向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了
广告

压电式MEMS麦克风与电容式相比有哪些优势?

时间:2019-11-04 作者:赵明灿 阅读:
在MEMS麦克风中,又分为电容式和压电式两种。压电式比电容式更新。日前,EDN听到有传闻说,对于功耗敏感型应用,压电式MEMS麦克风更优,因为其可以仅通过声音唤醒(压电效应)。那么,今天EDN就为大家捋一捋,压电式MEMS麦克风与电容式MEMS麦克风相比都有哪些优势。

麦克风种类繁多,包括动圈式、电容式、铝带式、碳精式等等,在移动应用中,又以驻极体(ECM)电容麦克风和微机电(MEMS)麦克风最为常见。然而,据了解,MEMS麦克风外形较小,与驻极体麦克风相比,具有更强的耐热、抗振和抗射频干扰性能。因此,MEMS麦克风可以采用全自动贴片(SMT)生产工艺,而大多数驻极体麦克风则需要手工焊接。这不仅可简化生产流程,降低生产成本,而且能够提供更高的设计自由度和系统成本优势。lG0ednc

在MEMS麦克风中,又分为电容式和压电式两种。压电式比电容式更新。日前,EDN听到有传闻说,对于功耗敏感型应用,压电式MEMS麦克风更优,因为其可以仅通过声音唤醒(压电效应)。那么,今天EDN就为大家捋一捋,压电式MEMS麦克风与电容式MEMS麦克风相比都有哪些优势。lG0ednc

据了解,压电技术的主要优势是坚固耐用,不受环境影响,而电容技术存在性能随时间下降的问题——在电容式MEMS麦克风中,如果在振膜和背板之间有颗粒物污染,麦克风的性能将会改变。lG0ednc

压电MEMS麦克风的另一个优势是信噪比更高——目前根据已知的方法,可以获得超过75dB的信噪比,理论上甚至可以超过80dB。lG0ednc

麦克风的信噪比是设计语音系统的瓶颈。目前使用的算法非常复杂,而如果能够提供更好的数据,算法就会变得更加有效。在这类应用中,麦克风需要达到90dB的信噪比,否则同质化现象严重,无法实现更高利润。目前,电容式麦克风的信噪比最高达到70dB。但是,要实现这样的信噪比,需要使用4个MEMS振膜,因此麦克风的封装尺寸将会很大。而压电式MEMS麦克风要实现同样的信噪比,只需要使用一个振膜。同时,这也说明,电容技术可能已达极限。lG0ednc

未来十年内,语音交互将成为智能家居当中互联网与设备的主要交互接口。而在这样的环境中,环境噪声可能介于70%到大于95%之间,因此,要实现精确的语音识别,就需要使用MEMS麦克风阵列。压电式MEMS麦克风可用于室内、户外、烟雾缭绕的厨房等各种环境,这个特性对于大型语音控制与监控MEMS麦克风阵列来说非常关键——在这样的环境中,MEMS麦克风阵列的可靠性会是主要问题。lG0ednc

此外,电容式麦克风系统需要持续监听“Alexa”或“Siri”等关键词,而压电式麦克风则没有电荷泵,因此具有非常短的启动时间——压电式MEMS麦克风能够利用压电元件自身产生的能量来启动麦克风。换句话说,压电式MEMS麦克风可以处于“永久监听”模式,其工作循环周期非常快,能够降低90%的系统能耗。据知,最新款的压电式MEMS麦克风在实现唤醒和监听声音功能时,仅会消耗3µA的电能。这比电池自然放电的能耗还要低得多。未来还有望实现无功耗的语音传感,从而使更多的应用成为可能。lG0ednc

压电式MEMS麦克风优势总结

1. 信噪比行业最高,达70dB,而且还可以提高,而传统的电容式技术已经到顶,必须多膜片叠加才能实现,导致成本高,不可靠。此指标的好处是可以录制很微弱的信号,分两个层面:1. 近处的小信号,比如悄悄话;2. 远处的大声音(传递到麦克风处信号变弱,比如50米开外两个人吵架信号非常微弱),因此适合远距离采集。lG0ednc

2. 防水等级最高达到IPX8(传统的电容式MEMS和驻极体都不防水,需要加防水罩子才可以),这对于助听器行业是刚需——目前的助听器都是加装罩子来防止汗水的进入,从而避免跑步或者走路皮肤出汗的影响。lG0ednc

3. 不怕灰尘,因此麦克风模块厂/终端客户(比如手机客户)的加工车间要求不高,回流焊的锡膏/松香受热蒸发不会造成质量降级。工艺简单,减少返工,这一点主要是针对膜片抖动的有效性来讲,就好比人耳的耳道用棉花堵住,耳膜(等同于MEMS膜)所收到的声音信号的压力变小或者消失,就会听不到声音或者听不清楚。lG0ednc

4. <100μs的快速启动时间,即一上电就马上有信号。这对于现在的云端语音识别很有帮助——信号来回传递的时间缩小,用户满意度得到提升。压电式麦克风的启动时间现在可做到电容式麦克风的1/1000。lG0ednc

5. 灵敏度公差在1dB以内,而且是天生就是这样,不是通过熔断ASIC的内部电路来实现的,更不是通过筛选制造出来的成品来实现的,驻极体麦克风误差在3dB, 电容式硅麦克风在1-3dB不等,所以客户的产品一致性就非常高,不会出现有的产品录制声音有的大,有的声音小。lG0ednc

6. 支持单端和差分输出。lG0ednc

7. 电源抑制比(PSRR)比传统的高30dB。这个是核心指标,不好的话就相当于打座机时听到的“吱吱声”干扰。其原因是ASIC不需要充电泵电路来升压,电容式麦克风则不然。lG0ednc

8. MEMS传感器部分的声学过载点(AOP)可以达到150dB的最大声压级,但由于ASIC是限制,成品规格书一般只声称125dB。此指标越大越好,能够承受风、小孩尖叫、演唱会、足球场粉丝尖叫、关车门等不同场合的大声压级。lG0ednc

001ednc20191104.jpglG0ednc

驻极体、电容式MEMS和压电式MEMS麦克风规格对比(注:VM1001即Vesper公司压电式麦克风)。图片来源:VesperlG0ednc

 lG0ednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
您可能感兴趣的文章
  • 人工智能时代不断变化的工业格局 尽管AI技术并不是什么新鲜事物,但数据的爆炸式增长促使AI以惊人的速度发展,例如在百度和谷歌等数十亿次的搜索提供了相当大的实时数据集,支持了AI的蓬勃发展。
  • 一种降低烟感产品误报率的解决方案 现有的烟感方案如电离传感器,光电传感器构成的产品,可以很好的测量烟雾。一般电离传感器方案,会比较快的对传统烟雾进行报警,这取决于烟腔迷宫的设计。而光电传感器,可以更早的对阴燃物体产生的烟雾进行报警,从而提前预防火灾的发生。但这两种方式,对烧焦的汉堡或水蒸气干扰情况的辨识度较差,容易发生误报,需要很有经验的软件人员将其与真实的烟雾区分出来。
  • 技术开发生态系统对持续提升自动驾驶安全至关重要 自动驾驶汽车(AV)正迅速从炒作走向现实。Emerj最近的报告记载了11家最大的汽车厂商计划,其中本田、丰田和雷诺日产最早将于明年开展计划。然而,很明显,部署批量生产的自动驾驶汽车比传统汽车有更多的要求。
  • 揭开隐藏140年的霍尔效应秘密 IBM研究人员发现了一个与霍尔效应相关的140年的秘密,这个之前不为人所知的特性可望为改善半导体性能开辟一个新的途径。
  • 搭建物理与数字世界的桥梁,推动创新进入快车道 不管信号多么小、多么快、多么复杂,或者在多么强的干扰下,都能找到一种方法,把它从模拟世界中提炼,然后在数字中体现出来,即建立一个从物理世界到数字世界的桥梁。
  • 设计小巧、高效和高性能的多参数患者监护仪 连续测量如心率、呼吸频率和血氧饱和度(SpO2)等患者生命指征对于提供有效护理来说至关重要,而同时测量这些体征的能力也使得多参数患者监护仪变得日益重要。
相关推荐
    广告
    近期热点
    广告
    广告
    广告
    可能感兴趣的话题
    广告