MEMS 麦克风技术简介 — 模拟麦克风与数字麦克风
mems硅麦克风广泛应用于手机、助听器、智能扬声器、计算机和车辆等各个领域。了解它们的工作原理、用途和可用内容的基础知识。
微机电系统（mems）使用最初为集成电路（ic）开发的技术在硅上蚀刻和制造。微加工喷墨喷嘴可能是第一个，然而，自 1990 年代以来，mems 技术创造了各种传感器和其他机电设备，包括麦克风。
mems麦克风体积小、价格实惠且随时可用。麦克风元件本身不到 1 毫米，通常要小得多。大多数采用表面贴装ic外壳，包括带模拟或数字输出的放大电路。如图1所示，音频信号的输入端口可以位于封装mems ic的顶部或底部。
图1. mems麦克风的声音端口位于顶部（左）或底部（右）。图片［修改］由意法半导体提供
大多数麦克风都是消费级的，具有良好的音质，尽管不等于用于专业音频的麦克风。
mems麦克风如何工作？模拟与数字麦克风输出
所有麦克风都以模拟音频信号开始，并使用前置放大器（有时称为缓冲器）将音频提升到可用但仍然较低的电平。许多人使用电容式传感器技术，这将在下一节中介绍。它们包括用于将电容变化转换为电信号的附加电路。
微机电系统麦克风模拟输出
模拟麦克风将增强信号直接发送到输出端。有两种输出方式 - 单端和差分。差分系统有两个彼此异相 180 度的输出。模拟麦克风具有三个或四个引脚：电源、公共（接地）和一个或两个输出，具体取决于输出是单端还是差分。
电源始终由单个正电源供电。这会在输出端产生直流失调，应由电容去耦，如图2所示。
图2. 模拟输出麦克风。
电源电压通常在 1.8 至 3.5 v 之间，典型直流偏移为 0.8 至 1.5 v。
mems麦克风数字输出
具有数字输出的mems麦克风执行模数（a/d）转换，将放大的模拟音频信号更改为数字信号。大多数使用δ-σ转换来产生pdm（脉冲密度调制）输出，如图3所示。
图3.脉冲密度调制。当音频信号高时，高脉冲（蓝色）具有更高的密度。图片由 mynewmicrophone.com 提供
脉冲密度（即逻辑上较高的脉冲百分比）与电压成正比。这不是你通常认为的数字，因为没有创建数字词，只是脉冲。脉冲流可以通过简单地通过低通滤波器来解码，尽管通常使用微处理器程序或音频编解码器（编码器/解码器）。
大多数数字输出mems麦克风有五个引脚，如图4所示：
权力
公共（接地）
输出
时钟输入
l/r（左/右）选择
图4.数字输出麦克风用于立体声系统。
l/r 选择如何工作？如果并接高（左），则在时钟变为高电平后发送 a/d 输出。如果为低电平，则数据遵循低时钟转换。这样，左右输出可以通过同一数据线发送。
一些麦克风使用i2s（ic间声音）标准，该标准最初由飞利浦半导体（现为恩智浦半导体）创建。与pdm一样，它具有时钟和l / r选择输入，但输出是数字字，而不是调制脉冲。同样，与pdm一样，它可以通过微处理器软件或i2s codec进行解码。此外，它不能被低通滤波器解码。
微机电系统麦克风技术
大多数mems麦克风使用电容式传感器技术。硅结构中的薄镀膜随着声音振动，产生不同的电容。电容器的第二块板位于硅中的固定表面上。ic中的电荷泵为电容器产生高直流电压。ic电路将电容变化转换为代表mems膜上音频信号的电信号。
最近，一些制造商已经使用压电传感元件制造了麦克风。压电元件的运动产生音频电压。这些公司声称比电容式具有一些优势，但对于大多数应用，您使用哪种技术并不重要。
您可能还会看到术语“硅麦克风”。这不是第三种技术，只是描述硅mems麦克风的不同方式。
微机电系统麦克风封装
麦克风元件及其电路不在同一硅芯片上。它们的制造技术差异太大，无法将它们一起制造。相反，麦克风和单独的asic（专用集成电路）组合在同一封装中，通过引线键合连接，如图5所示。
图5. 带有顶部声音端口的mems麦克风封装。图片由 cui devices 提供
mems麦克风采用类似ic的封装，用于表面贴装组装。当然，它们需要端口来允许声音进入。如前面的图 1 所示，顶部和底部端口可用。图5是顶部端口mems麦克风的示例。如果使用带有底部端口的麦克风，则必须在其下方的电路板上开一个孔，如图6所示。
图6. 带有底部声音端口的mems麦克风封装。图片由意法半导体提供
mems麦克风的pcb安装
标准回流焊接技术可用于将mems麦克风连接到pcb。但是，当然，您必须小心，以防止污染物进入声音端口。在清洁过程中，您可能需要用胶带或密封端口。
如果使用真空拾音器，请勿让它们接触声音端口。此外，请勿将空气吹入端口或将麦克风暴露在真空中。最后，在设计中，将电源至公共旁路电容放置在尽可能靠近麦克风的位置。0.1 uf陶瓷电容通常是电源去耦的不错选择。
微机电系统麦克风一般规格
大多数mems麦克风都有类似的规格。以下是一些典型值。敏感性令人困惑，所以让我们先尝试处理它。
模拟输出灵敏度（典型值）：-38 dbv，94 db 声压级，1 khz
数字输出灵敏度（典型值）：-26 db fs，94 db spl，1 khz
让我们更详细地了解每个规范的含义。
dbv 表示以 1 v 基准电压源为基准的分贝。-38 dbv相当于12.6 mv。
db fs 表示以 a/d 转换器满量程为基准的分贝。
声压级 表示 声压级。根据一篇在线文章，3英尺外的正常对话约为40至60 db spl。耳朵处的 85 db 声压级会导致听力损伤。因此，94 db spl是一个很高的值。
在正常的语音电平下，模拟麦克风的输出将是低毫伏，而数字将远低于满量程。在某种程度上，这是一件好事，因为它为响亮的声音留下了很大的动态余地。
频率响应：低端通常为 80 或 100 hz，最高可达 10 或 15 khz。适合语音，适用于大多数音频。有些下降到 20 hz。在高端，响应在较高频率下增加，在30至40 khz附近出现明显的超声共振峰值。在此之上，响应下降。
工作温度：大多数为-40至+85°c。
电源电压：从 1.5 或 2 v 到 3 或 3.6 v。规格各不相同。
尺寸：3 x 4 毫米或更小，高约 1 至 1.5 毫米。大多数使用相同的表面贴装焊盘图案。
与往常一样，请检查您计划使用的麦克风的规格。
mems技术在包括麦克风在内的传感器方面取得了惊人的进步。mems麦克风通常设计用于电路板安装，不仅包括麦克风，还包括支持具有模拟或数字输出的电路。我们回顾了基本技术、模拟和数字输出、物理封装和典型规格。
mems麦克风价格低廉，十几家制造商都可以广泛使用。您可以在您最喜欢的电子分销商处找到它们。有些低至一美元左右，数量很少。对于业余爱好者来说，也有分组讨论板。
i7和i9的处理器有什么区别
努比亚Z17和荣耀8哪个值得买？努比亚Z17和荣耀8的区别分析
动环监控系统方案简介
利用3D打印技术制作电动三轮车
苹果虚拟现实技术升级 未来或用于AR导航
MEMS 麦克风技术简介 — 模拟麦克风与数字麦克风
5G技术+AI技术开启万物智能时代
如何利用STM8S单片机实现一键式的开关机功能
吉拓网络签约英国会议话筒专家品牌ClockAudio ,成为中国大陆区总代理
C语言与C#的区别
人工智能在2018如何落地
支持快充功能的到底是充电线还是充电头
Cloudera宣布将在 Cloudera Data Platform中推出全新的企业数据云服务
基于TIDA-00982型号的非军用无人机、机器人或 RC 2S1P 电池管理解决方案参考设计
可调电阻怎么接线
利用光化学反应实现三维纳米材料的高分辨率制造
泛林集团推出开创性的选择性刻蚀设备组合，以加速芯片制造商的3D路线图
关于Linux字符设备基本类型
努比亚红魔5G“火星红”配色曝光 专为手游女玩家设计
从停滞到解禁，人工智能的开荒记正式开始
微机电系统（mems）使用最初为集成电路（ic）开发的技术在硅上蚀刻和制造。微加工喷墨喷嘴可能是第一个，然而，自 1990 年代以来，mems 技术创造了各种传感器和其他机电设备，包括麦克风。
mems麦克风体积小、价格实惠且随时可用。麦克风元件本身不到 1 毫米，通常要小得多。大多数采用表面贴装ic外壳，包括带模拟或数字输出的放大电路。如图1所示，音频信号的输入端口可以位于封装mems ic的顶部或底部。
图1. mems麦克风的声音端口位于顶部（左）或底部（右）。图片［修改］由意法半导体提供
大多数麦克风都是消费级的，具有良好的音质，尽管不等于用于专业音频的麦克风。
mems麦克风如何工作？模拟与数字麦克风输出
所有麦克风都以模拟音频信号开始，并使用前置放大器（有时称为缓冲器）将音频提升到可用但仍然较低的电平。许多人使用电容式传感器技术，这将在下一节中介绍。它们包括用于将电容变化转换为电信号的附加电路。
微机电系统麦克风模拟输出
模拟麦克风将增强信号直接发送到输出端。有两种输出方式 - 单端和差分。差分系统有两个彼此异相 180 度的输出。模拟麦克风具有三个或四个引脚：电源、公共（接地）和一个或两个输出，具体取决于输出是单端还是差分。
电源始终由单个正电源供电。这会在输出端产生直流失调，应由电容去耦，如图2所示。
图2. 模拟输出麦克风。
电源电压通常在 1.8 至 3.5 v 之间，典型直流偏移为 0.8 至 1.5 v。
mems麦克风数字输出
具有数字输出的mems麦克风执行模数（a/d）转换，将放大的模拟音频信号更改为数字信号。大多数使用δ-σ转换来产生pdm（脉冲密度调制）输出，如图3所示。
图3.脉冲密度调制。当音频信号高时，高脉冲（蓝色）具有更高的密度。图片由 mynewmicrophone.com 提供
脉冲密度（即逻辑上较高的脉冲百分比）与电压成正比。这不是你通常认为的数字，因为没有创建数字词，只是脉冲。脉冲流可以通过简单地通过低通滤波器来解码，尽管通常使用微处理器程序或音频编解码器（编码器/解码器）。
大多数数字输出mems麦克风有五个引脚，如图4所示：
权力
公共（接地）
输出
时钟输入
l/r（左/右）选择
图4.数字输出麦克风用于立体声系统。
l/r 选择如何工作？如果并接高（左），则在时钟变为高电平后发送 a/d 输出。如果为低电平，则数据遵循低时钟转换。这样，左右输出可以通过同一数据线发送。
一些麦克风使用i2s（ic间声音）标准，该标准最初由飞利浦半导体（现为恩智浦半导体）创建。与pdm一样，它具有时钟和l / r选择输入，但输出是数字字，而不是调制脉冲。同样，与pdm一样，它可以通过微处理器软件或i2s codec进行解码。此外，它不能被低通滤波器解码。
微机电系统麦克风技术
大多数mems麦克风使用电容式传感器技术。硅结构中的薄镀膜随着声音振动，产生不同的电容。电容器的第二块板位于硅中的固定表面上。ic中的电荷泵为电容器产生高直流电压。ic电路将电容变化转换为代表mems膜上音频信号的电信号。
最近，一些制造商已经使用压电传感元件制造了麦克风。压电元件的运动产生音频电压。这些公司声称比电容式具有一些优势，但对于大多数应用，您使用哪种技术并不重要。
您可能还会看到术语“硅麦克风”。这不是第三种技术，只是描述硅mems麦克风的不同方式。
微机电系统麦克风封装
麦克风元件及其电路不在同一硅芯片上。它们的制造技术差异太大，无法将它们一起制造。相反，麦克风和单独的asic（专用集成电路）组合在同一封装中，通过引线键合连接，如图5所示。
图5. 带有顶部声音端口的mems麦克风封装。图片由 cui devices 提供
mems麦克风采用类似ic的封装，用于表面贴装组装。当然，它们需要端口来允许声音进入。如前面的图 1 所示，顶部和底部端口可用。图5是顶部端口mems麦克风的示例。如果使用带有底部端口的麦克风，则必须在其下方的电路板上开一个孔，如图6所示。
图6. 带有底部声音端口的mems麦克风封装。图片由意法半导体提供
mems麦克风的pcb安装
标准回流焊接技术可用于将mems麦克风连接到pcb。但是，当然，您必须小心，以防止污染物进入声音端口。在清洁过程中，您可能需要用胶带或密封端口。
如果使用真空拾音器，请勿让它们接触声音端口。此外，请勿将空气吹入端口或将麦克风暴露在真空中。最后，在设计中，将电源至公共旁路电容放置在尽可能靠近麦克风的位置。0.1 uf陶瓷电容通常是电源去耦的不错选择。
微机电系统麦克风一般规格
大多数mems麦克风都有类似的规格。以下是一些典型值。敏感性令人困惑，所以让我们先尝试处理它。
模拟输出灵敏度（典型值）：-38 dbv，94 db 声压级，1 khz
数字输出灵敏度（典型值）：-26 db fs，94 db spl，1 khz
让我们更详细地了解每个规范的含义。
dbv 表示以 1 v 基准电压源为基准的分贝。-38 dbv相当于12.6 mv。
db fs 表示以 a/d 转换器满量程为基准的分贝。
声压级 表示 声压级。根据一篇在线文章，3英尺外的正常对话约为40至60 db spl。耳朵处的 85 db 声压级会导致听力损伤。因此，94 db spl是一个很高的值。
在正常的语音电平下，模拟麦克风的输出将是低毫伏，而数字将远低于满量程。在某种程度上，这是一件好事，因为它为响亮的声音留下了很大的动态余地。
频率响应：低端通常为 80 或 100 hz，最高可达 10 或 15 khz。适合语音，适用于大多数音频。有些下降到 20 hz。在高端，响应在较高频率下增加，在30至40 khz附近出现明显的超声共振峰值。在此之上，响应下降。
工作温度：大多数为-40至+85°c。
电源电压：从 1.5 或 2 v 到 3 或 3.6 v。规格各不相同。
尺寸：3 x 4 毫米或更小，高约 1 至 1.5 毫米。大多数使用相同的表面贴装焊盘图案。
与往常一样，请检查您计划使用的麦克风的规格。
mems技术在包括麦克风在内的传感器方面取得了惊人的进步。mems麦克风通常设计用于电路板安装，不仅包括麦克风，还包括支持具有模拟或数字输出的电路。我们回顾了基本技术、模拟和数字输出、物理封装和典型规格。
mems麦克风价格低廉，十几家制造商都可以广泛使用。您可以在您最喜欢的电子分销商处找到它们。有些低至一美元左右，数量很少。对于业余爱好者来说，也有分组讨论板。
i7和i9的处理器有什么区别
努比亚Z17和荣耀8哪个值得买？努比亚Z17和荣耀8的区别分析
动环监控系统方案简介
利用3D打印技术制作电动三轮车
苹果虚拟现实技术升级 未来或用于AR导航
MEMS 麦克风技术简介 — 模拟麦克风与数字麦克风
5G技术+AI技术开启万物智能时代
如何利用STM8S单片机实现一键式的开关机功能
吉拓网络签约英国会议话筒专家品牌ClockAudio ,成为中国大陆区总代理
C语言与C#的区别
人工智能在2018如何落地
支持快充功能的到底是充电线还是充电头
Cloudera宣布将在 Cloudera Data Platform中推出全新的企业数据云服务
基于TIDA-00982型号的非军用无人机、机器人或 RC 2S1P 电池管理解决方案参考设计
可调电阻怎么接线
利用光化学反应实现三维纳米材料的高分辨率制造
泛林集团推出开创性的选择性刻蚀设备组合，以加速芯片制造商的3D路线图
关于Linux字符设备基本类型
努比亚红魔5G“火星红”配色曝光 专为手游女玩家设计
从停滞到解禁，人工智能的开荒记正式开始