【導讀】麥克風已經是眾多電子產品中內置的標準器件，從可穿戴設備到家庭助理

，越來越多的設備被要求“聽到”它們的環境，並隨之做出相對的反應。本文將全麵概述麥克風類型和基本原理，以及CUI Devices微機電係統（MEMS）麥克風的產品特性。

ECM和MEMS麥克風的技術差異

隨著麥克風應用的增加，對麥克風的靈敏度和體積的要求也越來越高。目前用來構建麥克風的兩種最常見的技術是MEMS和駐極體電容，以下將先介紹MEMS和駐極體電容麥克風（ECM）的基礎知識，比較技術之間的差異，並概述每種解決方案的優勢。

MEMS麥克風由放置在印刷電路板（PCB）上
，並用機械蓋保護的MEMS組件構成。其在外殼上製造了一個小孔，以允許聲音進入麥克風
，如果開孔在頂蓋中，則指定為頂部端口；如果開孔在PCB中
，則指定為底部端口。MEMS組件通常設計有機械隔膜和在半導體芯片上創建的安裝結構。

MEMS隔膜形成一個電容器，聲壓波引起隔膜的運動。MEMS麥克風通常包含第二個半導體芯片
，該芯片用作音頻前置放大器，將MEMS的變化電容轉換為電信號。如果需要模擬輸出信號，則將音頻前置放大器的輸出提供給用戶。如果需要數字輸出信號，則模數轉換器（ADC）將包含在與音頻前置放大器相同的芯片上。用於MEMS麥克風中的數字編碼常用格式是脈衝密度調製（PDM）
，它允許僅與時鍾和單條數據線進行通信。由於數據的單比特編碼，簡化了接收器處的數字信號解碼。數字I²S輸出是第三種選擇，包括一個內部抽取濾波器，它允許在麥克風本身中完成處理。這意味著麥克風可以直接連接到數字信號處理器（DSP）或微控製器，從而在許多應用中無需ADC或編解碼器。

ECM包含有一個駐極體隔膜（具有固定表麵電荷的材料）隔開與靠近導電板
，與MEMSmaikefengleisi，xingchengyigedianrongqi，qizhongqixizuoweidianjiezhi。youyushengyaboyidongzhujitimopian，dianrongqiliangduandedianyasuizhedianrongzhidebianhuaerbianhua
，dianrongdianyabianhuayoumaikefengwaikeneibudeJFET放大和緩衝。JFET通常配置為共源配置，而外部應用電路中使用外部負載電阻和隔直電容。

ECM和MEMS麥克風各具優勢

在ECM和MEMS麥克風之間進行選擇時需要考慮很多因素，由於MEMS這種新技術提供的許多優勢，MEMS麥克風的市場份額繼續快速增長。例如，空間受限的應用會對MEMS麥克風的小封裝尺寸很具有吸引力
，而由於MEMS麥克風結構中包含模擬和數字電路，可以減少PCB麵積和組件成本。模擬MEMS麥克風的輸出阻抗相對較低，而數字MEMS麥克風的輸出非常適合電噪聲環境中的應用。在高振動環境中，使用MEMSmaikefengjishukeyijiangdiyoujixiezhendongyinrudebuxuyaodezaoshengshuiping。ciwai，bandaotizhizaojishuheyinpinqianzhifangdaqidejiaru，shizhizaojuyoujinmipipeihewenduwendingxingnengtexingdeMEMS麥克風成為可能。當MEMS麥克風用於陣列應用時，這些嚴格的性能特征尤其有益。在產品製造過程中，MEMS麥克風也可以通過拾放機輕鬆處理，並且可以承受回流焊接溫度曲線。

盡管MEMS麥克風正在迅速普及，但仍有一些應用可能首選ECM。許多傳統設計都使用了ECM，因此，如果項目是對現有設計的簡單升級
，最好繼續使用ECM。將ECM連接到應用電路的選項包括引腳
、電線、SMT、焊盤和彈簧觸點，為工程師提供了額外的設計靈活性。如果防塵和防潮是一個問題，很容易找到具有高防護（IP）等級的ECM產品
，因為它們的物理尺寸較大。對於需要非均勻空間靈敏度的項目，ECM產品可提供具有內在方向性的單向或噪聲消除，而ECM的寬工作電壓範圍，可能是具有鬆散調節電壓軌產品的首選解決方案。

PDM和I²S協議的特性各有不同

除了顯著減小的占位麵積
、更低的功率要求和更大的電噪聲抑製之外，MEMSmaikefengdezhuyaoyoudianzhiyishizengjialeshuchuxuanxiang，weishejirenyuanhegongchengshitigonglegengdadelinghuoxing。suiranmonixuanxiangrengrankeyong，danliangzhongliuxingdeshuchuxuanxiangshiPDM和I²S的數字協議。這些接口各有其獨特的特點，需要考慮的關鍵因素包括音頻質量等級、功耗水平、物料清單成本
、設計必須遵守的空間限製，以及將部署硬件的操作環境。

PDM用於將模擬信號電壓轉換為單位脈衝密度調製數字流，PDMxinhaokanqilaigengleisiyuzongbo，erbushiyuyinpinxiangguandedianxinghengbo，dantamenshimonixinhaodeshuzibiaoshi，zhechanshengdexinhaojuyoushuzixinhaodexuduoyoudian，tongshirengyumonixinhaozhijiexiangguan。chuangjianciPDM信號需要比通常更高的采樣率（高於3 MHz的速率），因為數字脈衝的出現頻率
，必須比它們所代表的模擬信號的振蕩頻率高很多倍。

由於信號的數字特性，PDM比bi模mo擬ni信xin號hao更geng能neng適shi應ying電dian噪zao聲sheng環huan境jing，並bing且qie在zai信xin號hao劣lie化hua時shi具ju有you更geng高gao的de誤wu碼ma容rong限xian。高gao頻pin信xin號hao確que實shi會hui產chan生sheng距ju離li限xian製zhi，因yin為wei較jiao長chang傳chuan輸shu線xian上shang的de電dian容rong會hui增zeng加jia，可ke能neng會hui導dao致zhi不bu必bi要yao的de衰shuai減jian並bing伴ban隨sui音yin頻pin質zhi量liang下xia降jiang。這zhe些xie信xin號hao還hai需xu要yao由you具ju有you適shi當dang編bian解jie碼ma器qi的de外wai部buDSP或微控製器進一步處理，以通過低通濾波器運行PDM信號

，以將其抽取或下采樣到較低的采樣率
，從而使其可用於其他器件。

與PDM不同，I²Sshiwanquanshuzixinhao，buxuyaobianmahuojiema，qiemeiyoupubianyaoqiudeshujuchuanshusudu
，danshi，zuidisuduqujueyuzhengzaichuanshudeshujujiqijingdu。ruguoyinpincaiyanglvshi44.1 kHz的行業標準，精度為8位，那麼單聲道通道將需要至少352.8 kHz的時鍾速度。立體聲應用將是705.6 kHz的兩倍，精度的任何變化也會改變最小傳輸帶寬。

PDM提供更好的抗噪性和誤碼容限，可以使其對許多優先考慮音頻質量的應用具有吸引力。相比之下，I²S更易於安裝、可減少整體占用空間和減少組件數量，在產品尺寸或其價格標簽被證明是主要關注點的情況下將具有優勢。還應該注意的是，I²S接口將在更長的距離上提供更好的信號完整性，因此它也適用於麥克風和處理電路在電路板上不能彼此靠近的情況。

提供多樣化的MEMS麥克風選擇性

MEMS麥克風在現代電子設計中變得司空見慣，擁有最佳接口至關重要。在決定哪個接口將可優化您的特定應用場景時，需要考慮許多因素。PDM可以成為具有挑戰性的應用環境中的理想選擇，這要歸功於其固有的抗噪聲能力。相反的，采用I²S允許輸入直接連接到其隨附的DSP或其他處理器／控製器器件，而不會產生任何額外的複雜性。

CUI Devices擁有廣泛的MEMS麥克風產品組合
，可滿足各種音頻係統要求。除了模擬接口單元外，各種PDM和I²S數字接口麥克風也一應俱全。CUI Devices的MEMS麥克風采用小至2.75 x 1.85 x 0.90 mm的緊湊、薄型封裝，可為用戶提供更好的音頻質量和性能。這些MEMS麥克風的靈敏度等級為-42 dB至-26 dB，信噪比為57 dBA至65 dBA
，靈敏度容差低至±1 dB
，是一係列便攜式消費電子應用的理想選擇。為了更輕鬆地進行原型設計和設計測試，CUI Devices還提供了一個MEMS麥克風開發套件，其中包含四個獨立的麥克風評估電路。

CUI Devices的MEMS麥克風具備頂部和底部端口版本、模擬和數字選項，以及-42 dB至-26 dB的靈敏度等級，電流消耗低至80 µA，您可至以下網址尋找最適合您需求的MEMS麥克風：

https://www.arrow.com/zh-cn/manufacturers/cui-devices/audio-components/microphones?promoGroupLevel=main&filters=Technology:MEMS。

結語

MEMS麥克風具備體積小、抗噪能力強等優勢，是許多消費應用產品的首選，CUI Devices提供不同靈敏度、接口等產品類型，並提供完整的設計資源，能夠幫助客戶快速開發出相應的產品，值得您進一步了解與采用。

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