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電容式咪頭mic與CMOS硅咪頭原理

文章出處:青興偉業(yè)網(wǎng)絡(luò)編輯部 發(fā)表時間:2020-12-01 11:08
隨著 智能手機(jī) 的興起,對于聲音品質(zhì)和輕薄短小的需求越來越受到大家的重視,近年來廣泛應(yīng)用的 噪聲抑 制及回聲消除 技術(shù)均是為了提高聲音的品質(zhì)。

  相比于傳統(tǒng)的 駐極體 咪頭 (ECM ),電容式微機(jī)電 咪頭 采用硅半導(dǎo)體材料制作,這便于集成模擬放大電路及 ADC( ∑-? ADC) 電路,實(shí)現(xiàn)模擬或數(shù)字微機(jī)電咪頭 元件, 以及制造微型化元件, 非常適合應(yīng)用于輕薄短小的便攜式裝置。

  電容式微咪頭原理

  MEMS 咪頭是一種微型的傳感器。其原理是利用聲音變化產(chǎn)生的力梯度使電容式微咪頭的聲學(xué)振 膜受聲壓干擾而產(chǎn)生形變,進(jìn)而改變學(xué)振膜與硅背極板之間的電容值。

  該電容值的變化由電容電壓轉(zhuǎn)換 電路轉(zhuǎn)化為電壓值的輸出變化, MEMS 傳感器產(chǎn)生得到電壓放大輸出, 從而將聲壓信號 轉(zhuǎn)化成電壓信號。在此必須采用一個高阻抗的電阻為 MEMS 傳感器提供一個偏置電壓 VPP ,借以在 MEM S 傳感器上產(chǎn)生固定電荷, 最后的輸出電壓將與 VPP 及振膜的形變 ? d 成正比。

  振膜的形變與其剛性有關(guān), 剛性越低則形變越大;另一方面,輸出電壓與 d(氣隙 )成反比,因此氣隙越低,則輸出電壓及靈敏度越優(yōu), 但這都將受限于 MEMS 傳感器的吸合電壓,也就是受限于 MEMS 傳感器靜電場的最大極限值

  CMOS 微機(jī)電咪頭電路設(shè)計(jì)

  在 CMOS 咪頭設(shè)計(jì)中,電路是一個非常重要的環(huán)節(jié),它將影響到微咪頭的操作、感測,以及系統(tǒng)的 靈敏度。

  駐極式電容微咪頭的感應(yīng)電荷由駐極體材料本身提供的駐極電荷所產(chǎn)生,而凝縮 式電容微咪頭則是采用從 CMOS 的操作電壓中抽取一個偏置電壓, 再通過一個高阻抗電阻提供給微麥克 風(fēng)的聲學(xué)振膜來提供固定的電荷源。

  此時,若聲學(xué)振膜受到聲壓驅(qū)動而產(chǎn)生位移變化,則電極板 的電壓將會發(fā)生變化。最后,通過電路放大器將信號放大,則可實(shí)現(xiàn)模擬咪頭的電路設(shè)計(jì);

  如果再加上 一個 ∑-? ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路, 便可完成數(shù)字咪頭的電路設(shè)計(jì) (一般數(shù)字咪頭的輸出信號為 1 比特 PDM 輸出 )。從微機(jī)電咪頭的制造來看,就目前的技術(shù)層面而言,集成 CMOS 電路的 MEMS 元件可分為三種。

  PreCMOS MEMS

  工藝:先制作 MEMS 結(jié)構(gòu),再制作 CMOS 元件; Intra-CMOS MEMS

  工藝: CMOS M EMS 元件工藝混合制造; Post-CMOS MEMS

  工藝:先實(shí)現(xiàn) CMOS 元件,再進(jìn)行 MEMS 結(jié)構(gòu)制造。

  一般 而言,前兩種方法無法在傳統(tǒng)的晶圓廠進(jìn)行, Post-CMOS MEMS 則可以在半導(dǎo)體晶圓代工廠進(jìn)行生產(chǎn)。

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