Перейти к содержанию

MEMS-микрофон

Почти все микрофоны в телефонах, умных колонках и платах для микроконтроллеров — MEMS: крошечный кремниевый конденсатор и микросхема рядом с ним в одном корпусе для поверхностного монтажа.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

MEMS-микрофон (micro-electro-mechanical systems) — микрофон, чувствительный элемент которого изготовлен по кремниевой технологии. По описанию InvenSense это по сути переменный конденсатор с выходным сопротивлением порядка гигаом: звуковое давление прогибает мембрану, ёмкость меняется. Снять такой сигнал напрямую нельзя, поэтому в том же корпусе стоит предусилитель — преобразователь сопротивления, который и формирует выход.

Три вида выхода

ВыходЧто внутри кроме элементаЧто нужно со стороны МК
Аналоговыйусилитель, выход несколько сотен омразделительный конденсатор, усилитель, АЦП
PDMусилитель и сигма-дельта модуляторинтерфейс PDM и децимационный фильтр
I²Sвсё, что у PDM, плюс децимация и последовательный портинтерфейс I²S

Аналоговый выход смещён по постоянному току, поэтому микрофон подключают через конденсатор. Цифровые выходы, по InvenSense, меньше страдают от радиопомех Wi-Fi и сотовой связи, и микрофон можно ставить дальше от процессора.

Параметры

Чувствительность меряют при 94 дБ SPL: у аналоговых — в дБВ, у цифровых — в дБFS. Сверху диапазон ограничен точкой акустической перегрузки, снизу — собственным шумом. Пример — I²S-микрофон ICS-43434: перегрузка 120 дБ SPL, шум 29 дБА SPL, корпус 3,50 × 2,65 × 0,98 мм с нижним портом.

Монтаж

У микрофона с нижним портом звук проходит через отверстие в плате — у ICS-43434 не меньше 0,5 мм, без пасты вокруг. TDK запрещает продувать порт, мыть плату с открытым портом и чистить её ультразвуком. Подключение к микроконтроллеру — в статье «Микрофоны для микроконтроллера».

Частые вопросы

Зачем в корпусе MEMS-микрофона микросхема?

Сам MEMS-элемент — переменный конденсатор с выходным сопротивлением порядка гигаом, и снять с него сигнал длинным проводником нельзя. Поэтому рядом в корпусе стоит предусилитель — преобразователь сопротивления. У цифровых микрофонов в той же микросхеме ещё АЦП, а у I²S-микрофонов — и децимационный фильтр с последовательным портом.

Какой MEMS-микрофон выбрать для микроконтроллера?

Если в МК есть I²S или SAI — I²S-микрофон, например ICS-43434: он выдаёт готовые 24-битные отсчёты. Если есть интерфейс PDM или DFSDM — PDM-микрофон, децимацию сделает МК. Аналоговый нужен, когда есть только АЦП: к нему потребуются разделительный конденсатор, усилитель и фильтр.

Что такое нижний порт микрофона?

Звуковое отверстие в дне корпуса, со стороны выводов. Звук приходит через отверстие в печатной плате, поэтому его сверлят под портом — у ICS-43434 не меньше 0,5 мм — и не наносят пасту вокруг. Порт нельзя продувать сжатым воздухом и мыть: мембрана повредится.

Источники

  1. InvenSense. Lewis J. Analog and Digital MEMS Microphone Design Considerations (WP, Revision 1.0, 12/31/2013) — выход MEMS-микрофона идёт не прямо с преобразователя: тот по сути переменный конденсатор с выходным сопротивлением порядка гигаом, в корпусе за ним предусилитель — преобразователь сопротивления; у аналогового — усилитель с определённым выходным сопротивлением (несколько сотен ом), у цифрового усилитель объединён с АЦП и выход PDM или I²S; I²S-микрофон содержит всё, что PDM, плюс децимационный фильтр и последовательный порт; аналоговый выход смещён по постоянному току — нужен разделительный конденсатор; цифровые линии устойчивее к радиопомехам
  2. TDK InvenSense. ICS-43434 Multi-Mode Microphone with I2S Digital Output: Datasheet (DS-000069, Revision 1.2) — General Description — MEMS-элемент, формирование сигнала, АЦП, децимационные и противоалиасинговые фильтры, 24-битный I²S в одном корпусе 3,50 × 2,65 × 0,98 мм с нижним звуковым портом; разд. PCB Design — отверстие в плате под портом не меньше 0,5 мм, без паяльной пасты вокруг; Handling — не продувать и не мыть порт, не подвергать ультразвуку; табл. 6 — удар 10 000 g

Нашли ошибку?

Смотрите также