustic port hole
1
L
3
W H
PIN# FUNCTION 1.OUTPUT,
2
2.NO CONNECTION
MEMS Microphone 工作原理
MEMS麦克风是由MEMS微电容传感器、微集成转换电路 (放大器)、声腔及RF抗噪电路组成。MEMS微电容极头部分包含 接收声音的硅振膜和硅背极,硅振膜可直接将接收到的音频信号 经MEMS微电容传感器传输给微集成电路,微集成电路可将高阻 的音频电信号转换并放大成低阻的音频电信号,同时经RF抗噪电 路滤波,输出与手机前置电路相匹配的电信号.完成“声--电”转 换.
< MEMS Microphone >
MEMS Packaging
Notebook Computer, Desk-Top Computer Video Door Phone etc. Cordless Phone
MEMS Microphone 产品简介
Application of Product
MEMS Mic
MEMS Microphone
MEMS Microphone 产品简介
Recommended Interface Circuit
Term4
+ R2 +
R1
AAC MEMS Microphone
Term1
External Gain=-R1/R2 Term3. Term2. (Set by customer)
MEMS Microphone 产品简介
Performance Comparison
Specification
Frequency range Sensitivity (0dB=1V/Pa @1k Hz) Output impedance Signal to noise ratio (SNR) RF-filtering capacitance Change in sensitivity(电压特性) Standard operating temperature Current consumption Supply voltage ratings 100-10,000Hz -42dB+/-3dB <100 >58dB 10pF, 33pF, both or none <1dB across voltage range -40℃ to + 100℃ 0.25mA 1.5V to 3.6V max
MEMS Mic
MEMS Microphone
List of Products
P/N Figure Dimensions [mm] Sensitivity [dB]
(Vs=2.0V)
SM0102
3.76(W)x6.15(L)x1.45(H)
-42+/-4
* SM0103
3.76(W)x4.72(L)x1.45(H)
Vref
MEMS Microphone 产品简介
Solder Reflow Profile
Maximum solder profile: Do not exceed profile listed in this table
Stage Pro-head Solder Melt Peak Temperature Profile 170~180 ℃ Above 230 ℃ 260 ℃ Maximum Time (Maximum) 120sec. 100sec. 30sec.
Wafer Expand Wafer Testing SMT/glueing Pick up and place MEMS
MEMS Microphone 产品简介
Application of Product
Cellular Phone(CDMA, GSM, PCS), Camcorder Phone, MP3 Phone, PDA Phone etc. Ear Phone MIC for Headsets, MP3, Bluetooth, etc. MEMS Wafer Fab. Camcorder, Digital Camera etc.
-42+/-4
* SM0104
3.76(W)x4.72(L)x1.45(H)
-38+/-4
MEMS Microphone 产品简介
MEMS Microphone Presentation
1. 体积小. 2. 便于SMT安装. 3. 耐高温,稳定性好. 4. 灵活的设计应用. 5. 兼容数字化发展. 6. 自动化程度高.
MEMS Microphone
7. 适合大批量生产.
MEMS Microphone 产品简介
MEMS Microphone 产品简介
MEMS Microphone Module Structure
Silicon diaphragm
RF Filter
GND
Silicon Back Plate
ASIC V out
MEMS Acoustic Sensor V supply
MEMS Microphone 产品简介
MEMS Microphone
Production Process
Wafer Fabrication Packaging
Incoming Inspection Wafer Foundry Wafer Inspection Wafer Sawing Packaging/Cutting Testing / Marking / Taping Shipping Inspection Packing Reliability Test Wire Bonding
3.GROUND, 4.POWER
MEMS Microphone 产品简介
MEMS Microphone Structure
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 名称 Cover Housing Wire bonding PC Board Capacitor 10pF Capacitor 33pF ASIC MEMS Die