新型MEMS麦克风技术与设计详解

什么是 MEMS 麦克风？

MEMS(微机电系统)麦克风是微型设备，可以提供高保真的声学检测功能,体积小到可以集成在紧密一体化的电子产品中。难怪它们会被广泛应用在智能手机和其他消费产品(如智能扬声器和耳机)中找到。

如今，MEMS 麦克风不仅用于记录普通的环境声音，还支持立体声功能、主动降噪、定向性(通过波束形成)、语音识别等功能。这些音频功能的实现需要在每个设备中加入更多的麦克风。例如，最新的智能手机包含多达 6 个基于 MEMS 的麦克风。MEMS 麦克风的广泛用途为这些高性能设备创造了巨大的需求。

什么是电容式 MEMS 麦克风及其工作原理？

所有麦克风(传统的和基于MEMS的)都使用柔性薄膜来感应声波。膜在声波引起的压力下移动。如今，市场上的大多数 MEMS 麦克风都使用电容技术来测量声音。

电容式 MEMS 麦克风通过测量柔性微型薄膜和固定背板之间的电容来工作。声波产生的气压变化导致膜移动。背板有孔使空气可以流过,并且被设计为保持刚性，因为空气可以通过它的穿孔。当薄膜移动时,移动薄膜和固定背板之间的电容会发生变化(因为之间的距离发生变化),这种电响应的变化可以被分析和记录。

基于 MEMS 的电容式麦克风的设计变体

基于 MEMS 的电容式麦克风有多种变体，例如

• 单背板麦克风，如上所述

• 双背板麦克风，在薄膜的每一侧都有一个背板；

• 双膜麦克风，背板封装在两个膜之间，膜之间可选择真空。

基于 MEMS 的麦克风设计

MEMS 麦克风设计人员需要研究和优化关键性能指标，例如频率响应、灵敏度、信噪比 (SNR)、总谐波失真和输入等效噪声。信噪比是一项关键的性能指标，不同的MEMS 电容式麦克风的变体旨在通过增加信号（使用双背板和双膜）或降低噪声（使用两个膜之间的密封真空）来提高 SNR ).

电容式 MEMS 麦克风及其性能特征可以使用MEMS+®进行设计、建模和研究，MEMS+®是Coventor MP® MEMS设计平台的一个组件。MEMS+通过提供单个 MEMS结构的参数化、非线性和多物理模型来支持 MEMS麦克风的设计，这些模型可以组装成完整的 MEMS麦克风设计。此外，将MEMS+麦克风设计集成到Cadence Virtuoso®电路中，提供了使用特定IC偏置条件模拟MEMS麦克风及其ASIC的独特可能性。请参阅我们之前的博客以了解有关在麦克风设计中使用MEMS+的更多信息。

MEMS 麦克风设计的未来

今天，在人工智能时代，我们看到了使用创新的自动优化技术的新 MEMS 设计策略。例如，慕尼黑工业大学电子设计自动化研究所的一个小组研究并展示了MEMS+中 MEMS 麦克风设计的自动优化，包括其读出电路。我们希望在未来的博文中更深入地讨论这个引人入胜的话题。

如果您有兴趣在您的下一个产品中加入 MEMS 麦克风，请访问我们的 MEMS 麦克风解决方案 页面或 联系我们 ，详细了解我们的工具如何帮助您优化麦克风设计。