新型電聲產品接口技術

新型電聲產品是數碼產品配套新潮

　　當今主要電聲產品有高性能麥克風/話柄式麥克風與平衡電樞式受話器及硅麥克風/超聲聲波傳感器等。

　　麥克風(又稱傳聲器或換能器)每年的銷售一半是非常廉價的低檔傳聲器，面向玩具市場以及對尺寸和性能參數要求不太嚴格的其它應用。另一半是便攜式、高端應用市場，例如移動電話、手機、數碼相機、筆記本電腦等。移動電話被視為麥克風市場中增速最快的部分。移動電話的體積越來越小，而功能越來越多，因此對下一代麥克風性能的要求不斷提高。

　　麥克風產品應具有以下特性：小尺寸使產品設計更特別;防水，防潑濺產品專為戶外使用設計，適應高濕度環境;寬頻響范圍產品(己包括超聲頻段)，可用于語音，音樂和檢測設備產品設計中;超強的抗噪設計(包括防水)可用于高噪聲環境;低功耗產品解決耗電難題;平衡電樞式麥克風(BJ系列)提供自身信號源;壓電陶麥克風適應不同惡劣環境，震動靈敏度高。

　　可以概括地說現代麥克風產品最大特點是MEMS(微電子機械系統)技術的 貼片式(SMD)與數字化、小型化。

　　下面介紹駐極體電容式麥克風、MEMS(微電子機械系統)SMD硅晶麥克風、數字麥克風及超聲波聲學貼片傳感器等新型電聲產品接口技術。

　　駐極體電容式麥克風

　　駐極體電容式麥克風(ECM)普遍用于電子與通信產品中。ECM在非嚴苛的環境條件下能提供良好的聲學性能與可靠性。其主要特征：高效能的電氣規格;工業標準尺寸;有全指向、單指向及消噪型(雙指向);可整合電容作RF濾波;終端多樣-非焊接型，Pin型及焊盤型;用于廣泛多變的應用，包括有線/無線耳機、有繩/無繩電話、PDAs、筆記本和移動電話。

　　這種麥克風由振膜、背板和駐極體層構成。可移動的振膜和固定的背板構成了可變電容器的兩個極板。駐極體層存儲著相當于大約100V電容器電壓的固定電荷。聲壓引起振膜振動，從而改變傳聲器的電容。由于分布在電容器上的電荷數是恒定的，所以電容器兩端的電壓隨著電容的改變而變化，根據下面的電容器電荷公式：

　　其中Q是電荷，C是電容，V是電壓。隨著聲壓的變化，電容微量增加或減少(△C)，由此引起電壓成比例地減少或增加(△V)。

　　移動應用中的麥克風體積非常小，通常直徑為3mm~4mm、厚度為lmm~1.5mm。因此它們的電容也相當小，典型值為3pF~5pF，在某些情況下，甚至小到1pF。

　　Knowles Acoustics公司的MB3015是此級別中最小的ECM麥克風。適用于追求超小型化的設計應用。其內部各結構與外接示意圖，如圖1所示。

　　 圖1 駐極體電容式麥克風內部結構與外接示意圖

如果電容式麥克風所產生的信號驅動能力不夠，那么在對信號做進一步處理之前需要一只緩沖器或放大器。按照傳統方法，一直使用一只簡單的結型場效應管(JFET)輸入放大器實現這種傳聲器的前置放大。隨著ECM微機械工藝的改進，麥克風體積越來越小，電容也不斷減小。由于標準的JFET放大器具有相當大的輸入電容，對來自傳聲單元的信號造成顯著的衰耗，因此JFET放大器不再適合傳聲器的要求。

　　如今因CMOS制造工藝的改進推動了放大器電路的改進。采用CMOS模擬和數字電路取代JFET放大器有很多好處。與傳統的JFET放大器相比，采用現代亞微米CMOS工藝實現的前置放大器有多種優點：降低諧波失真，更容易增益設置，多功能模式，包括低功耗休眠模式，模數轉換功能，能使麥克風直接輸出數字信號，極大地提高了聲音的質量，

　　提高了抗干擾能力。

　　MEMS SMD-硅晶(SiSonic)貼片式麥克風