壓電式MEMS麥克風與電容式相比有哪些優勢?

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。eaTednc

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。eaTednc

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。eaTednc

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。eaTednc

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。eaTednc

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。eaTednc

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。eaTednc

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。eaTednc

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。eaTednc

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。eaTednc

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。eaTednc

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。eaTednc

6. 支持單端和差分輸出。eaTednc

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。eaTednc

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。eaTednc

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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：VespereaTednc

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