MEMS麦克风的基本原理课件

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。

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。

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 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。

mems mic结构：mems 麦克风，或MEMS麦克风，是一种使用微电子机械系统（MEMS）技术制造的麦克风。

这种麦克风的核心组件是一个微小的音膜，当音膜受到声音波动的影响时，它会改变音膜的振动速度和幅度，从而改变电容。

这个电容变化随后被转换成电信号，并进一步转化为可以处理和传输的数字信号。

MEMS麦克风的内部结构主要包括以下几个部分：
1.音膜：位于MEMS麦克风的顶部，通常由金属或陶瓷材料制成。

音膜会随着声音的
波动而振动。

2.背板：位于音膜的下方，通常由固体材料制成。

背板上有一个电极，用于感应音膜
的振动。

3.空气隙：音膜和背板之间的微小间隙，当声音波动时，音膜将在空气隙中振动。

4.支撑结构：用来支撑音膜和背板的稳定的框架结构。

5.电容式数字输出转换器：这个电子器件用于测量音膜的振动并将其转化为电信号。

6.封装材料：用于保护和固定MEMS麦克风的内部结构。

mems mic结构
MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）是一种微型电子力
学系统，是集成了微型传感器、微型执行器和微型电子控制器的微型设备。

MEMS技术能够实现微小尺寸、低耗能、高可
靠性和低成本的制造，广泛应用于各种领域，包括通信、汽车、医疗、工业控制等。

MEMS mic（MEMS麦克风）是MEMS技术应用于麦克风的
一种产品，它采用了MEMS声音传感器作为麦克风的核心组件。

与传统电容式麦克风相比，MEMS mic具有更小的尺寸、更低的功耗和更高的灵敏度。

它能够实现高质量的声音捕捉，并广泛应用于手机、耳机、智能音箱等消费电子设备中。

MEMS mic的结构一般由MEMS声音传感器、信号处理电路
和封装材料组成。

MEMS声音传感器部分通常采用微型薄膜
结构，包括薄膜振膜、电容板和支撑结构。

当声音波动作用于薄膜振膜上时，振膜会发生位移并改变电容板之间的间隔距离，从而产生电容变化。

信号处理电路会将这个电容变化转化为电压信号，并进行放大和滤波处理，最终输出麦克风的声音信号。

封装材料则用于保护和固定MEMS mic的内部结构。

总之，MEMS mic采用了MEMS技术的声音传感器作为核心
组件，结合信号处理电路和封装材料，实现高质量、高性能的声音捕捉功能。

它在消费电子设备和其他领域中具有广泛的应用前景。

∙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。