【導(dǎo)讀】也許您還記得幾年前的營銷活動(dòng)中有這么一句話：“現(xiàn)在能聽到了嗎？” 今天設(shè)計(jì)的設(shè)備，從可穿戴設(shè)備到家庭輔助設(shè)備，都越來越多地被要求“聆聽”環(huán)境。設(shè)備采用合適的傳聲器能夠準(zhǔn)確地捕捉幾乎任何聲音，而構(gòu)建傳聲器時(shí)最常用的兩種技術(shù)是MEMS和駐極體電容技術(shù)。
也許您還記得幾年前的營銷活動(dòng)中有這么一句話：“現(xiàn)在能聽到了嗎？” 今天設(shè)計(jì)的設(shè)備，從可穿戴設(shè)備到家庭輔助設(shè)備，都越來越多地被要求“聆聽”環(huán)境。設(shè)備采用合適的傳聲器能夠準(zhǔn)確地捕捉幾乎任何聲音，而構(gòu)建傳聲器時(shí)最常用的兩種技術(shù)是MEMS和駐極體電容技術(shù)。雖然這兩種技術(shù)的工作原理類似，但在很多用例中仍需在這兩者之中作出選擇。考慮到這一點(diǎn)，我們將回顧MEMS和駐極體電容傳聲器的基本原理，比較兩種技術(shù)之間的區(qū)別，并概括每種解決方案的優(yōu)勢。
MEMS傳聲器基本原理
MEMS傳聲器采用置于印刷電路板（PCB）并以機(jī)蓋防護(hù)的MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）組件構(gòu)建而成。在外殼上制作小孔，便于聲音進(jìn)入傳聲器，孔位于頂蓋的叫作頂部端口型號(hào)，而孔位于PCB內(nèi)部的叫作底部端口型號(hào)。MEMS組件設(shè)計(jì)通常會(huì)在半導(dǎo)體晶圓上構(gòu)造機(jī)械振膜和安裝結(jié)構(gòu)。
MEMS振膜形成一個(gè)電容器，而聲壓波則會(huì)引起振膜的運(yùn)動(dòng)。MEMS傳聲器通常含有另一個(gè)半導(dǎo)體晶圓，用作音頻前置放大器，將MEMS的變化電容轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。如果用戶需要模擬輸出信號(hào)，可為其提供音頻前置放大器的輸出。如果用戶需要數(shù)字輸出信號(hào)，就在與音頻前置放大器所處的同一晶圓上加入模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。MEMS傳聲器中數(shù)字編碼采用的通用格式是脈沖密度調(diào)制（PDM），可以只和一個(gè)時(shí)鐘和一條單獨(dú)的數(shù)據(jù)線通信。數(shù)據(jù)采用單比特編碼，從而簡化了接收器中數(shù)字信號(hào)的解碼。
駐極體電容傳聲器基本原理
駐極體電容傳聲器 (ECM)的構(gòu)造如下圖所示。
駐極體振膜（具有固定表面電荷的材料）靠近導(dǎo)電板隔開放置，并且和MEMS傳聲器相似，也會(huì)形成一個(gè)電容器，以氣隙作為電介質(zhì)。通過電容器的電壓隨著電容值的變化而變化，而電容的變化是由移動(dòng)駐極體振膜的聲壓波引起的，ΔV= Q /ΔC。電容器電壓變化由傳聲器外殼包覆的JFET進(jìn)行放大和緩沖。JFET通常采用共源配置，而外部應(yīng)用電路則采用外部負(fù)載電阻和隔直電容。
不同傳聲器技術(shù)的區(qū)別
在ECM和MEMS傳聲器之間進(jìn)行選擇時(shí)需要考慮許多因素。MEMS傳聲器這種新技術(shù)擁有諸多優(yōu)勢，因而市場份額持續(xù)快速增長。例如，空間受限的應(yīng)用會(huì)發(fā)現(xiàn)MEMS傳聲器的小封裝尺寸具有吸引力，而由于MEMS傳聲器結(jié)構(gòu)中兼具模擬和數(shù)字電路，所以能夠同時(shí)降低PCB面積和組件成本。模擬MEMS傳聲器的輸出阻抗相對較低，而數(shù)字MEMS傳聲器的輸出非常適合電噪聲環(huán)境中的應(yīng)用。在高振動(dòng)環(huán)境中使用MEMS傳聲器技術(shù)可以降低機(jī)械振動(dòng)引起的有害噪聲水平。此外，采用半導(dǎo)體制造技術(shù)并且加入音頻前置放大器之后，使得制造具有緊密匹配和溫度穩(wěn)定性能特征的MEMS傳聲器成為可能。在將MEMS傳聲器用于陣列應(yīng)用時(shí)，這些要求嚴(yán)苛的性能特性尤其具有優(yōu)勢。在產(chǎn)品制造過程中，MEMS傳聲器也可以通過拾取和放置機(jī)器進(jìn)行輕松搬運(yùn)，并且可以耐受回流焊接溫度曲線。
盡管MEMS傳聲器正在迅速普及，但仍存在優(yōu)先選用駐極體電容傳聲器的應(yīng)用。許多傳統(tǒng)設(shè)計(jì)都采用了ECM，因而如果項(xiàng)目是對現(xiàn)有設(shè)計(jì)的簡單升級(jí)，則最好繼續(xù)使用ECM。可以選用引腳、電線、SMT、焊盤和彈簧觸點(diǎn)將ECM連接到應(yīng)用電路，從而為工程師提供了額外的設(shè)計(jì)靈活性。如果需要防塵和防潮，則具有高異物防護(hù)（IP）等級(jí)的ECM產(chǎn)品由于自身物理尺寸較大，所以更容易被發(fā)現(xiàn)。對于需要不均勻空間靈敏度的項(xiàng)目，ECM產(chǎn)品具備固有的取向，可以是單向型也可以是噪聲消除型，而ECM的工作電壓范圍廣，所以對于具有松散調(diào)節(jié)電壓軌的產(chǎn)品而言，可能是首選解決方案。
為您的項(xiàng)目選擇合適的傳聲器技術(shù)
決定使用駐極體電容傳聲器還是MEMS傳聲器取決于您的項(xiàng)目要求。雖然MEMS傳聲器由于具有眾多內(nèi)在優(yōu)勢而持續(xù)普及，但由于ECM具有更廣泛的封裝和方向選擇，所以仍可用于各種應(yīng)用。無論選擇哪種技術(shù)，CUI都會(huì)不斷開發(fā)和供應(yīng)形形色色的傳聲器和產(chǎn)品，幫助您的項(xiàng)目“聆聽”需要聽到的聲音。
