MEMS麦克风的基本原理教学教材
来自ST的MEMS麦克风使用指南,含参数计算
February 2017DocID025704 Rev 2 1/20 AN4426 Application note Tutorial for MEMS microphonesIntroductionThis application note serves as a tutorial for MEMS microphones, providing general characteristics of these devices, both acoustic and mechanical, as well as summarizing the portfolio available from ST. MEMS microphones target all audio applications where small size, high sound quality, reliability and affordability are key requirements.ST's MEMS microphones are designed, developed and manufactured within ST, creating an industry-unique, vertically integrated supply chain. Both analog and digital-input, top and bottom-port solutions are available.Our best-in-class AOP and SNR make ST’s MEMS microphones suitable for applications that require a very high dynamic range, improving the audio experience in any environment. Matching very tightsensitivity allows optimizing beamforming and noise cancelling algorithms for multi-microphone arrays. Low power consumption allows extending battery life.Contents AN4426 Contents1Mechanical specifications, construction details (4)2Acoustic parameters (11)2.1Sensitivity (11)2.2Directionality (11)2.3SNR (12)2.4Dynamic range and acoustic overload point (12)2.5Equivalent input noise (13)2.6Frequency response (15)2.7Total harmonic distortion (16)2.8PSRR and PSR (16)3MEMS microphone portfolio (17)4Revision history (19)2/20 DocID025704 Rev 2AN4426 List of figures List of figuresFigure 1: MEMS microphone inside package (4)Figure 2: MEMS transducer mechanical specifications (4)Figure 3: Capacitance change principle (5)Figure 4: 4 x 5 package (5)Figure 5: 3 x 4 metal cap package - bottom port (6)Figure 6: 3 x 4 package - top port (6)Figure 7: 2 x 3 package - bottom port (7)Figure 8: Faraday cage in ST’s MEMS microphones (7)Figure 9: RF immunity simulation (8)Figure 10: EMC test setup (8)Figure 11: RF test disturbance signal with sinusoidal pattern (9)Figure 12: RF immunity test results - MP34DT04 (9)Figure 13: RF test disturbance signal @ 217 Hz burst pattern (10)Figure 14: RF immunity of analog differential microphones (10)Figure 15: Omnidirectional microphone (11)Figure 16: A-weighted filter response (12)Figure 17: Acoustic and electrical relationship - analog (13)Figure 18: Acoustic and electrical relationship - digital (14)Figure 19: MP45DT02-M frequency response (15)Figure 20: MEMS microphone portfolio (17)Figure 21: MEMS microphone notation (17)DocID025704 Rev 2 3/201 Mechanical specifications, construction detailsA microphone is a dual-die device consisting of two components, the integrated circuit andthe sensor, which are housed in a package using techniques that are proprietary to ST.ASICintegratedThe sensor uses MEMS technology (Micro-Electrical-Mechanical Systems) and it isbasically a silicon capacitor. The capacitor consists of two silicon plates/surfaces. Oneplate is fixed while the other one is movable (respectively, the green plate and the grey oneshown in the following figure). The fixed surface is covered by an electrode to make itconductive and is full of acoustic holes which allow sound to pass through. The movableplate is able to move since it is bonded at only one side of its structure. A ventilation hole,allows the air compressed in the back chamber to flow out and consequently allows themembrane to move back. The chamber allows the membrane to move inside but also, incombination with the chamber created by the package will affect the acoustic performanceof the microphones in terms of frequency response and SNR.Figure 2: MEMS transducer mechanical specificationsSo basically the microphone MEMS sensor is a variable capacitor where the transductionprinciple is the coupled capacitance change between a fixed plate (back plate) and amovable plate (membrane) caused by the incoming wave of the sound.4/20 DocID025704 Rev 2Figure 3: Capacitance change principleThe integrated circuit converts the change of the polarized MEMS capacitance into a digital (PDM modulated) or analog output according to the microphone type. Finally the MEMS microphone is housed in a package with the sound inlet placed in the top or in the bottom part of the package, hence the top-port or bottom-port nomenclature of the package. ST manufactures microphones using industry-wide techniques, but also has developed innovative packaging to achieve improved performance of the microphones. Packaging techniques will be discussed in further detail.The 4x5 package is widely used to house the digital microphone MP45DT02-M. It is a common packaging technique in a top-port configuration where the ASIC is placed under the sound inlet with glue on top (glob top) in order to protect the circuit from light and the MEMS sensor is placed beside the integrated circuit. The two silicon components are fixed to the substrate and the pads of the device are on the bottom side. The resonant chambers are identified depending on the position of each chamber with respect to the membrane and the incoming sound. In this case, considering the incoming direction of the sound, the front chamber is created by the package and the chamber inside the MEMS, behind the MEMS membrane, is the back chamber. This configuration allows protecting the MEMS from dust and particles falling into the package but results in a low SNR and frequency response with a peak in the audio band.Figure 4: 4 x 5 packageThe 3x4 package is used in ST to produce both the bottom and the top-port digital microphones, MP34DB02 and MP34DT01-M, MP34DT04/-C1, and MP34DT05. Considering the bottom configuration first, this structure is depicted in the following figure. The ASIC and the MEMS sensor are fixed to the substrate and the pads of the device are on bottom side as well. The sound inlet is obtained by drilling the substrate according to the position of the MEMS sensor. The package encloses all the components. In this configuration the front chamber is the cavity of the MEMS sensor and the package creates the back chamber. This design optimizes the acoustic performance of the microphone in terms of SNR and also allows obtaining a flat response across the entire audio band. The drawback of this solution is represented by the assembly of this microphone. Usually theDocID025704 Rev 2 5/20bottom-port microphones are soldered on the PCB. The thickness of the board modifies thevolume of the front chamber, degrading the flat response of this type of microphone (referto AN4427, “Gasket design for optimal acoustic performance in MEMS microphones” fordetails). In order to minimize the artifacts caused by this environment, a flex cable isrecommended to be used. Additionally, the bottom-port microphones have a ringed metalpad around the hole. A very careful soldering process is required to avoid dust or solderingpaste from entering in the sound port, damaging the MEMS membrane.Figure 5: 3 x 4 metal cap package - bottom portThe 3x4 top-port configuration is basically a mirrored bottom-port microphone. The ASICand the sensor are placed close to each other, the sensor is still under the sound inlet butthese two components are attached to the top of the structure, in other words, the ASICand MEMS are fixed to the package lid, not to the substrate. The pads are on the substrateand thus on the bottom side of the microphone. This configuration, covered by ST patents,allows optimizing all the benefits of the bottom-port microphone in terms of acousticperformance (i.e. maximized SNR and flat band) and all the benefits related to the top-portconfiguration during the assembly process.Figure 6: 3 x 4 package - top port6/20 DocID025704 Rev 2A smaller package, 2.5 x 3.35 mm, has been introduced in ST's product portfolio (for simplicity referred to as 2x3, see Figure 7: "2 x 3 package - bottom port"). This package is a bottom-port configuration with the same internal construction as the 3 x 4 bottom-port package and it is used for the analog differential microphones MP23AB01DM/DH and analog single-ended microphone MP23AB02B. As a result of the 2x3 bottom-port package and differential output configuration, the MP23AB01DH is the best microphone provided by ST in terms of SNR and AOP.Figure 7: 2 x 3 package - bottom portMEMS microphones housed in a plastic package are protected from radiated disturbances by embedding in the plastic package a metal shield which serves as a Faraday cage. The model in the following figure shows how the Faraday cage is implemented in ST’s plastic packages.Figure 8: Faraday cage in ST’s MEMS microphonesThe next figure shows the simulation of an electric field in open space. By applying an electric field source outside the microphone package, the Faraday cage is able to considerably attenuate the field inside the microphone structure. The temperature grade of the E field is an easy way to plot the results.DocID025704 Rev 2 7/20Figure 9: RF immunity simulationIn addition to the simulation, ST has a dedicated test to evaluate immunity, “Microphonedurability to EMC disturbances”.Microphones are subjected to RF disturbances using a proper jig with the following setup.Basically the test consists of placing the microphone under an antenna radiating adisturbance signal of 1 kHz AM modulated in the range [0.8, 3] GHz. The RF amplitudediffers depending on the frequency range according to the following criteria:•+33 dBm in the range [0.8, 2.4]•+17 dBm in the range [2.4, 3.0]8/20 DocID025704 Rev 2Figure 11: RF test disturbance signal with sinusoidal patternThe carrier of the disturbance is 1 kHz since it is an audio signal. Hence, the RF immunity of the microphone is evaluated by measuring the residual of the carrier at the output of the microphone. The next figure shows the result of the peak at 1 kHz measured when applying the RF disturbance on top of an MP34DT04.In parallel with the sinusoidal pattern, another 217 Hz burst pattern used to test the RF immunity is shown in the following figure.•The RF amplitude (power): +33 dBm•Carrier frequency: 700 MHz ~ 2.5 GHz•GSM burst frequency: 217 Hz pattern (see below)DocID025704 Rev 2 9/20Figure 13: RF test disturbance signal @ 217 Hz burst patternFigure 14: RF immunity of analog differential microphones10/20 DocID025704 Rev 2AN4426Acoustic parametersDocID025704 Rev 211/202Acoustic parameters2.1SensitivityThe sensitivity is the electrical signal at the microphone output to a given acoustic pressure as input. The reference of acoustic pressure is 1 Pa or 94 dBSPL @ 1 kHz. The sound pressure level, expressed in decibel, dBSPL=20*Log(P/Po) where Po = 20 µPa is the threshold of hearing. 20*Log(1Pa/20µPa) = 94 dBSPL • For analog microphones the sensitivity is expressed in mV RMS /Pa or dBV/Pa •For digital microphones the sensitivity is expressed in dBFSdBV ≠ dBFS. It is not correct to compare different units. As given in the above equations, dBV is in reference to 1V RMS instead of dBFS where the reference is the digital full scale.2.2 DirectionalityThe directionality indicates the variation of the sensitivity response with respect to thedirection of the arrival of the sound. MEMS microphones from ST are omnidirectional which means that there is no sensitivity change to every different position of the source of thesound in space. The directionality can be indicated in a Cartesian axis as sensitivity drift vs. angle or in a polar diagram showing the sensitivity pattern response in space.The following figure depicts the directionality in these two reference systems.Figure 15: Omnidirectional microphoneAcoustic parametersAN442612/20DocID025704 Rev 22.3 SNRThe signal-to-noise ratio specifies the ratio between a given reference signal to the amount of residual noise at the microphone output. The reference signal is the standard signal at the microphone output when the sound pressure is 1Pa @ 1 kHz (microphone sensitivity). The noise signal (residual noise) is the microphone electrical output at silence.This parameter includes both the noise of the MEMS element and the ASIC. Concerning this sum, the main contribution to noise is given by the MEMS sensor, the integrated circuit contribution can be considered negligible. Typically, the noise level is measured in an anechoic environment and A-weighting the acquisition. The A-weighted filter corresponds to the human ear frequency response.Figure 16: A-weighted filter response2.4 Dynamic range and acoustic overload pointThe dynamic range is the difference between the minimum and maximum signal that the microphone is able to generate as output. • The minimum signal is the smallest audio signal that the microphone can generate distinctly from noise. In other words, the minimum signal is equivalent to the residual noise.•The maximum audio signal is that which the microphone can generate withoutdistortion. It is also called acoustic overload point (AOP). Actually, the specification allows up to 10% in terms of distortion at the acoustic overload point.AN4426 Acoustic parameters2.5 Equivalent input noiseA microphone is a sound-to-electricity transducer which means that any output signalcorresponds to a specific sound as input. The equivalent input noise (EIN) is the acousticlevel, expressed in dBSPL, corresponding to the residual noise as output.For example, a digital microphone with a sensitivity of -26 dBFS and a 63 dB as SNR:Residual noise = -26 - 63 = -89 dBFS this sum transposed in the acoustic domain is:EIN = 94 - 63= 31 dBSPLThe following figures summarize the relationship between the acoustic and electricdomains related to each of the parameters listed above. Figure 17: "Acoustic and electricalrelationship - analog" and Figure 18: "Acoustic and electrical relationship - digital" illustratethis for analog and digital microphones, respectively.Figure 17: Acoustic and electrical relationship - analogDocID025704 Rev 2 13/20Acoustic parametersAN442614/20DocID025704 Rev 29030-90-3094dBSPL AOPS N R =63d B-26dBFSD y n a m i c R a n g e =89d BSensitivity EIN Residual noiseAN4426 Acoustic parameters 2.6 Frequency responseThe frequency response of a microphone in terms of magnitude indicates the sensitivityvariation across the audio band. This parameter also describes the deviation of the outputsignal from the reference 0 dB. Typically, the reference for this measurement is exactly thesensitivity of the microphone @ 0 dB = 94 dBSPL @ 1 kHz. The frequency response of amicrophone can vary across the audio frequency band depending on three parameters: theventilation hole, the front chamber geometry, and back chamber geometry. The ventilationhole and the back chamber geometry have an impact on the behavior at low frequencieswhile the behavior at high frequencies depends on the geometry of the front chamber only.Behavior at high frequencies can be a resonance peak caused by the Helmholtz effect.This resonance is the phenomenon of air resonance in a cavity. As a matter of fact, itdepends on the dimension of the front chamber of the microphone, representing the soundcavity in which the air resonates. A microphone with a flat frequency response is suitablewhen natural sound and high intelligibility of the system is required. The following figureshows the response of the MP45DT02-M. It shows a roll-off at low frequencies and a peakaround 18 kHz caused by the large front chamber of this microphone.Figure 19: MP45DT02-M frequency responseThe frequency response of a microphone in terms of phase indicates the phase distortionintroduced by the microphone. In other words, the delay between the sound wave movingthe microphone membrane and the electrical signal at the microphone output results in thatthis parameter includes both the distortion due to the membrane and the ASIC.DocID025704 Rev 2 15/20Acoustic parametersAN442616/20DocID025704 Rev 22.7 Total harmonic distortionTHD is the measurement of the distortion affecting the electrical output signal of themicrophone given an undistorted acoustic signal as input. THD+N is expressed as a ratio of the integer in a specified band of the power of the harmonics plus the power of noise and the power of the undistorted signal (fundamental). Equation 1TTTTTT +NN (%)=∑PPPPPPPPPP (TTHHPPHHPPHHHH HH HH )+PPPPPPPPPP (NNPPHH HH PP )NN nn−1PPPPPPPPPP (FFFFHHFFHHHHPPHHFFHHFF )Typically ST indicates the THD+N measured in the (50 Hz - 4 kHz) band for a given undistorted signal 1 kHz @ 100 dBSPL.2.8 PSRR and PSRPSRR indicates the capability of the ASIC to reject noise added to the supply voltage. To evaluate this parameter, a tone of V IN = 100 mVpk-pk @ 217 Hz (GSM switching frequency in phone applications) is added to the power supply and then the amplitude of the output is measured. The added noise can be either a square wave or sinusoidal wave. Typically the square wave is preferred since it is the worst case.PSRR is the ratio of the residual noise amplitude at the microphone output (V OUT @ 217 Hz) to the added spurious signal on the supply voltage. It is typically expressed in dB as given in the equation below: Equation 2PPPPPPPP =20 xx log �(VV OOOOOO @217TTHH )(VV IINN @217TTHH )�The capability of the integrated circuit to reject noise added to the supply voltage can also be expressed with another parameter that is the PSR. Basically it is simply a measurement of the output when noise of 100 mVpk-pk @ 217 Hz is superposed to the supply voltage. Consequently expressed in dB as given in the equation below: Equation 3 PPPPPP =20 xx log[VV OOOOOO @217TTHH ]To evaluate either the PSRR or PSR, proper sealing of the sound inlet or measurements performed in an anechoic chamber are recommended to avoid mixing the superimposed noise with that of the noise floor of the output. Finally, in the microphone datasheets PSR is commonly given instead of PSRR.AN4426 MEMS microphone portfolio3 MEMS microphone portfolioFigure 20: MEMS microphone portfolioST’s portfolio includes digital and analog microphones. The commercial products arenamed using the notation depicted in the following figure.Figure 21: MEMS microphone notationDocID025704 Rev 2 17/20MEMS microphone portfolio AN442618/20DocID025704 Rev 2The following table provides a complete overview of the microphones offered by ST. Additionally it serves as a summary for selecting the appropriate microphone among the ST portfolio as the features of both digital and analog microphones are given.Table 1: Features of MEMS microphonesParameter MP45DT02-M MP34DB02 MP34DT01-M MP34DT04 MP34DT04-C1 MP34DT05 MP23AB02B MP23AB01DM MP23AB01DH Sensitivity -26 dBFS -26 dBFS -26 dBFS -26 dBFS -26 dBFS -26 dBFS -38 dBV -38 dBV -38 dBV Directivity OmnidirectionalOmnidirectional OmnidirectionalOmnidirectionalOmnidirectionalOmnidirectionalOmnidirectionalOmnidirectionalOmnidirectionalSNR 61 dB 62.5 dB 61 dB 64 dB 64 dB 64 dB 64 dB 64 dB 65 dB AOP 120 dBSPL 120 dBSPL 120 dBSPL 120 dBSPL 120 dBSPL 122 dBSPL 125 dBSPL 130 dBSPL 135 dBSPL EIN 33 dB 31.5 dB 33 dB 30 dB 30 dB 30 dB 30 dB 30 dB 29 dB THD+N <5% @ 115 dBSPL <5% @ 115 dBSPL <2% @ 115 dBSPL <5% @ 115 dBSPL <5% @ 115 dBSPL <6% @ 120 dBSPL <2% @ 120 dBSPL <10% @ 130 dBSPL <5% @ 130 dBSPL PSR -70 dB -86 dB -70 dB -70 dB -70 dB -72 dB -70 dB -85 dB -100 dB Max. current consumption 650 µA 650 µA 600 µA 700 µA 700 µA 650 µA 220 µA 250 µA 250 µA Package dimensions 3.76x4.76x1.25mm3x4x1mm 3x4x1.06mm 3x4x1.095mm 3x4x1.095mm 3x4x1mm 2.5x3.35x0.98mm 2.5x3.35x0.98mm 2.5x3.35x0.98mm Port location Top port Bottom port Top port Top port Top port Top port Bottom port Bottom port Bottom port Operating temperature-30°C<T<+85°C-40°C<T<+85°C-40°C<T<+85°C-40°C<T<+85°C-40°C<T<+85°C-40°C<T<+85°C-40°C<T<+85°C-40°C<T<+85°C-40°C<T<+85°CAN4426Revision historyDocID025704 Rev 219/204 Revision historyTable 2: Document revision historyDate RevisionChanges09-Jan-20141Initial release14-Feb-2017 2Updated part numbers throughout documentUpdated "Introduction" and Section 1: "Mechanical specifications, construction details"Updated Figure 5: "3 x 4 metal cap package - bottom port", Figure 20: "MEMS microphone portfolio", Figure 21: "MEMS microphone notation"Added Figure 7: "2 x 3 package - bottom port",Figure 13: "RF test disturbance signal @ 217 Hz burst pattern", Figure 14: "RF immunity of analog differential microphones" Updated Table 1: "Features of MEMS microphones"AN4426IMPORTANT NOTICE – PLEASE READ CAREFULLYSTMicroelectronics NV and its subsidiaries (“ST”) reserve the right to make changes, corrections, enhancements, modifications, and improvements to ST products and/or to this document at any time without notice. Purchasers should obtain the latest relevant information on ST products before placing orders. ST products are sold pursuant to ST’s terms and conditions of sale in place at the time of order acknowledgement.Purchasers are solely responsible for the choice, selection, and use of ST products and ST assumes no liability for application assistance or the design of Purchasers’ products.No license, express or implied, to any intellectual property right is granted by ST herein.Resale of ST products with provisions different from the information set forth herein shall void any warranty granted by ST for such product.ST and the ST logo are trademarks of ST. All other product or service names are the property of their respective owners.Information in this document supersedes and replaces information previously supplied in any prior versions of this document.© 2017 STMicroelectronics – All rights reserved20/20 DocID025704 Rev 2。
MEMS(数字)麦克风基本知识
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麦克风.
二、生产组装
传统驻极体麦克风，零部件繁多，生产工艺工序人工因素多，产 品性能一致性及品质一致性差。硅麦克风，全自动化生产，产品性能 一致性及品质一致性高。 传统ECM麦克风配件结构图 硅麦克风配件结构图
三、声学的电气参数的稳定度
传统驻极体麦克风，采取高电压将电荷驻存在驻极体材料上的工作原理， 电荷易受环境和使用条件影响，造成电荷逃逸，灵敏度降低。 硅麦克风采用偏置电压工作原理，无需驻存电荷，无需驻极体材料，产 品稳定性好。
Part to Part Matching:Magnitude and Phase Response
ECM vs. MEMS麦克风
一、表面贴装
相对于传统驻极体麦克风，具有耐高温、耐回流焊特性，可以直 接使用SMT生产方式组装，减少了烦琐的手工、半自动装配、电气性 能测试、返工等一系列生产成本，生产效率显著提高。
ECM的结构
驻极体麦克风由隔膜、驻极体、垫圈、外壳、背电极、 印制板、场效应管等7部分组成，其中最主要的部件为一片 单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电 极（即背电极）。其中驻极体面与背电极相对，中间有一个 极小的空气隙，它和驻极体构成了绝缘介质，而背电极和驻 极体上的金属层则构成一个平板电容器。
工艺步骤
从微机电麦克风的制造来看就目前的技术层面而言，集成 CMOS电路的MEMS元件可分为三种。Pre-CMOS MEMS 工艺：先 制作MEMS结构再制作CMOS元件；Intra-CMOS MEMS 工艺： CMOS与MEMS元件工艺混合制造；Post-CMOS MEMS 工艺：先实 现CMOS元件，再进行MEMS结构制造。一般而言，前两种方法 无法在传统的晶圆厂进行，而Post-CMOS MEMS 则可以在半导 体晶圆代工厂进行生产。 在Post-CMOS MEMS 工艺中需特别注意，不能让额外的热 处理或高温工艺影响到CMOS组件的物理特性及MEMS的应力状 态，以免影响到振膜的初始应力。鑫创科技公司克服了诸多 的技术难题，完全采用标准的CMOS工艺来同时制造电路元件 及微机电麦克风结构。
一种MEMS芯片及其制作方法、MEMS麦克风与流程
一种MEMS芯片及其制作方法引言MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）芯片是一种集成了微观机械部件、电学元件和电子集成线路的微型器件。
它在现代电子技术中具有广泛的应用，如加速计、压力传感器、麦克风等。
本文将介绍一种基于MEMS技术的芯片及其制作方法。
背景MEMS芯片的发展源于集成电路技术的快速进展。
通过微电子加工工艺，可以将微观机械结构与电路部件相结合，从而实现功能更加复杂的微型器件。
在MEMS芯片中，传感器是常见的元件之一，而MEMS麦克风则是其中的重要应用之一。
MEMS麦克风MEMS麦克风是一种利用MEMS技术制作的微型麦克风。
它具有体积小、功耗低、灵敏度高等优点，广泛应用于消费电子产品、通信设备等领域。
下面将介绍一种MEMS麦克风的制作方法。
制备MEMS麦克风的流程1.基底制备：首先，选择适合的基底材料，常见的有硅（Si）基底。
然后，使用光刻工艺在基底表面形成薄膜层，通常使用光刻胶和掩膜进行图案定义。
2.薄膜沉积：在基底表面沉积一层薄膜，常见的材料包括金属薄膜、多层金属膜等。
薄膜沉积可以使用物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）等方法。
3.薄膜刻蚀：使用光刻工艺和刻蚀工艺将薄膜层进行图案定义和刻蚀，形成MEMS麦克风的微结构。
4.封闭结构：在微结构形成后，使用封闭工艺封闭MEMS麦克风的结构，保护内部部件免受环境影响。
5.封装：将封闭的MEMS麦克风器件进行封装，通常使用注塑成型或裸芯片直接封装等方式。
制备MEMS麦克风的优势制备MEMS麦克风采用了先进的微纳加工技术，具有以下优势：•小尺寸：MEMS麦克风的尺寸小，可以实现更小型化的产品设计。
•低功耗：由于MEMS麦克风的特殊结构，功耗较低，有利于延长电池寿命。
•高灵敏度：MEMS麦克风的微结构可以实现高灵敏度的声音接收，能够捕捉到更多细节。
•可靠性高：制备过程中采用精密的工艺控制和封装技术，提高了MEMS麦克风的可靠性。
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麦克风工作原理及应用于助听器的前景
MEMS麦克风工作原理及应用于助听器的前景因为人口老龄化和听力丧失人群的显然增强，助听器市场不断增长，但其惹眼的形状和很短的电池寿命让许多人失去爱好。
随着听力丧失现象变得越发常见，人们将寻求越发小巧、更有效、更高品质的助听器。
助听器信号链的前端是麦克风，它检测语音和其他环境噪声。
因此，充实音频捕获可以提高信号链整体的性能并降低功耗。
麦克风是把声学信号转换为电信号以供助听器音频信号链处理的。
有许多技术可用于这种声电转换，但麦克风是其中尺寸最小、精度最高的一类麦克风。
电容麦克风中的薄膜随着声学信号而运动，这种运动引起电容变幻，进而产生电信号。
驻极体电容麦克风(ECM)是助听器中用法最广泛的技术。
ECM采纳可变电容，其一个板由具有永远电荷的材料制成。
ECM在当今助听行业声名显赫，但这些设备背后的技术自1960年月以来并无多大变幻。
其性能、可重复性以及相对于温度和其他环境条件的稳定性不是十分好。
助听器以及其他注意高性能和全都性的应用，为新型麦克风技术的进展制造了机会。
新技术应该能充实上述缺点，让创造商生产出更高质量、越发牢靠的设备。
微机电系统()技术是电容麦克风变革的中坚力气。
MEMS麦克风利用了过去数十年来硅技术的巨大长进，包括超小型创造结构、精彩的稳定性和可重复性、低功耗，全部这些都已成为硅工业不折不扣的要求。
迄今为止，MEMS麦克风的功耗和噪声水平还是相当高，不宜用于助听器，但满足这两项关键要求的新器件已经浮现，正在掀起助听器麦克风的下一波创新浪潮。
MEMS麦克风工作原理像ECM一样，MEMS麦克风也是电容麦克风。
MEMS麦克风包含一个灵便悬浮的薄膜，它可在一个固定背板之上自由移动，全部元件均在一个硅晶圆上创造。
该结构形成一个可变电容，固定电荷施加于薄膜与背第1页共4页。
MEMS数字麦克风基本知识课件
Packaging/Cutting
Testing / Marking / Taping
Shipping Inspection
Packing
Reliability Test
MEMS Microphone 产品简介
Application of Product
MEMS Wafer Fab. < MEMS Microphone >
Байду номын сангаас
R1
R2 +
Vref
External Gain=-R1/R2 (Set by customer)
Solder Reflow Profile
MEMS Microphone 产品简介
Maximum solder profile: Do not exceed profile listed in this table
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
MEMS Microphone 产品简介
MEMS(数 字)麦克风 基本知识
MEMS Microphone 产品简介
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电容式硅麦克风
MEMS 硅麦克风MEMS 麦克风采用批量化的半导体制作工艺, 具有尺寸小、性能优良、一致性高等特点, 并且易于实现阵列化, 对语音效果实现了较大的提升。
根据制造技术, 麦克风可以分为两种主要类型, 传统的驻极体麦克风和MEMS麦克风。
驻极体麦克风通常由独立的金属部件和聚合物材料制成, 尺寸较大, 不易于集成和大批量生产。
而MEMS 麦克风采用与集成电路工艺兼容的硅微加工技术制成, 尺寸较小, 比较适合集成和大规模量产, 进一步降低了生产成本, 并在性能上也得到了较大的提升.电容式MEMS 麦克风主要由两块平行的导电极板组成（包括固定极板和可动极板）, 当可动极板在声波作用下产生振动时, 改变了两极板间的距离, 从而引起电容值的变化。
那么, 通过专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit, ASIC）可以将电容的变化转换成电压信号。
从设计的角度来说, MEMS麦克风的灵敏度取决于电学灵敏度和机械灵敏度。
其中, 电学灵敏度与偏置电压和极板面积成正比, 与极板间的距离成反比。
因此, 偏置电压越高, 极板面积越大, MEMS 麦克风的电学灵敏度就越高。
但是, 增大极板面积就意味着增大MEMS 麦克风的尺寸, 提升偏置电压就意味着增加功耗, 而且偏置电压也会受到吸合电压的限制而不能任意增大。
因此, 这就需要在尺寸、功耗、灵敏度之间找到一个平衡点, 在不增加尺寸和功耗的前提下进一步提升MEMS 麦克风的灵敏度。
MEMS 麦克风的机械灵敏度与振膜（可动电极）的刚度成正比, 一般来说, 刚度越小的薄膜在声波作用下产生的形变就越大。
因此, 减小振膜刚度可以获得更高的机械灵敏度, 但是在制作过程中, 刚度较小的振膜极易受到外界的影响产生形变甚至破裂。
而且在静电力的作用下, 振膜与固定极板之间会产生一个吸引力, 导致振膜逐渐向固定极板靠近, 当振膜与固定极板接触时的偏置电压称为吸合电压。
MIC基础知识 ppt课件
阮宏飞
NeoMEMs
模拟麦克风输出信号波形
阮宏飞
数字麦克风输出脉冲信号
NeoMEMs
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。
频率响应又称带宽(frequency range)，是指麦克风感应声波 频率的范围，并将声波能量忠实的转换为电子讯号的能力。麦克风 接受到不同频率声音时，输出信号会随着频率的变化而发生放大或 衰减。一般以频率响应曲线图标之。
阮宏飞
NeoMEMs
阮宏飞
NeoMEMs MIC基础知识
灵敏度代表麦克风将声音能量转换成电压后所产生的输出讯 号强度，是在麦克风单位声压激励下输出电压与输入声压的比值。 当输入信号固定时(1kHz)，输出讯号越强识
阮宏飞
NeoMEMs MIC基础知识
Diaphragm
Resistance
Sound waves
Signal
阮宏飞
Back Plate
Battery
NeoMEMs MIC基础知识
传统ECM是在一个金属壳体内，包括一片可移动的永久充电 振膜（高分子聚合材料振动膜）和一片与之平行的刚性背极板 以及场效应晶体管(FET)构成，声波使振膜弯曲，改变振膜和背 极板之间的气隙间距，从而使振膜和背板之间的电容发生改变， 这种改变以交变电压信号的形式输出，可以反映出入声口处声 波的频率和幅度变化。
麦克风教学ppt课件
麦克风的基本使用方法
正确放置
根据麦克风的类型，正确放置在桌面上或使 用支架支撑。
控制录音开始与停止
根据使用的软件或设备，学习如何控制录音 的开始与停止。
调整音量
根据需要调整麦克风的音量，确保声音清晰 。
注意事项
避免将麦克风置于强磁场附近或受到震动， 以免影响音质。
麦克风的常见问题与解决方案
01
02Leabharlann 0304声音失真
检查连接线或更换其他设备尝 试，确保没有硬件故障。
噪音干扰
确保环境安静，或使用降噪技 术减少背景噪音。
录音卡顿
检查录音软件或设备是否兼容 ，或尝试更新软件和驱动程序
。
无法录音
检查录音功能是否开启，并确 保麦克风已正确连接。
03 麦克风的使用技巧
CHAPTER
录音技巧
清晰度
距离控制
声音调整
介绍在演出过程中如何实时 调整麦克风音量、音效等， 以确保演出的声音效果达到 最佳。
网络直播案例
麦克风选择
根据网络直播的需求，介绍适合的麦克风 类型和品牌，以及它们的特点和优缺点。
总结词
网络直播案例主要讲解在网络直播 中如何使用麦克风，包括麦克风选 择、直播软件设置和声音优化等方
面的知识。
音清晰地传递给听众。
录音与制作
在录音棚和音乐制作中，专业 麦克风能够捕捉声音的细节， 为后期制作提供高质量的素材 。
KTV与卡拉OK
在KTV和卡拉OK包房中，麦克 风用于演唱者声音的输入，是 娱乐场合必不可少的设备之一 。
直播与在线教育
在直播和在线教育领域，智能 麦克风和无线麦克风方便携带 ，能够满足用户远程交流和学
麦克风与调音台的连接方式
MEMS麦克风介绍
AAC
MEMS Microphone 产品简介
MEMS 技术简介
MEMS Micro Electromechanical System,即微电子机械 系统 是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接 口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。概括起来MEMS 具有以下几个基本特点,微型化、智能化、多功能、高集成度 和适于大批量生产.
Maximum solder profile: Do not exceed profile listed in this table
Stage
Temperature Profile
Time Maximum
Pro-head
170~180 ℃
120sec.
Solder Melt
Above 230 ℃
100sec.
-42+/-4
* SM0104
3.76 W x4.72 L x1.45 H
-38+/-4
AAC
MEMS Microphone 产品简介
Thank You
The End
Application of Product
MEMS Wafer Fab. < MEMS Microphone >
MEMS Packaging
Cellular Phone CDMA, GSM, PCS , Camcorder Phone, MP3 Phone, PDA Phone etc.
Ear Phone MIC for Headsets, MP3, Bluetooth, etc.
Remended Interface Circuit
AAC MEMS Microphone
Hale Waihona Puke Term4 +Term1
COMS硅麦克风原理
CMOS硅麦克风原理随着智能手机的兴起，对于声音品质和轻薄短小的需求越来越受到大家的重视，近年来广泛应用的噪声抑制及回声消除技术均是为了提高声音的品质。
相比于传统的驻极体式麦克风(ECM)，电容式微机电麦克风采用硅半导体材料制作，这便于集成模拟放大电路及ADC(∑-∆ ADC)电路，实现模拟或数字微机电麦克风元件，以及制造微型化元件，非常适合应用于轻薄短小的便携式装置。
本文将针对CMOS微机电麦克风的设计与制造进行介绍，并比较纯MEMS与CMOS工艺微导入麦克风的差异。
电容式微麦克风原理MEMS微麦克风是一种微型的传感器。
其原理是利用声音变化产生的压力梯度使电容式微麦克风的声学振膜受声压干扰而产生形变，进而改变声学振膜与硅背极板之间的电容值。
该电容值的变化由电容电压转换电路转化为电压值的输出变化，再经过放大电路将MEMS传感器产生得到电压放大输出，从而将声压信号转化成电压信号。
在此必须采用一个高阻抗的电阻为MEMS传感器提供一个偏置电压VPP，借以在MEM S传感器上产生固定电荷，最后的输出电压将与VPP及振膜的形变∆d成正比。
振膜的形变与其刚性有关，刚性越低则形变越大；另一方面，输出电压与d(气隙)成反比，因此气隙越低，则输出电压及灵敏度越优，但这都将受限于MEMS传感器的吸合电压，也就是受限于MEMS传感器静电场的最大极限值(图1)。
CMOS微机电麦克风电路设计在CMOS微麦克风设计中，电路是一个非常重要的环节，它将影响到微麦克风的操作、感测，以及系统的灵敏度。
以图2为例，驻极式电容微麦克风的感应电荷由驻极体材料本身提供的驻极电荷所产生，而凝缩式电容微麦克风则是采用从CMOS的操作电压中抽取一个偏置电压，再通过一个高阻抗电阻提供给微麦克风的声学振膜来提供固定的电荷源。
此时，若声学振膜受到声压驱动而产生位移变化，则电极板(感测端)的电压将会发生变化。
最后，通过电路放大器将信号放大，则可实现模拟麦克风的电路设计；如果再加上一个∑-∆ ADC模数转换电路，便可完成数字麦克风的电路设计(一般数字麦克风的输出信号为1比特PDM 输出)。
麦克风教学ppt课件
如何延长麦克风的寿命
合理使用
按照正确的方法使用麦克风，避免过 度使用或不当使用。
维护保养
定期对麦克风进行维护保养，确保其 正常运行。
更换配件
当麦克风配件（如防风罩、滤网等） 损坏时，应及时更换，以确保麦克风 的正常工作。
注意环境
将麦克风放置在稳定、无震动、无高 温的环境中，以延长其使用寿命。
根据录音设备的最大音量限制，合理设置 录音音量。确保音量足够大，同时避免过 度放大导致失真。
如何使用麦克风进行远程会议
选择合适的远程会议软件
根据需求选择合适的远程会议软件，确保软件支 持麦克风功能。常见的软件包括Zoom、Skype、 WebEx等。
测试麦克风效果
在会议开始前，进行麦克风测试以确保其正常工 作。通过与同事或朋友进行通话测试，检查音质 和音量是否满足要求。
• 适应不同环境：在不同的演唱环境中，可能需要调整麦克风的设置和位置。例 如，在室内演唱时，可以调整麦克风的灵敏度和增益设置以适应房间的声学特 性；在户外演唱时，则需要采取额外的措施来减少噪音和风干扰。
THANK YOU
感谢观看
配置麦克风参数
根据软件要求，正确配置麦克风参数。确保音量 足够大，并且能够清晰地听到每个参与者的声音 。
注意会议礼仪
在远程会议中，要遵循会议礼仪，确保每个参与 者都有平等的机会发言。在使用麦克风发言时， 注意保持适当的音量和语速。
如何使用麦克风进行音乐演唱
• 选择适合的音乐麦克风：根据音乐类型和演唱需求选择适合的麦克风。不同类 型的麦克风具有不同的声音特性和适用场景。例如，动圈麦克风适用于流行音 乐和摇滚乐，而电容麦克风则更适合古典音乐和轻音乐。
MEMS麦克风ppt课件
ADI MEMS Microphones Key Performance
THD @ 115dBL <10% SNR 61dBA Typical PSRR: Analog 70dBV; Digital 80dBFS Frequency Response FLAT 100Hz to
15kHz,no resonant peak Shock Resistance >20k G-force >160dB sound pressure shock Power Consumption:Analog
ECM
电容式麦克风工作原理
PFxV
电容式麦克风的工作原理
Microphone vs. pressure sensor: Pressure sensor messure high(kPa) static
pressure Microphones messure low(mPa)alternating
一、工作原理
MEMS麦克风是通过微机电技术在半 导体上蚀刻压力感测膜片而制成的微 型麦克风，其工作原理与ECM麦克风完 全相同，工艺好比在单一硅晶片上制 作传统麦克风的各个零部件，所集成 的半导体元件有信号放大器、模数转 换器（ADC）和专用集成电路（ASIC）。
一、工作原理
新型麦克风内含两个晶片：MEMS晶片 和ASIC晶片，两颗晶片被封装在一个表面 贴装器件中。MEMS晶片包括一个刚性穿孔 背电极（fixed backplate）和一片用作电 容器的弹性硅膜（flexible membrane）。 该弹性硅膜将声压转换为电容变化。ASIC 晶片用于检测电容变化，并将其转换为电 信号，传送给相关处理器件，如基带处理 器或放大器等。
二、Module Structure
MEMS(微型机电系统) 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麦克风的优势∙MEMS麦克风的主要参数∙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。
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•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：
• 顾名思义，数字MEMS麦克风的输出为数字信号，可在高低逻辑电平之间转换。大多数数字麦克风 采用脉冲密度调制技术 (PDM)，生成过采样率较高的单个比特的数据流。脉冲密度调制麦克风的脉 冲密度与瞬间空气压力级成正比。脉冲密度调制技术与D类功放所用的脉宽调制（PWM）技术相似， 不同之处是，脉宽调制技术的脉冲间隔时间是定量，使用脉宽给信号编码，而脉冲密度调制则相反， 脉宽是定量，使用脉冲间隔时间给信号编码。
• 数字麦克风输出相对来说具有较高的抗噪性，但是信号完整性却是一个令人们关心的问题，因为寄 生电容以及麦克风输出与系统芯片之间的电感导致信号失真。阻抗失匹也会产生反射问题，若数字 麦克风与系统芯片间隔较大，反射现象将会导致信号失真。
• 虽然数字麦克风不需要编解码器，但是，脉冲密度调制输出的单比特PDM格式在大多数情况下必须 转转换成多比特脉冲代码调制(PCM)格式。很多编解码器和系统芯片都有PDM输入，其内部滤波器 负责将PDM数据转换成PCM格式。微控制器也使用同步串行接口捕获数字麦克风的PDM数据流，然 后通过软件滤波器将其转换成PDM格式。
• 为让声音能够传入声学传感器，MEMS麦克 风需要在封装上开孔。声孔位置可以在封 装盖上(上置声孔)或在焊盘附近(下置声孔)。 下置声孔麦克风还要求在电路板上的麦克 风安装位置开一个孔，让声音能够穿过电 路板传入麦克风声孔。麦克风是选用上置 声孔还是下置声孔，通常取决于多种因素， 例如，麦克风的安装位置和厂家的考虑。 性能也是麦克风选型的一个主要因素，因 为上置声孔麦克风的性能通常低于下置声
• 大多数MEMS麦克风的灵敏度随频率升高而 提高，这是声孔的空气与麦克风前室的空
气相互作用的结果。这种交互作用产生了 Helmholtz谐振，这与吹瓶产生的声音的现 象相同。像吹瓶子一样，空气容积越小，
谐振频率越高；反之，空气容积越大，谐 振频率越低。下置声孔麦克风将声学传感
器直接置于声孔之上，这样设计导致前室 变小，从而导致Helmholtz谐振的中心频率 提高。因为Helmholtz谐振通常位于音频带 的高频部分，所以提高的谐振频率使频响 变得更加平坦。
•背景噪声
•麦克风的背景噪声又称本底噪声，是指在较安静的环境内，麦克风输出中的噪声量。声学传感器和接口ASIC都会向麦克 风输出信号注入噪声。传感器噪声是空气分子随机布朗运动产生的，而ASIC的噪声源则是前置放大器，数字麦克风ASIC的 噪声源是Δ-Σ调制器。应在全音频带内测量背景噪声，而A加权滤波器用于更精确地测量人耳能够听到的噪声级。
•信噪比(SNR)
•信噪比(SNR)通常是最重要的麦克风性能指标。信噪比是麦克风的灵敏度与背景噪声的差值，通常用dB表示。现有MEMS 麦克风的信噪比是在56dB至66dB之间。
•灵敏度
•麦克风灵敏度是用于测量麦克风对已知声压级的响应能力。灵敏度通常在94dB 声压级(1 Pa)条件下使用1kHz频率进行测 量的结果。模拟麦克风的灵敏度通常表示为相对于1V RMS信号的分贝数(dBV)，而数字麦克风的灵敏度通常表示为相对于 麦克风满量程输出的分贝数(dB FS)。
MEMS麦克风的基本原理
MEMS麦克风ASIC
• 在MEMS麦克风内，ASIC芯片利用电荷泵在麦克风振膜上放置一个固定的参考电荷。当振膜运动导 致振膜与背板之间的电容量发生变化时，ASIC测量电压变化。模拟MEMS麦克风的输出电压与瞬间 气压成正比。模拟麦克风通EMS麦克风的 接口在原理上比较简单，但是，为避免在麦克风输出与信号接收芯片的输入之间出现拾起噪音，模 拟信号要求工程师必须精心设计印刷电路板和线缆。大多数应用还需要低噪音频模数转换器，把模 拟麦克风输出转换成数字格式，用于后序处理和/或传输。
•背景噪声不总是出现在麦克风数据表内，但是，只要用灵敏度减去信噪比即可算出背景噪声，数值单位为dBV或dB FS。 从测量灵敏度（通常是94 dB SPL）的声压级中减去信噪比，可以算出用等效输入噪声表示的背景噪声，单位为dB SPL。
•失真(THD)
•失真是测量麦克风拾音精度的指标。失真的条件通常是在94 dB – 100 dB SPL范围内，表示在正常声压级条件下音频信号 的质量。