MEMS电容式硅麦克风

MEMS 硅麦克风
MEMS 麦克风采用批量化的半导体制作工艺,具有尺寸小、性能优良、一致性高等特点,并且易于实现阵列化,对语音效果实现了较大的提升。
根据制造技术,麦克风可以分为两种主要类型,传统的驻极体麦克风和 MEMS麦克风。驻极体麦克风通常由独立的金属部件和聚合物材料制成,尺寸较大,不易于集成和大批量生产。而 MEMS 麦克风采用与集成电路工艺兼容的硅微加工技术制成,尺寸较小,比较适合集成和大规模量产,进一步降低了生产成本,并在性能上也得到了较大的提升.电容式 MEMS 麦克风主要由两块平行的导电极板组成(包括固定极板和可动极板),当可动极板在声波作用下产生振动时,改变了两极板间的距离,从而引起电容值的变化。那么,通过专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)可以将电容的变化转换成电压信号。
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从设计的角度来说,MEMS麦克风的灵敏度取决于电学灵敏度和机械灵敏度。其中,电学灵敏度与偏置电压和极板面积成正比,与极板间的距离成反比。因此,偏置电压越高,极板面积越大,MEMS 麦克风的电学灵敏度就越高。但是,增大极板面积就意味着增大 ME
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大豆糖蜜MS 麦克风的尺寸,提升偏置电压就意味着增加功耗,而且偏置电压也会受到吸合电压的限制而不能任意增大。因此,这就需要在尺寸、功耗、灵敏度之间到一个平衡点,在不增加尺寸和功耗的前提下进一步提升MEMS 麦克风的灵敏度。MEMS 麦克风的机械灵敏度与振膜(可动电极)的刚度成正比,一般来说,刚度越小的薄膜在声波作用下产生的形变就越大。因此,减小振膜刚度可以获得更高的机械灵敏度,但是在制作过程中,刚度较小的振膜极易受到外界的影响产生形变甚至破裂。而且在静电力的作用下,振膜与固定极板之间会产生一个吸引力,导致振膜逐渐向固定极板靠近,当振膜与固定极板接触时的偏置电压称为吸合电压。因此,刚度较小的振膜在一定程度上限制了吸合电压。
具体来说,可以通过调整以下几个参数来提升 MEMS 麦克风的灵敏度: 1、在两极板间施加较高的偏置电压,增强电敏感性。然而,吸合电压阈值将限制偏置电压的提升,一旦偏置电压超过吸合电压,两极板就会在静电力的作用下吸附到一起。 2、减小两极板间的距离,增加电容值。对于相同的薄膜振动形变,电容值越大能够得到更大的输出电压。然而,两极板间距过小会产生较大的压膜阻尼,从而降低了机械灵敏度并且还会影响到 MEMS 麦克风的频率响应。 3、增大极板面积。然而极板面积过大极易导致极板的变形甚至破裂,而且增大极板面积会导致产品尺寸的增加。 4、降低振膜刚度,即降低薄膜应力。
一般具有低应力的振膜对同等强度的声压能够产生更大的形变位移。
2. MEMS 麦克风工作原理
电容式 MEMS 麦克风主要由两个平行的导电极板组成,即振膜与背极板。如图所示,当声波入射到振膜时,振膜与背极板之间的距离随着声压的强度而产生相应的变化。因此,MEMS 麦克风能够将声音信号转换为电容值的变化,接着通过专用集成电路处理芯片将电容值的变化转换为电压的变化,并输出一个相应的交流小信号。
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粉尘收集当电容的两极板与固定电压源相连时,电路中会产生电荷的流动,直到其中一个极板上的电位与电压源正极相同,而另一极板的电位与电压源负极相同。根据电容方程式 Q=CV,与电源正极相连的极板,它的电荷量取决于电容值的大小。众所周知,极板之间的电势差
如公式 下所示:
橄榄采摘机其中,d是极板间的距离。根据公式当两极板间距离变小时,由于在极板上施加的电压是恒定的,因此,两极板间的电场必须增强以弥补距离的减小。在这个过程中,会有更多的电荷从电压源流入电容极板上,极板上所存储的电荷量也相应增加,电容值也随之增大。同样的,根据电容方程也可以说明极板间距离的减小导致了电容的增大。当入射声波消失时,振膜还是会回到原来的位置,极板间的距离又相应增大,电容随之减小。为了匹配这种电容变化,电荷从极板流入电压源。根据极板上电荷量的变化规律,可以检测出电路中电流的变化。然后通过 ASIC 将电流的变化转换成电压的变化并输出。 当声波作用于振膜时,它会产生周期性的移动,其频率与声波频率相同。振膜的周期性移动能够引起电容值周期性的变化,同样的,电路中产生的电流也会周期性的变化。

本文发布于:2024-09-23 01:18:04,感谢您对本站的认可!

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