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发表于 2010-4-15
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发展、可重复性和稳定性
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MEMS麦克风已发展到很高的水平,它已成为很多要求小尺寸和高性能的音频捕捉应用的默认选择,但大部分商用级麦克风并不适合助听器行业,因为后者要求小得多的器件、更低的功耗、更好的噪声性能以及更高的可靠性、环境稳定性和器件间可重复性。MEMS麦克风技术现在已经能够满足上述所有要求:超小型封装、极低功耗以及极低的等效输入噪声。* y) ~4 @' h) `
) O0 V" S! j4 N. ] 硅制造工艺的严格控制措施令MEMS麦克风的稳定性和器件间性能差异显着优于ECM.图4所示为相同型号的数个MEMS麦克风的归一化频率响应,图5所示为不同ECM的归一化频率响应。各MEMS麦克风的频率响应几乎一致,而ECM的频率响应则显示出相当大的器件间差异,尤其是在高频和低频时。! O1 Z9 U9 V( I v) H4 o
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4 x, p0 I4 u$ n$ O! w* D 图4. 数个MEMS麦克风的频率响应4 e2 X( k% X' s H
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图5. 三组ECM麦克风的频率响应
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MEMS麦克风还表现出卓越的宽温度范围稳定性。图6所示为环境温度在-40°C至+85°C之间改变时灵敏度的变化。黑线显示:在MEMS麦克风的温度范围内,灵敏度变化小于0.5 dB;而ECM则表现出最多8 dB的变化。
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( w5 \9 v$ Y. \2 l. v 图6. 对振动的灵敏度与温度的关系:MEMS与ECM- o3 U: X) b$ B/ t; [# P
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相比于ECM,MEMS麦克风设计的电源抑制性能显着提高,典型电源抑制比(PSRR)优于-50 dB.在ECM上,输出信号和偏置电压(电源)共用一个引脚,电源上的任何纹波都会直接出现在输出信号上。MEMS麦克风优异的PSRR为音频电路设计提供的自由度是ECM无法比拟的。器件数量和系统成本得以降低。
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5 h$ ?0 c0 k9 v, L2 B& G 在助听器之类电池供电的微型应用中,每毫瓦功耗都至关重要。当助听器正在工作时,麦克风无法通过周期供电来节省功耗。因此,麦克风的工作功耗极为重要。采用典型的锌空气电池电压(0.9 V-1.4 V)供电时,助听器所用典型ECM麦克风的功耗为35 μA。而在相同电压下,助听器所用MEMS麦克风的功耗可以降至一半,使得助听器装一次电池可以使用更长时间。8 O& x# D) [6 y
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最新一代MEMS麦克风拥有助听器行业要求的出色噪声和功耗性能。ADI公司利用20多年的MEMS技术经验来打造可用于助听器市场的高性能麦克风。典型全向MEMS麦克风的等效输入噪声(EIN)特性为27.5 dB SPL(A加权、8 kHz带宽),适合助听应用。1/3倍频程EIN噪声性能通常用于指定助听器用麦克风,在低频时非常出色,如图7所示。实现如此高的噪声性能只需17 μA功耗(采用典型助听器电池电压)。麦克风提供微型封装,总体积小于7.5 mm3,如图8所示。
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9 b( ^. X) |; w; P0 w2 n" O1 s 图7. MEMS麦克风的1/3倍频程噪声
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* n: q1 C- I" v' @1 }8 G/ l 图8. 助听器用全向MEMS麦克风 a) 仰视图;b) 俯视图;c) 便于手工焊接的封装俯视图
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结论
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1 `8 h/ c0 `7 X 新型高性能、低功耗MEMS麦克风证明它将是适用于助听器的下一代麦克风技术。MEMS麦克风在性能上可与许多助听器ECM相竞争,并在很多方面超过ECM技术,例如可重复性、稳定性、尺寸、可制造性和功耗等。MEMS麦克风是助听器的未来,而未来已经到来。 |
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