MEMS麥克風(fēng)可以有效改善音質(zhì)
[導(dǎo)讀]越來(lái)越多的移動(dòng)設(shè)備，如手機(jī)、耳機(jī)、相機(jī)和MP3，采用了先進(jìn)的降噪技術(shù)，以消除背景音，提高聲音質(zhì)量。要使這種先進(jìn)技術(shù)付諸實(shí)施，所采用的多個(gè)麥克風(fēng)不僅需具有抗射頻和電磁干擾的能力，還必須具有極小的尺寸。愛(ài)普科
越來(lái)越多的移動(dòng)設(shè)備，如手機(jī)、耳機(jī)、相機(jī)和MP3，采用了先進(jìn)的降噪技術(shù)，以消除背景音，提高聲音質(zhì)量。要使這種先進(jìn)技術(shù)付諸實(shí)施，所采用的多個(gè)麥克風(fēng)不僅需具有抗射頻和電磁干擾的能力，還必須具有極小的尺寸。愛(ài)普科斯生產(chǎn)的 MEMS麥克風(fēng)是符合此要求的理想解決方案。作為目前市場(chǎng)上體積最小的麥克風(fēng)，MEMS麥克風(fēng)不僅提供極佳的音頻質(zhì)量，而且具有優(yōu)良的抗電磁干擾功能。
性能優(yōu)良，占用面積小
2009 年5月，由于采用了Technitrol的MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))麥克風(fēng)技術(shù)，一系列極具創(chuàng)新性的MEMS產(chǎn)品得以投放到在硅麥克風(fēng)市場(chǎng)。首批上市的產(chǎn)品為愛(ài)普科斯T4000和T4010系列，在它們身上，匯聚了先進(jìn)的MEMS和ASIC技術(shù)的設(shè)計(jì)能力、對(duì)用途的深入了解以及各種專利。
現(xiàn)在，產(chǎn)品系列中增加了數(shù)字輸出的麥克風(fēng)，即T4030。新產(chǎn)品體積小，靈敏度為-26dB FS(全量程)，信噪比為60dBA。即使聲級(jí)為100dB，失真度也低于1%。其頻率響應(yīng)特點(diǎn)是高帶寬、低振幅波動(dòng)(見(jiàn)圖1)。由于采用了PDM(脈沖密度調(diào)制)輸出，T4030對(duì)電磁干擾基本無(wú)反應(yīng)。電源噪音抑制為-82dB FS?？赏ㄟ^(guò)一根信號(hào)線進(jìn)行雙聲道傳輸，這使得立體聲或多麥克風(fēng)應(yīng)用變得容易，比采用模擬技術(shù)簡(jiǎn)便得多。電源電壓在1.64V至2.86V之間。電力消耗為650μA，在待機(jī)模式下則低于10μA。
圖1：頻率響應(yīng)曲線。
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊
T4030性能優(yōu)良，尺寸極小，它最適合在移動(dòng)設(shè)備中作降噪用途，因?yàn)樵谶@些設(shè)備中，空間占用往往是首要考慮的問(wèn)題。這方面很好的例證是大北歐(GN Netcom)公司研制的捷波朗STONE藍(lán)牙耳機(jī)。大北歐是一家丹麥耳機(jī)生產(chǎn)商，其產(chǎn)品用于手機(jī)、聯(lián)絡(luò)中心和辦公室(見(jiàn)圖2)。捷波朗STONE是一款結(jié)構(gòu)極緊湊的耳機(jī)，其特點(diǎn)是在噪音清除和自然聲音之間找到最佳的平衡，提供完美的音質(zhì)。而要達(dá)到這種效果，只有采用雙麥克風(fēng)捕捉聲音，同時(shí)僅對(duì)背景噪音進(jìn)行智能過(guò)濾。正是出于這一目的，廠家選擇了尺寸小、性能優(yōu)的T4000系列產(chǎn)品。
大北歐認(rèn)為捷波朗STONE是一款革命性的產(chǎn)品，必將顛覆消費(fèi)者對(duì)藍(lán)牙耳機(jī)的固有看法。“它造型獨(dú)特，降噪技術(shù)先進(jìn)，不需要橫臂，是一個(gè)全新的產(chǎn)品概念，”大北歐移動(dòng)通信部的副總裁安娜-R-拉斯穆塞這樣說(shuō)道。
圖2：大北歐生產(chǎn)的捷波朗STONE藍(lán)牙耳機(jī)。
先進(jìn)的降噪技術(shù)
在中高端移動(dòng)設(shè)備中，消除噪音正日益變成一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求。在接收路徑和傳輸路徑中，兩種降噪功能可以合并(見(jiàn)圖3)。如下圖所示，在接收路徑(藍(lán)色)中，麥克風(fēng)1位于喇叭的旁邊，接收噪音，此噪音信號(hào)反相后添加到傳入的聲音中。反相的噪音信號(hào)與周圍噪音信號(hào)相消。這樣，用戶可以更清晰理解對(duì)方的話音，即便在嘈雜的環(huán)境里亦如此。
圖3：在接收和傳輸路徑消除噪音。
在傳輸路徑(黃色)中，麥克風(fēng)2背對(duì)著口部，接收周圍噪音。麥克風(fēng)3正對(duì)著口部，它同時(shí)接收周圍噪音和說(shuō)話者的話音。在此，通過(guò)添加反相噪音信號(hào)，噪音被消除。此時(shí)，通話對(duì)方受到的周圍噪音干擾將減小。
使用三個(gè)以上的麥克風(fēng)，可以設(shè)計(jì)出功能更強(qiáng)大和更復(fù)雜的降噪系統(tǒng)。隨著更多的麥克風(fēng)植入到小型移動(dòng)設(shè)備內(nèi)，產(chǎn)品的尺寸大小已變得越來(lái)越重要。圖4展示了兩款安裝在電路板上的小型T4000麥克風(fēng)。與此同時(shí)，用戶對(duì)聲音質(zhì)量的期望更高。將來(lái)麥克風(fēng)的信噪比(SNR)將達(dá)到62dB，高出今天的一般水平 55-59dB。如今，愛(ài)普科斯的T4020 MEMS性能優(yōu)良，信噪比已達(dá)到62dB，而且信噪比更高的產(chǎn)品正在研制之中。
圖4：STONE耳機(jī)的電路板，上面安裝了兩個(gè)MEMS麥克風(fēng)。
尖端的封裝技術(shù)
避免電磁干擾和射頻干擾一直是SAW濾波器的重要問(wèn)題。SAW濾波器都在GHz范圍內(nèi)工作，在天線接收射頻信號(hào)后，在信號(hào)路徑中通常是第一個(gè)組件。正是這一原因，為了維護(hù)很弱的信號(hào)，必須采取極可靠的屏蔽。此要求催生了CSSP(即“芯片大小SAW封裝”)技術(shù)的誕生。該技術(shù)是具屏蔽功能的極小封裝，并通過(guò)應(yīng)用到數(shù)十億手機(jī)上，證明其成熟性。
MEMS麥克風(fēng)正是基于專用于MEMS的相同封裝技術(shù)(CSMP，也即芯片大小MEMS封裝)而生產(chǎn)的(見(jiàn)圖5)。該項(xiàng)技術(shù)得益于成熟的愛(ài)普科斯生產(chǎn)工藝以及15年開(kāi)發(fā)MEMS麥克風(fēng)的經(jīng)驗(yàn)。MEMS麥克風(fēng)符合RoHS指令規(guī)定，并適合SMD無(wú)鉛回流焊工藝。
圖5：MEMS麥克風(fēng)的堅(jiān)固封裝。
完整測(cè)試
TDK-EPC公司也將成熟的SAW生產(chǎn)技術(shù)用于最終電聲測(cè)量。通過(guò)設(shè)計(jì)出一個(gè)特定的測(cè)試頭，解決了測(cè)量電聲特征的問(wèn)題。每只麥克風(fēng)出廠前，都會(huì)按照相關(guān)規(guī)范接受完整的測(cè)量，包括基本的電聲性能測(cè)試。具體測(cè)試項(xiàng)如下：
* 1kHz和窄帶噪音時(shí)的靈敏度；
* 寬帶頻率響應(yīng)；
* 寬帶噪音；
* 電源穿透；
* 諧波失真；
* 功率消耗。
100%的測(cè)試使MEMS麥克風(fēng)在應(yīng)用中可靠地表現(xiàn)出優(yōu)良性能。
MEMS麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)緊湊，電氣性能優(yōu)異，還可用在對(duì)聲音質(zhì)量要求高的領(lǐng)域，包括高質(zhì)量的視頻和VoIP(互聯(lián)網(wǎng)電話)系統(tǒng)、電話會(huì)議系統(tǒng)和波束成型系統(tǒng)中。T4000系列產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)已經(jīng)開(kāi)始。目前可以得到T4020和T4030系列的工程樣品。
表：關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。
性能優(yōu)良，占用面積小
2009 年5月，由于采用了Technitrol的MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))麥克風(fēng)技術(shù)，一系列極具創(chuàng)新性的MEMS產(chǎn)品得以投放到在硅麥克風(fēng)市場(chǎng)。首批上市的產(chǎn)品為愛(ài)普科斯T4000和T4010系列，在它們身上，匯聚了先進(jìn)的MEMS和ASIC技術(shù)的設(shè)計(jì)能力、對(duì)用途的深入了解以及各種專利。
現(xiàn)在，產(chǎn)品系列中增加了數(shù)字輸出的麥克風(fēng)，即T4030。新產(chǎn)品體積小，靈敏度為-26dB FS(全量程)，信噪比為60dBA。即使聲級(jí)為100dB，失真度也低于1%。其頻率響應(yīng)特點(diǎn)是高帶寬、低振幅波動(dòng)(見(jiàn)圖1)。由于采用了PDM(脈沖密度調(diào)制)輸出，T4030對(duì)電磁干擾基本無(wú)反應(yīng)。電源噪音抑制為-82dB FS?？赏ㄟ^(guò)一根信號(hào)線進(jìn)行雙聲道傳輸，這使得立體聲或多麥克風(fēng)應(yīng)用變得容易，比采用模擬技術(shù)簡(jiǎn)便得多。電源電壓在1.64V至2.86V之間。電力消耗為650μA，在待機(jī)模式下則低于10μA。
圖1：頻率響應(yīng)曲線。
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊
T4030性能優(yōu)良，尺寸極小，它最適合在移動(dòng)設(shè)備中作降噪用途，因?yàn)樵谶@些設(shè)備中，空間占用往往是首要考慮的問(wèn)題。這方面很好的例證是大北歐(GN Netcom)公司研制的捷波朗STONE藍(lán)牙耳機(jī)。大北歐是一家丹麥耳機(jī)生產(chǎn)商，其產(chǎn)品用于手機(jī)、聯(lián)絡(luò)中心和辦公室(見(jiàn)圖2)。捷波朗STONE是一款結(jié)構(gòu)極緊湊的耳機(jī)，其特點(diǎn)是在噪音清除和自然聲音之間找到最佳的平衡，提供完美的音質(zhì)。而要達(dá)到這種效果，只有采用雙麥克風(fēng)捕捉聲音，同時(shí)僅對(duì)背景噪音進(jìn)行智能過(guò)濾。正是出于這一目的，廠家選擇了尺寸小、性能優(yōu)的T4000系列產(chǎn)品。
大北歐認(rèn)為捷波朗STONE是一款革命性的產(chǎn)品，必將顛覆消費(fèi)者對(duì)藍(lán)牙耳機(jī)的固有看法。“它造型獨(dú)特，降噪技術(shù)先進(jìn)，不需要橫臂，是一個(gè)全新的產(chǎn)品概念，”大北歐移動(dòng)通信部的副總裁安娜-R-拉斯穆塞這樣說(shuō)道。
圖2：大北歐生產(chǎn)的捷波朗STONE藍(lán)牙耳機(jī)。
先進(jìn)的降噪技術(shù)
在中高端移動(dòng)設(shè)備中，消除噪音正日益變成一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求。在接收路徑和傳輸路徑中，兩種降噪功能可以合并(見(jiàn)圖3)。如下圖所示，在接收路徑(藍(lán)色)中，麥克風(fēng)1位于喇叭的旁邊，接收噪音，此噪音信號(hào)反相后添加到傳入的聲音中。反相的噪音信號(hào)與周圍噪音信號(hào)相消。這樣，用戶可以更清晰理解對(duì)方的話音，即便在嘈雜的環(huán)境里亦如此。
圖3：在接收和傳輸路徑消除噪音。
在傳輸路徑(黃色)中，麥克風(fēng)2背對(duì)著口部，接收周圍噪音。麥克風(fēng)3正對(duì)著口部，它同時(shí)接收周圍噪音和說(shuō)話者的話音。在此，通過(guò)添加反相噪音信號(hào)，噪音被消除。此時(shí)，通話對(duì)方受到的周圍噪音干擾將減小。
使用三個(gè)以上的麥克風(fēng)，可以設(shè)計(jì)出功能更強(qiáng)大和更復(fù)雜的降噪系統(tǒng)。隨著更多的麥克風(fēng)植入到小型移動(dòng)設(shè)備內(nèi)，產(chǎn)品的尺寸大小已變得越來(lái)越重要。圖4展示了兩款安裝在電路板上的小型T4000麥克風(fēng)。與此同時(shí)，用戶對(duì)聲音質(zhì)量的期望更高。將來(lái)麥克風(fēng)的信噪比(SNR)將達(dá)到62dB，高出今天的一般水平 55-59dB。如今，愛(ài)普科斯的T4020 MEMS性能優(yōu)良，信噪比已達(dá)到62dB，而且信噪比更高的產(chǎn)品正在研制之中。
圖4：STONE耳機(jī)的電路板，上面安裝了兩個(gè)MEMS麥克風(fēng)。
尖端的封裝技術(shù)
避免電磁干擾和射頻干擾一直是SAW濾波器的重要問(wèn)題。SAW濾波器都在GHz范圍內(nèi)工作，在天線接收射頻信號(hào)后，在信號(hào)路徑中通常是第一個(gè)組件。正是這一原因，為了維護(hù)很弱的信號(hào)，必須采取極可靠的屏蔽。此要求催生了CSSP(即“芯片大小SAW封裝”)技術(shù)的誕生。該技術(shù)是具屏蔽功能的極小封裝，并通過(guò)應(yīng)用到數(shù)十億手機(jī)上，證明其成熟性。
MEMS麥克風(fēng)正是基于專用于MEMS的相同封裝技術(shù)(CSMP，也即芯片大小MEMS封裝)而生產(chǎn)的(見(jiàn)圖5)。該項(xiàng)技術(shù)得益于成熟的愛(ài)普科斯生產(chǎn)工藝以及15年開(kāi)發(fā)MEMS麥克風(fēng)的經(jīng)驗(yàn)。MEMS麥克風(fēng)符合RoHS指令規(guī)定，并適合SMD無(wú)鉛回流焊工藝。
圖5：MEMS麥克風(fēng)的堅(jiān)固封裝。
完整測(cè)試
TDK-EPC公司也將成熟的SAW生產(chǎn)技術(shù)用于最終電聲測(cè)量。通過(guò)設(shè)計(jì)出一個(gè)特定的測(cè)試頭，解決了測(cè)量電聲特征的問(wèn)題。每只麥克風(fēng)出廠前，都會(huì)按照相關(guān)規(guī)范接受完整的測(cè)量，包括基本的電聲性能測(cè)試。具體測(cè)試項(xiàng)如下：
* 1kHz和窄帶噪音時(shí)的靈敏度；
* 寬帶頻率響應(yīng)；
* 寬帶噪音；
* 電源穿透；
* 諧波失真；
* 功率消耗。
100%的測(cè)試使MEMS麥克風(fēng)在應(yīng)用中可靠地表現(xiàn)出優(yōu)良性能。
MEMS麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)緊湊，電氣性能優(yōu)異，還可用在對(duì)聲音質(zhì)量要求高的領(lǐng)域，包括高質(zhì)量的視頻和VoIP(互聯(lián)網(wǎng)電話)系統(tǒng)、電話會(huì)議系統(tǒng)和波束成型系統(tǒng)中。T4000系列產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)已經(jīng)開(kāi)始。目前可以得到T4020和T4030系列的工程樣品。
表：關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。
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