爱普科斯MEMS技术解析

2011-12-03 18:44:28来源: EEWORLD

越来越多的移动设备,如手机、耳机、相机和MP3,采用了先进的降噪技术,以消除背景音,提高声音质量。要使这种先进技术付诸实施,所采用的多个麦克风不仅需具有抗射频电磁干扰的能力,还必须具有极小的尺寸。爱普科斯生产的MEMS麦克风是符合此要求的理想解决方案。作为目前市场上体积最小的麦克风,MEMS麦克风不仅提供极佳的音频质量,而且具有优良的抗电磁干扰功能。

性能优良,占用面积小

2009年5月,由于采用了Technitrol 的MEMS(微电子机械系统)麦克风技术,一系列极具创新性的MEMS产品得以投放到在硅麦克风市场。首批上市的产品为爱普科斯T4000 and T4010系列,在它们身上,汇聚了先进的MEMS和ASIC技术的设计能力、对用途的深入了解以及各种专利。

现在,产品系列中增加了数字输出的麦克风,即T4030。新产品体积小,灵敏度为-26 dB FS(全量程),信噪比为60dBA。即使声级为100 dB,失真度也低于1%。其频率响应特点是高带宽、低振幅波动(见图1)。由于采用了PDM(脉冲密度调制)输出,T4030对电磁干扰基本无反应。电源噪音抑制为-82 dB FS。可通过一根信号线进行双声道传输,这使得立体声或多麦克风应用变得容易,比采用模拟技术简便得多。电源电压在1.64V至2.86V之间。电力消耗为650 μA,在待机模式下则低于10 μA。

产品结构紧凑

T4030性能优良,尺寸极小,它最适合在移动设备中作降噪用途,因为在这些设备中,空间占用往往是首要考虑的问题。这方面很好的例证是大北欧(GN Netcom)公司研制的捷波朗STONE蓝牙耳机。大北欧是一家丹麦耳机生产商,其产品用于手机、联络中心和办公室(见图2)。捷波朗STONE是一款结构极紧凑的耳机,其特点是在噪音清除和自然声音之间找到最佳的平衡,提供完美的音质。而要达到这种效果,只有采用双麦克风捕捉声音,同时仅对背景噪音进行智能过滤。正是出于这一目的,厂家选择了尺寸小、性能优的T4000系列产品。

大北欧认为捷波朗STONE是一款革命性的产品,必将颠覆消费者对蓝牙耳机的固有看法。“它造型独特,降噪技术先进,不需要横臂,是一个全新的产品概念,” 大北欧移动通信部的副总裁安娜-R-拉斯穆塞这样说道。

先进的降噪技术

在中高端移动设备中,消除噪音正日益变成一项标准要求。在接收路径和传输路径中,两种降噪功能可以合并(见图3)。如下图所示,在接收路径(蓝色)中,麦克风1位于喇叭的旁边,接收噪音,此噪音信号反相后添加到传入的声音中。反相的噪音信号与周围噪音信号相消。这样,用户可以更清晰理解对方的话音,即便在嘈杂的环境里亦如此。

图2:大北欧生产的捷波朗STONE蓝牙耳机

图3:在接收和传输路径消除噪音

在传输路径(黄色)中,麦克风2背对着口部,接收周围噪音。麦克风3正对着口部,它同时接收周围噪音和说话者的话音。在此,通过添加反相噪音信号,噪音被消除。此时,通话对方受到的周围噪音干扰将减小。

使用三个以上的麦克风,可以设计出功能更强大和更复杂的降噪系统。随着更多的麦克风植入到小型移动设备内,产品的尺寸大小已变得越来越重要。图4展示了两款安装在电路板上的小型T4000麦克风。与此同时,用户对声音质量的期望更高。将来麦克风的信噪比(SNR)将达到62 dB,高出今天的一般水平55-59 dB。如今,爱普科斯的T4020 MEMS性能优良,信噪比已达到62 dB,而且信噪比更高的产品正在研制之中。

尖端的封装技术

避免电磁干扰和射频干扰一直是SAW滤波器的重要问题。SAW滤波器都在GHz范围内工作,在天线接收射频信号后,在信号路径中通常是第一个元件。正是这一原因,为了维护很弱的信号,必须采取极可靠的屏蔽。此要求催生了CSSP?(即“芯片大小SAW封装”)技术的诞生。该技术是具屏蔽功能的极小封装,并通过应用到数十亿手机上,证明其成熟性。

MEMS麦克风正是基于专用于MEMS的相同封装技术(CSMP?,也即芯片大小MEMS封装)而生产的(见图5)。该项技术得益于成熟的爱普科斯生产工艺以及15年开发MEMS麦克风的经验。MEMS麦克风符合RoHS指令规定,并适合SMD无铅回流焊工艺。

图4: STONE耳机的电路板,上面安装了两个MEMS麦克风

图5: MEMS麦克风的坚固封装

完整测试

TDK-EPC公司也将成熟的SAW生产技术用于最终电声测量。通过设计出一个特定的测试头,解决了测量电声特征的问题。每只麦克风出厂前,都会按照相关规范接受完整的测量,包括基本的电声性能测试。具体测试项如下:

1 kHz和窄带噪音时的灵敏度;

宽带频率响应;

宽带噪音;

电源穿透;

谐波失真;

功率消耗。

100%的测试使MEMS麦克风在应用中可靠地表现出优良性能。

MEMS麦克风结构紧凑,电气性能优异,还可用在对声音质量要求高的领域,包括高质量的视频和VoIP(互联网电话)系统、电话会议系统和波束成型系统中。T4000系列产品的大规模生产已经开始。目前可以得到T4020 和T4030系列的工程样品。

关键字:爱普科斯  MEMS

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/MEMS/2011/1203/article_1207.html
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