发展、可重复性和稳定性 4 |+ F3 K7 s; v 9 Z8 C' N& P. ?' w, I+ O* F MEMS麦克风已发展到很高的水平,它已成为很多要求小尺寸和高性能的音频捕捉应用的默认选择,但大部分商用级麦克风并不适合助听器行业,因为后者要求小得多的器件、更低的功耗、更好的噪声性能以及更高的可靠性、环境稳定性和器件间可重复性。MEMS麦克风技术现在已经能够满足上述所有要求:超小型封装、极低功耗以及极低的等效输入噪声。4 |1 F& P/ q! A' X" t5 M
" s) f+ b( S7 O$ I3 P7 t 硅制造工艺的严格控制措施令MEMS麦克风的稳定性和器件间性能差异显着优于ECM.图4所示为相同型号的数个MEMS麦克风的归一化频率响应,图5所示为不同ECM的归一化频率响应。各MEMS麦克风的频率响应几乎一致,而ECM的频率响应则显示出相当大的器件间差异,尤其是在高频和低频时。 ) m3 W7 J% _9 z$ ?. `& o1 w$ J! L) D6 p7 ^4 n0 k6 q2 K4 U# X9 `5 [/ R
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图4. 数个MEMS麦克风的频率响应 1 u3 n( h( O: `+ Q6 v8 x x# Z ?/ i; w) G3 g _ ! S' f9 ~2 `2 Y) k' z: ~/ z/ W( C! `/ j( \& S. {( x. z+ V
图5. 三组ECM麦克风的频率响应 + I7 g' U: \; G; F: Y' m( v # Y: z+ Q/ k+ g MEMS麦克风还表现出卓越的宽温度范围稳定性。图6所示为环境温度在-40°C至+85°C之间改变时灵敏度的变化。黑线显示:在MEMS麦克风的温度范围内,灵敏度变化小于0.5 dB;而ECM则表现出最多8 dB的变化。, a5 y; |; t2 \2 {! Q3 ~' T' W
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% ?! h) ~+ u! |0 a3 h6 E 图6. 对振动的灵敏度与温度的关系:MEMS与ECM! k/ C6 T- b/ N9 l6 l
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相比于ECM,MEMS麦克风设计的电源抑制性能显着提高,典型电源抑制比(PSRR)优于-50 dB.在ECM上,输出信号和偏置电压(电源)共用一个引脚,电源上的任何纹波都会直接出现在输出信号上。MEMS麦克风优异的PSRR为音频电路设计提供的自由度是ECM无法比拟的。器件数量和系统成本得以降低。 6 W3 E* M% s; ] 6 _9 W. y) I3 E9 W8 ? 在助听器之类电池供电的微型应用中,每毫瓦功耗都至关重要。当助听器正在工作时,麦克风无法通过周期供电来节省功耗。因此,麦克风的工作功耗极为重要。采用典型的锌空气电池电压(0.9 V-1.4 V)供电时,助听器所用典型ECM麦克风的功耗为35 μA。而在相同电压下,助听器所用MEMS麦克风的功耗可以降至一半,使得助听器装一次电池可以使用更长时间。 ; x* C; }, m' {, k. R4 U6 @ # B- |& K0 y. Y% g 最新一代MEMS麦克风拥有助听器行业要求的出色噪声和功耗性能。ADI公司利用20多年的MEMS技术经验来打造可用于助听器市场的高性能麦克风。典型全向MEMS麦克风的等效输入噪声(EIN)特性为27.5 dB SPL(A加权、8 kHz带宽),适合助听应用。1/3倍频程EIN噪声性能通常用于指定助听器用麦克风,在低频时非常出色,如图7所示。实现如此高的噪声性能只需17 μA功耗(采用典型助听器电池电压)。麦克风提供微型封装,总体积小于7.5 mm3,如图8所示。6 c% |% s' x' g/ `9 p$ ?1 V