壓電式MEMS麥克風與電容式相比有哪些優勢?

2021-01-04 EDN電子設計技術

麥克風種類繁多，包括動圈式、電容式、鋁帶式、碳精式等等，在移動應用中，又以駐極體（ECM）電容麥克風和微機電（MEMS）麥克風最為常見。然而，據了解，MEMS麥克風外形較小，與駐極體麥克風相比，具有更強的耐熱、抗振和抗射頻幹擾性能。因此，MEMS麥克風可以採用全自動貼片（SMT）生產工藝，而大多數駐極體麥克風則需要手工焊接。這不僅可簡化生產流程，降低生產成本，而且能夠提供更高的設計自由度和系統成本優勢。IJKednc

在MEMS麥克風中，又分為電容式和壓電式兩種。壓電式比電容式更新。日前，EDN聽到有傳聞說，對於功耗敏感型應用，壓電式MEMS麥克風更優，因為其可以僅通過聲音喚醒（壓電效應）。那麼，今天EDN就為大家捋一捋，壓電式MEMS麥克風與電容式MEMS麥克風相比都有哪些優勢。IJKednc

據了解，壓電技術的主要優勢是堅固耐用，不受環境影響，而電容技術存在性能隨時間下降的問題——在電容式MEMS麥克風中，如果在振膜和背板之間有顆粒物汙染，麥克風的性能將會改變。IJKednc

壓電MEMS麥克風的另一個優勢是信噪比更高——目前根據已知的方法，可以獲得超過75dB的信噪比，理論上甚至可以超過80dB。IJKednc

麥克風的信噪比是設計語音系統的瓶頸。目前使用的算法非常複雜，而如果能夠提供更好的數據，算法就會變得更加有效。在這類應用中，麥克風需要達到90dB的信噪比，否則同質化現象嚴重，無法實現更高利潤。目前，電容式麥克風的信噪比最高達到70dB。但是，要實現這樣的信噪比，需要使用4個MEMS振膜，因此麥克風的封裝尺寸將會很大。而壓電式MEMS麥克風要實現同樣的信噪比，只需要使用一個振膜。同時，這也說明，電容技術可能已達極限。IJKednc

未來十年內，語音交互將成為智能家居當中網際網路與設備的主要交互接口。而在這樣的環境中，環境噪聲可能介於70%到大於95%之間，因此，要實現精確的語音識別，就需要使用MEMS麥克風陣列。壓電式MEMS麥克風可用於室內、戶外、煙霧繚繞的廚房等各種環境，這個特性對於大型語音控制與監控MEMS麥克風陣列來說非常關鍵——在這樣的環境中，MEMS麥克風陣列的可靠性會是主要問題。IJKednc

此外，電容式麥克風系統需要持續監聽「Alexa」或「Siri」等關鍵詞，而壓電式麥克風則沒有電荷泵，因此具有非常短的啟動時間——壓電式MEMS麥克風能夠利用壓電元件自身產生的能量來啟動麥克風。換句話說，壓電式MEMS麥克風可以處於「永久監聽」模式，其工作循環周期非常快，能夠降低90%的系統能耗。據知，最新款的壓電式MEMS麥克風在實現喚醒和監聽聲音功能時，僅會消耗3µA的電能。這比電池自然放電的能耗還要低得多。未來還有望實現無功耗的語音傳感，從而使更多的應用成為可能。IJKednc

壓電式MEMS麥克風優勢總結

1. 信噪比行業最高，達70dB，而且還可以提高，而傳統的電容式技術已經到頂，必須多膜片疊加才能實現，導致成本高，不可靠。此指標的好處是可以錄製很微弱的信號，分兩個層面：1. 近處的小信號，比如悄悄話；2. 遠處的大聲音（傳遞到麥克風處信號變弱，比如50米開外兩個人吵架信號非常微弱），因此適合遠距離採集。IJKednc

2. 防水等級最高達到IPX8（傳統的電容式MEMS和駐極體都不防水，需要加防水罩子才可以），這對於助聽器行業是剛需——目前的助聽器都是加裝罩子來防止汗水的進入，從而避免跑步或者走路皮膚出汗的影響。IJKednc

3. 不怕灰塵，因此麥克風模塊廠/終端客戶（比如手機客戶）的加工車間要求不高，回流焊的錫膏/松香受熱蒸發不會造成質量降級。工藝簡單，減少返工，這一點主要是針對膜片抖動的有效性來講，就好比人耳的耳道用棉花堵住，耳膜（等同於MEMS膜）所收到的聲音信號的壓力變小或者消失，就會聽不到聲音或者聽不清楚。IJKednc

4. <100μs的快速啟動時間，即一上電就馬上有信號。這對於現在的雲端語音識別很有幫助——信號來回傳遞的時間縮小，用戶滿意度得到提升。壓電式麥克風的啟動時間現在可做到電容式麥克風的1/1000。IJKednc

5. 靈敏度公差在1dB以內，而且是天生就是這樣，不是通過熔斷ASIC的內部電路來實現的，更不是通過篩選製造出來的成品來實現的，駐極體麥克風誤差在3dB， 電容式矽麥克風在1-3dB不等，所以客戶的產品一致性就非常高，不會出現有的產品錄製聲音有的大，有的聲音小。IJKednc

6. 支持單端和差分輸出。IJKednc

7. 電源抑制比（PSRR）比傳統的高30dB。這個是核心指標，不好的話就相當於打座機時聽到的「吱吱聲」幹擾。其原因是ASIC不需要充電泵電路來升壓，電容式麥克風則不然。IJKednc

8. MEMS傳感器部分的聲學過載點（AOP）可以達到150dB的最大聲壓級，但由於ASIC是限制，成品規格書一般只聲稱125dB。此指標越大越好，能夠承受風、小孩尖叫、演唱會、足球場粉絲尖叫、關車門等不同場合的大聲壓級。IJKednc

IJKednc

駐極體、電容式MEMS和壓電式MEMS麥克風規格對比（註：VM1001即Vesper公司壓電式麥克風）。圖片來源：VesperIJKednc

 IJKednc

相關焦點

  • Vesper壓電式MEMS麥克風增強聲學性能
    先進聲學傳感技術領導廠商Vesper宣布推出壓電式微機電系統(MEMS)麥克風VM101，其典型信噪比(SNR)為68 dB，這是商業MEMS麥克風的最高聲學性能基準。
  • GMEMS推出創新的壓電MEMS技術平臺,進軍壓電式MEMS麥克風領域
    將可望領先全球量產壓電式MEMS麥克風解決方案，突破原有電容式MEMS麥克風的信噪比（S/N）限制。壓電式MEMS麥克風可從既有的最高65dB，一口氣再拉上至68dB層級，協助終端產品效能躍升1倍以上。在全球一線手機品牌大廠正計劃快速從現有的電容式MEMS麥克風，升級為壓電式MEMS麥克風的過程中，GMEMS領先量產的解決方案，已大舉吸引國內、外品牌大廠的目光焦點。
  • 濰坊新港電子與Vesper合作開發壓電式MEMS麥克風
    --山東濰坊新港電子將防水、防塵、防震式麥克風引進到消費產品中。　　中國，山東--(2016年7月12日)-- 新港—領先的電聲產品供應商，今天聲明與Vesper--領先的聲學傳感技術設計商--建立合作關係，共同推進應用於智慧型手機、可穿戴類設備以及物聯網設備上的壓電式(微機電系統)麥克風的商業化進程。
  • MEMS麥克風新浪潮——Vesper壓電MEMS麥克風
    、可穿戴設備和物聯網器件應用的壓電式MEMS麥克風的商業化。YD：壓電MEMS麥克風相對電容技術有哪些優勢？Bobby Littrell（以下簡稱BL）：壓電技術的主要優勢是對於各種環境的堅固耐久性。相比電容技術，隨著時間的性能降低將不再是問題，因為壓電MEMS麥克風沒有對微塵敏感的微型電容間隙。在電容式MEMS麥克風中，如果在振膜和背板之間有了顆粒物汙染，將會改變電容麥克風的性能。
  • 8種麥克風DIY設計方案,包括MEMS、CMOS電容式等
    二十世紀，麥克風由最初通過電阻轉換聲電發展為電感、電容式轉換，大量新的麥克風技術逐漸發展起來，這其中包括鋁帶、動圈等麥克風，以及當前廣泛使用的電容麥克風和駐極體麥克風。本文為大家介紹幾種麥克風的設計方案，僅供參考。
  • 電容式麥克風的原理及優點
    電容式麥克風的原理 　　電容式麥克風是利用電容大小的變化，將聲音信號轉化為電信號．這種話筒最為普遍，常見的錄音機內置話筒就這種．因為它便宜，體積小巧，而且效果也不差．有時也叫咪頭。
  • 常見電容式mems加速度計的工作原理詳解
    微機械加速度計又稱mems加速度計，是微機械傳感器中最重要的一種，屬於慣性感器。智騰微電子生產的SiA200系列Mems加速度計主要用於航空、航海等中高端慣性領域，具有體積小、高可靠、高穩定等特點。電容式mems加速度計SiA230外觀圖傳感器由兩個差分電容組成，活動電極與兩側固定電極分別構成平行板電容C1和C2。。
  • CMOS電容式微麥克風設計
    相比於傳統的駐極體式麥克風(ECM)，電容式微機電麥克風採用矽半導體材料製作，這便於集成模擬放大電路及ADC(∑-ΔADC)電路，實現模擬或數字微機電麥克風元件，以及製造微型化元件，非常適合應用於輕薄短小的可攜式裝置。本文將針對CMOS微機電麥克風的設計與製造進行介紹，並比較純MEMS與CMOS工藝微導入麥克風的差異。
  • 專訪Vesper:我們將繼續專注於壓電MEMS麥克風及其陣列市場
    MEMS麥克風、Chirp Microsystems公司用於測距的PMUT（壓電式MEMS超聲波換能器）傳感器、總部位於奧地利格拉茨的USound公司將壓電薄膜用於音頻揚聲器等。壓電式麥克風 vs. 電容式麥克風Crowley列舉了高動態範圍麥克風的例子，它可以放置在距離工業機械中的噪聲源特別近的地方或諸如此類的地方。此時壓電在這些應用變得非常有利，因為它能夠防塵。
  • 錄製人聲時用電容式麥克風還是動圈式麥克風?
    我在錄製人聲的時候會使用電容式麥克風嗎？當然，但電容式麥克風並不是我唯一的選擇。其實我在之前的文章中就提到過這個問題。在我的專輯中，我就曾經使用過三種不同類型的麥克風進行錄製，它們分別是：電子管電容麥克風，普通電容麥克風，以及動圈麥克風。我這麼做的原因是：在歌曲的錄製過程中，我總是會根據歌曲的特點來選擇麥克風。
  • 6款入門電容式麥克風推薦
    隨著錄音器材的價格下修與市場上許多優質的電容式麥克風問市，家庭錄音的需求也越來越多。激烈的市場競爭使廠商提供的規格提升，不斷提高功能與品質，讓人有物有所值的感覺。這是一支功能豐富，音質不錯的電容式麥克風，自帶的低切濾波功能，能很好地實現電容麥克風降噪，600多元的價格，很符合一款優秀的入門級電容麥克風定位。
  • 上汽插電式混合動力技術方面與合資車型相比有哪些優勢?
    受訪人員：上汽集團副總工程師、上汽技術中心副主任、捷能公司總經理 朱軍上汽集團副總工程師、上汽技術中心副主任、捷能公司總經理 朱軍記者：朱軍先生，榮威RX 5 eMAX在插電式混合動力技術方面與合資車型相比有哪些優勢
  • 從此你的收音設備,又多了兩款電容槍式麥克風可選!
    兩款電容槍式麥克風在外觀上很相似，但在功能還是有所不同，感興趣的小夥伴可以順便了解一下哦！CVM-VP2：是超心型電容槍式麥克風。CVM-VP3：是多功能超心型電容槍式麥克風，多了三個字，可以繼續往下看多多少。
  • 液晶電容式觸控螢幕的優勢
    什麼是電容觸控螢幕？ 在電容式觸控螢幕中，LCD的玻璃面板上覆蓋著一層帶有靜電荷的電容層，當我們用手指或導電筆觸控螢幕幕時，部分電荷會從設備轉移到手指/導電筆上。控制器能感應到電荷的變化，系統將能夠找出觸摸的準確位置。
  • GRAS 推出全球最薄的UTP電容式測試麥克風
    )的麥克風。基於革命性的專利技術上,UTP麥克風結合了GRAS 測量麥克風具有高精度和可靠性,針對市場需求以創新超薄型設計(1 mm),將湍流影響降至最低。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202007/415344.htmUTP麥克風外型設計獨特和易於安裝,專為原位邊界層測試而設計,可滿足測試的對中性衝擊和高精度的要求。連同GRAS其他表面貼裝和嵌入式安裝的麥克風系列,UTP麥克風將涵蓋了各類行業的邊界層測試應用。
  • 電容式觸控屏有哪些應用和挑戰
    打開APP 電容式觸控屏有哪些應用和挑戰 中國電子報 發表於 2020-05-09 09:15:44 該技術具有哪些優點？各大半導體公司如何解決電容式觸控屏發展面臨的挑戰？除了在iPhone的應用之外，其還有哪些應用領域？
  • 河源電容式觸控螢幕主要優勢你知道有哪些
    勳瑞電容式觸控螢幕的構造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜體層，再在導體層外加上一塊保護玻璃，雙玻璃設計能徹底保護導體層及感應器。電容式觸控螢幕在觸控螢幕四邊均鍍上狹長的電極，在導電體內形成一個低電壓交流電場。
  • usb電容麥克風有什麼特點 usb電容麥克風有哪些型號推薦
    2.有極為寬廣的頻率響應，振動膜是麥克風感應聲音及轉換為電能訊號的主要組件。振動膜的材質及機構設計，是決定麥克風音質的各項特性。由於電容式麥克風的振動膜可以採用極輕薄的材料製成，而且感應的音壓，直接轉換成音頻訊號，所以頻率響應低音可以延伸到10Hz以下的超低頻，高音可以輕易的達到數十KHz的超音波，展現非常寬廣的頻率響應特性!
  • 麥克風怎麼挑選:「電容式麥克風」與「動圈式麥克風」大不同
    在歌手的演出中，麥克風是在演唱時必備的重要工具，而麥克風發出聲音的原理，會依照種類的不同而有所差異，本文將為各位介紹最常見的「電容式麥克風
  • 電容式麥克風在電腦上的連接方法
    電容式麥克風在電腦上的連接方法 多朋友聊到購買的電容話筒或動圈話筒，在使用中會遇到各方面的問題。