MEMS 与驻极体电容：哪种麦克风技术更适合您使用？

您可能还记得几年前的那场营销活动，其中有一句口号：“现在能听到我说话吗？” 如今，越来越多的设备——从穿戴设备到家庭助理——都需要“听”到其环境中的声音。合适的麦克风能够帮助应用程序准确捕捉几乎任何声音，而构建麦克风最常使用的两种技术是MEMS（微机电系统）和驻极体电容麦克风。虽然这两种技术的工作原理相似，但在许多使用场景中，往往需要根据需求选择其中一种。基于这一点，我们将回顾MEMS和驻极体电容麦克风的基础知识，比较这两种技术的差异，并概述每种解决方案的优势。

MEMS麦克风基础知识

MEMS麦克风 是由一个MEMS（微机电系统）组件构成，并安装在印刷电路板（PCB）上，同时配有一个机械保护罩。机壳上制造了一个小孔以允许声音进入麦克风。如果孔位于顶部，则称为顶部端口；如果孔位于PCB上，则称为底部端口。MEMS组件通常设计有一个机械振膜以及一个安装结构，这些都是在半导体芯片上创建的。

MEMS振膜形成一个电容器，声压波会引起振膜的运动。MEMS麦克风通常包含另一个半导体芯片，该芯片作为音频前置放大器，将MEMS改变的电容转换为电信号。如果需要模拟输出信号，则音频前置放大器的输出信号会提供给用户。如果需要数字输出信号，那么模拟-数字转换器（ADC）会与音频前置放大器集成在同一个芯片上。MEMS麦克风中数字编码通常使用的一种格式是脉冲密度调制（PDM），这种格式只需使用时钟和单数据线即可实现通信。在接收端，由于数据的单比特编码，数字信号的解码过程被简化。

驻极体电容式麦克风基础知识

驻极体电容式麦克风 (ECM) 的结构如下图所示。

一个驻极体振膜（具有固定表面电荷的材料）被间隔地靠近导电板，与MEMS麦克风类似，通过其间的空气间隙形成一个电容器，空气间隙充当介质。当声音压力波使驻极体振膜移动时，由于电容值的变化，电容器两端的电压发生改变，ΔV = Q / ΔC。麦克风内部的JFET（结型场效应晶体管）对电容器电压的变化进行放大并缓冲。JFET通常配置为共源极配置，而外部应用电路中使用外部负载电阻和直流隔离电容器。

麦克风技术的差异

在选择ECM（驻极体电容话筒）和MEMS（微机电系统）麦克风之间时，需要考虑许多因素。由于这种较新技术带来的诸多优势，MEMS麦克风的市场份额正在快速增长。例如，对于空间受限的应用来说，MEMS麦克风的小型尺寸方案具有吸引力，而内置在MEMS麦克风结构中的模拟和数字电路可以降低PCB面积和元件成本。模拟MEMS麦克风的相对低输出阻抗以及数字MEMS麦克风的输出，非常适用于电气噪声大的环境。在高振动环境中，MEMS麦克风技术可以减少由机械振动引入的不必要噪声。此外，半导体制造技术和音频前置放大器的集成使得可以生产具有紧密匹配和温度稳定性能的MEMS麦克风。这些严格的性能特性在MEMS麦克风用于阵列应用时特别有益。在产品制造过程中，MEMS麦克风还可以通过贴装设备轻松处理，并且能够承受回流焊接的温度曲线。   尽管MEMS麦克风的受欢迎程度正在快速增长，但某些应用场景仍可能更偏向于选择驻极体电容麦克风。许多传统设计都使用了ECM，因此如果项目只是对现有设计的简单升级，那么继续使用ECM可能是最佳选择。ECM与应用电路的连接选项包括引脚、导线、表面贴装、焊盘和弹簧接触，这为工程师提供了额外的设计灵活性。如果需要防尘和防潮保护，由于其较大的物理尺寸，很容易找到具有高防护等级（IP）的ECM产品。对于需要非均匀空间灵敏度的项目，ECM产品可具有内在方向性，例如单向或降噪功能，而较宽的工作电压范围使得ECM较适合用于电压轨调节较宽松的产品。

为您的项目选择合适的麦克风技术

选择使用驻极体电容麦克风还是MEMS麦克风主要取决于您的项目需求。虽然由于其众多内在优势，MEMS麦克风的普及率持续增长，但ECM麦克风仍因具有更广泛的封装和指向性选项，在众多应用中广泛使用。无论使用哪种技术，Same Sky将继续开发并提供多种麦克风产品，使您的项目能够“听到”所需的声音。