MEMS麦克风可增强音频系统的质量和可靠性

　　当今的消费电子设备正处于音频变革的前沿。近年来，设计人员专注于开发激动人心的新功能，如无线互联网访问和移动电视等，但音频功能的发展却相对滞后。而如今，这种状况即将改变。

　　麦克风技术在多方面获得了增强，包括信噪比(SNR)更高、宽带频率响应更平坦、灵敏度和相位匹配度更高等，这些技术进步有望推动新音频功能的开发——从高清音频和宽带IP语音(VoIP)到改进型音频/视频录制以及用于免提通话的和波束形成。

　　这一趋势的根本推动力在于系统设计人员逐渐认识到，音频处理信号链前端的麦克风性能不佳对整体音质有着深远的影响。如果构建音频子系统的麦克风性能有限，则为了调理和改善音频信号，对下游处理的要求会大大增加。

　　这些要求进而会提高功耗及系统和开发成本，并使系统设计更趋复杂。而且，尽管付出了极大努力，音频质量仍然会受制于音频采集所用麦克风的性能。麦克风性能不佳必然会束缚设计人员的手脚，使其借助波束形成、噪声消除技术和立体声等新音频功能增强最终产品性能的努力大打折扣。

　　传统麦克风的性能局限

　　当今消费电子和通信设备的大多数音频子系统都采用驻极体电容麦克风(ECM)。这种器件包含一个附着一层非导电性预充电材料的固定背板和一个通常由敷有金属的聚酯薄膜制成的柔性薄膜。背板和薄膜可随声音运动，二者构成一个电容。

　　薄膜的运动会改变容值，导致输出电压发生变化。一个小型三引脚JFET安装于麦克风腔内部，充当容性传感器与输出端之间的缓冲器。通常使用一个外部前置放大器向模数转换器(ADC)提供信号。

　　一直以来，ECM由于供货来源众多且价格便宜而被系统设计人员广泛采用。ECM的最新发展方向聚焦于降低成本和减小尺寸，但制造商们在提高麦克风灵敏度、SNR和线性度方面收效甚微。

　　因此，ECM技术虽然在过去为消费电子应用提供了成功的解决方案，但如今却在多方面限制了性能的改善。该技术的功耗相对较高，这是电池供电的移动系统设计人员的一个主要顾虑。电源抑制(PSR)或抑制电源噪声的能力同样相对较差。

　　较差的PSR令设计人员不得不担心LCD等其它系统组件所产生的噪声，从而削弱了设计人员放置麦克风时的灵活性。使用ECM的设计人员可以增加一个低压差调节器(LDO)来为麦克风产生干净的电源，以弥补该技术PSR较差的缺点，但这种方法会增加系统元件数量，加大系统尺寸、功耗和成本。

　　此外，ECM技术还会引起一些额外的隐性成本。首先，使用驻极体往往需要手工装配，这就会增加制造过程的时间和成本。其次，ECM需要多个其它支持元件，如分立转换器和前置放大器等。这些额外元件会加大电路板面积要求，提高功耗和成本。

　　再次，与采用当今光刻半导体工艺制造的器件相比，驻极体无法提供如此小的容差和如此高的器件间性能一致性。ECM的灵敏度和频率响应随着器件和温度的不同而有较大差异，系统设计人员难以为立体声等基本应用进行器件匹配。

　　为了弥补这种不足，针对此类应用构建多麦克风设计的制造商常常必须手工挑选ECM，以便更好地匹配器件，而这又会提高成本，使制造过程进一步复杂化。