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MEMS麦克风可以有效改善音质

时间：2010-11-29 06:01:00

关键字： MEMS 麦克风降噪 ST

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[导读]越来越多的移动设备，如手机、耳机、相机和MP3，采用了先进的降噪技术，以消除背景音，提高声音质量。要使这种先进技术付诸实施，所采用的多个麦克风不仅需具有抗射频和电磁干扰的能力，还必须具有极小的尺寸。爱普科

越来越多的移动设备，如手机、耳机、相机和MP3，采用了先进的降噪技术，以消除背景音，提高声音质量。要使这种先进技术付诸实施，所采用的多个麦克风不仅需具有抗射频和电磁干扰的能力，还必须具有极小的尺寸。爱普科斯生产的 MEMS麦克风是符合此要求的理想解决方案。作为目前市场上体积最小的麦克风，MEMS麦克风不仅提供极佳的音频质量，而且具有优良的抗电磁干扰功能。

性能优良，占用面积小

2009 年5月，由于采用了Technitrol的MEMS(微电子机械系统)麦克风技术，一系列极具创新性的MEMS产品得以投放到在硅麦克风市场。首批上市的产品为爱普科斯T4000和T4010系列，在它们身上，汇聚了先进的MEMS和ASIC技术的设计能力、对用途的深入了解以及各种专利。

现在，产品系列中增加了数字输出的麦克风，即T4030。新产品体积小，灵敏度为-26dB FS(全量程)，信噪比为60dBA。即使声级为100dB，失真度也低于1%。其频率响应特点是高带宽、低振幅波动(见图1)。由于采用了PDM(脉冲密度调制)输出，T4030对电磁干扰基本无反应。电源噪音抑制为-82dB FS。可通过一根信号线进行双声道传输，这使得立体声或多麦克风应用变得容易，比采用模拟技术简便得多。电源电压在1.64V至2.86V之间。电力消耗为650μA，在待机模式下则低于10μA。

图1：频率响应曲线。

产品结构紧凑

T4030性能优良，尺寸极小，它最适合在移动设备中作降噪用途，因为在这些设备中，空间占用往往是首要考虑的问题。这方面很好的例证是大北欧(GN Netcom)公司研制的捷波朗STONE蓝牙耳机。大北欧是一家丹麦耳机生产商，其产品用于手机、联络中心和办公室(见图2)。捷波朗STONE是一款结构极紧凑的耳机，其特点是在噪音清除和自然声音之间找到最佳的平衡，提供完美的音质。而要达到这种效果，只有采用双麦克风捕捉声音，同时仅对背景噪音进行智能过滤。正是出于这一目的，厂家选择了尺寸小、性能优的T4000系列产品。

大北欧认为捷波朗STONE是一款革命性的产品，必将颠覆消费者对蓝牙耳机的固有看法。“它造型独特，降噪技术先进，不需要横臂，是一个全新的产品概念，”大北欧移动通信部的副总裁安娜-R-拉斯穆塞这样说道。

图2：大北欧生产的捷波朗STONE蓝牙耳机。

先进的降噪技术

在中高端移动设备中，消除噪音正日益变成一项标准要求。在接收路径和传输路径中，两种降噪功能可以合并(见图3)。如下图所示，在接收路径(蓝色)中，麦克风1位于喇叭的旁边，接收噪音，此噪音信号反相后添加到传入的声音中。反相的噪音信号与周围噪音信号相消。这样，用户可以更清晰理解对方的话音，即便在嘈杂的环境里亦如此。

图3：在接收和传输路径消除噪音。

在传输路径(黄色)中，麦克风2背对着口部，接收周围噪音。麦克风3正对着口部，它同时接收周围噪音和说话者的话音。在此，通过添加反相噪音信号，噪音被消除。此时，通话对方受到的周围噪音干扰将减小。

使用三个以上的麦克风，可以设计出功能更强大和更复杂的降噪系统。随着更多的麦克风植入到小型移动设备内，产品的尺寸大小已变得越来越重要。图4展示了两款安装在电路板上的小型T4000麦克风。与此同时，用户对声音质量的期望更高。将来麦克风的信噪比(SNR)将达到62dB，高出今天的一般水平 55-59dB。如今，爱普科斯的T4020 MEMS性能优良，信噪比已达到62dB，而且信噪比更高的产品正在研制之中。

图4：STONE耳机的电路板，上面安装了两个MEMS麦克风。

尖端的封装技术

避免电磁干扰和射频干扰一直是SAW滤波器的重要问题。SAW滤波器都在GHz范围内工作，在天线接收射频信号后，在信号路径中通常是第一个组件。正是这一原因，为了维护很弱的信号，必须采取极可靠的屏蔽。此要求催生了CSSP(即“芯片大小SAW封装”)技术的诞生。该技术是具屏蔽功能的极小封装，并通过应用到数十亿手机上，证明其成熟性。

MEMS麦克风正是基于专用于MEMS的相同封装技术(CSMP，也即芯片大小MEMS封装)而生产的(见图5)。该项技术得益于成熟的爱普科斯生产工艺以及15年开发MEMS麦克风的经验。MEMS麦克风符合RoHS指令规定，并适合SMD无铅回流焊工艺。

图5：MEMS麦克风的坚固封装。

完整测试

TDK-EPC公司也将成熟的SAW生产技术用于最终电声测量。通过设计出一个特定的测试头，解决了测量电声特征的问题。每只麦克风出厂前，都会按照相关规范接受完整的测量，包括基本的电声性能测试。具体测试项如下：

* 1kHz和窄带噪音时的灵敏度；

* 宽带频率响应；

* 宽带噪音；

* 电源穿透；

* 谐波失真；

* 功率消耗。

100%的测试使MEMS麦克风在应用中可靠地表现出优良性能。

MEMS麦克风结构紧凑，电气性能优异，还可用在对声音质量要求高的领域，包括高质量的视频和VoIP(互联网电话)系统、电话会议系统和波束成型系统中。T4000系列产品的大规模生产已经开始。目前可以得到T4020和T4030系列的工程样品。

表：关键技术参数。