Poate că vă amintiți campania de marketing de acum câțiva ani cu fraza „Mă auziți acum?”. Din ce în ce mai multe dispozitive proiectate astăzi, de la dispozitive purtabile la asistenți casnici, sunt solicitate să „audă” mediul înconjurător. Microfonul corect face posibil ca aplicațiile să capteze cu acuratețe aproape orice sunet, cele două tehnologii cel mai des utilizate pentru construirea microfoanelor fiind MEMS și condensatorul electret. Deși cele două tehnologii funcționează pe principii similare, există multe cazuri de utilizare pentru a alege una în locul celeilalte. Ținând cont de acest lucru, vom trece în revistă elementele de bază ale microfoanelor MEMS și cu condensator electret, vom compara diferențele dintre tehnologii și vom sublinia avantajele fiecărei soluții.
Bazele microfoanelor MEMS
Microfoanele MEMS sunt construite cu o componentă MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) plasată pe o placă de circuite imprimate (PCB) și protejată cu un capac mecanic. O mică gaură este fabricată în carcasă pentru a permite sunetului să pătrundă în microfon și este desemnată fie ca fiind cu port superior, dacă gaura este în capacul superior, fie ca fiind cu port inferior, dacă gaura este în PCB. Componenta MEMS este adesea proiectată cu o diafragmă mecanică și o structură de montare creată pe o matrice semiconductoare.
Construcția tipică a unui microfon MEMS
Diafragma MEMS formează un condensator, iar undele de presiune sonoră determină mișcarea diafragmei. Microfoanele MEMS conțin de obicei o a doua filă semiconductoare care funcționează ca un preamplificator audio, convertind capacitatea schimbătoare a MEMS într-un semnal electric. Ieșirea preamplificatorului audio este furnizată utilizatorului în cazul în care se dorește un semnal de ieșire analogic. În cazul în care se dorește un semnal de ieșire digital, atunci un convertor analog-digital (ADC) este inclus pe aceeași matrice ca și preamplificatorul audio. Un format comun utilizat pentru codificarea digitală în microfoanele MEMS este modularea densității de impulsuri (PDM), care permite comunicarea doar cu un ceas și o singură linie de date. Decodarea semnalului digital la receptor este simplificată datorită codificării pe un singur bit a datelor.
Istânga: schemă de aplicare a microfonului MEMS analogic Dreapta: schemă de aplicare a microfonului MEMS digital
Bazele microfonului cu condensator cu electret
Microfoanele cu condensator cu electret (ECM) sunt construite după cum se arată în figura de mai jos.
Construcția tipică a microfonului cu condensator electret
O diafragmă electret (material cu o sarcină de suprafață fixă) este distanțată aproape de o placă conductoare și, similar microfoanelor MEMS, se formează un condensator cu spațiul de aer ca dielectric. Tensiunea pe condensator variază pe măsură ce valoarea capacității se modifică din cauza undelor de presiune sonoră care deplasează diafragma electret, ΔV = Q/ ΔC. Variațiile de tensiune ale condensatorului sunt amplificate și tamponate de un JFET intern în carcasa microfonului. JFET-ul este de obicei configurat într-o configurație cu sursă comună, în timp ce în circuitul extern al aplicației se utilizează o rezistență de sarcină externă și un condensator de blocare a curentului continuu.
Schema aplicației ECM
Diferențe între tehnologiile microfonice
Există multe considerente atunci când se alege între un microfon ECM și un microfon MEMS. Cota de piață pentru microfoanele MEMS continuă să crească într-un ritm rapid datorită numeroaselor avantaje oferite de această tehnologie mai nouă. De exemplu, aplicațiile cu spațiu limitat vor găsi atractive dimensiunile mici ale capsulelor disponibile pentru microfoanele MEMS, în timp ce o reducere atât a suprafeței PCB, cât și a costului componentelor poate fi realizată datorită circuitelor analogice și digitale incluse în construcția microfoanelor MEMS. Impedanța de ieșire relativ scăzută a microfoanelor MEMS analogice și ieșirile microfoanelor MEMS digitale sunt ideale pentru aplicații în medii cu zgomot electric. În mediile cu vibrații ridicate, utilizarea tehnologiei microfoanelor MEMS poate reduce nivelul de zgomot nedorit introdus de vibrațiile mecanice. În plus, tehnologia de fabricare a semiconductorilor și includerea preamplificatoarelor audio permit fabricarea de microfoane MEMS cu caracteristici de performanță foarte apropiate și stabile la temperatură. Aceste caracteristici de performanță strânse sunt deosebit de benefice atunci când microfoanele MEMS sunt utilizate în aplicații de tip matrice. În timpul fabricării produselor, microfoanele MEMS pot fi, de asemenea, manevrate cu ușurință de mașinile de preluare și plasare și tolerează profilele de temperatură de lipire prin refulare.
Deși microfoanele MEMS cresc rapid în popularitate, există încă aplicații în care poate fi preferat un microfon cu condensator electret. Multe modele moștenite au folosit ECM-uri și, prin urmare, dacă proiectul este o simplă actualizare a unui model existent, ar putea fi mai bine să se folosească în continuare un ECM. Opțiunile de conectare a unui ECM la circuitul aplicației includ pini, fire, SMT, plăcuțe de lipit și contacte cu arc, oferind inginerilor o flexibilitate suplimentară de proiectare. Dacă protecția împotriva prafului și a umezelii este o problemă, este ușor să găsiți oferte de ECM-uri cu grade ridicate de protecție Ingress Protection (IP) datorită dimensiunilor fizice mai mari. Pentru proiectele care necesită o sensibilitate spațială neuniformă, produsele ECM sunt disponibile cu direcționalitate intrinsecă, fie unidirecțională, fie cu anulare a zgomotului, în timp ce gama largă de tensiune de funcționare a ECM-urilor poate fi soluția preferată în cazul produselor cu șine de tensiune slab reglementate.
Selectarea tehnologiei microfonice adecvate pentru proiectul dumneavoastră
Decizia de a utiliza microfoane cu condensator electret versus microfoane MEMS va depinde de cerințele proiectului dumneavoastră. În timp ce microfoanele MEMS continuă să crească în popularitate datorită numeroaselor lor avantaje inerente, microfoanele ECM sunt încă utilizate într-o varietate de aplicații datorită unei game mai largi de opțiuni de ambalare și direcționalitate. Indiferent de tehnologia aleasă, CUI Devices va continua să dezvolte și să ofere o gamă largă de produse de microfoane pentru a permite proiectului dumneavoastră să „audă” sunetele necesare.
.