愛普科斯MEMS技術解析

越來越多的移動設備，如手機、耳機、相機和MP3，采用了先進的降噪技術，以消除背景音，提高聲音質量。要使這種先進技術付諸實施，所采用的多個麥克風不僅需具有抗射頻和電磁干擾的能力，還必須具有極小的尺寸。愛普科斯生產的MEMS麥克風是符合此要求的理想解決方案。作為目前市場上體積最小的麥克風，MEMS麥克風不僅提供極佳的音頻質量，而且具有優(yōu)良的抗電磁干擾功能。

性能優(yōu)良，占用面積小

2009年5月，由于采用了Technitrol 的MEMS(微電子機械系統(tǒng))麥克風技術，一系列極具創(chuàng)新性的MEMS產品得以投放到在硅麥克風市場。首批上市的產品為愛普科斯T4000 and T4010系列，在它們身上，匯聚了先進的MEMS和ASIC技術的設計能力、對用途的深入了解以及各種專利。

現(xiàn)在，產品系列中增加了數字輸出的麥克風，即T4030。新產品體積小，靈敏度為-26 dB FS（全量程），信噪比為60dBA。即使聲級為100 dB，失真度也低于1%。其頻率響應特點是高帶寬、低振幅波動（見圖1）。由于采用了PDM(脈沖密度調制)輸出，T4030對電磁干擾基本無反應。電源噪音抑制為-82 dB FS?？赏ㄟ^一根信號線進行雙聲道傳輸，這使得立體聲或多麥克風應用變得容易，比采用模擬技術簡便得多。電源電壓在1.64V至2.86V之間。電力消耗為650 μA，在待機模式下則低于10 μA。

產品結構緊湊

T4030性能優(yōu)良，尺寸極小，它最適合在移動設備中作降噪用途，因為在這些設備中，空間占用往往是首要考慮的問題。這方面很好的例證是大北歐（GN Netcom）公司研制的捷波朗STONE藍牙耳機。大北歐是一家丹麥耳機生產商，其產品用于手機、聯(lián)絡中心和辦公室（見圖2）。捷波朗STONE是一款結構極緊湊的耳機，其特點是在噪音清除和自然聲音之間找到最佳的平衡，提供完美的音質。而要達到這種效果，只有采用雙麥克風捕捉聲音，同時僅對背景噪音進行智能過濾。正是出于這一目的，廠家選擇了尺寸小、性能優(yōu)的T4000系列產品。

大北歐認為捷波朗STONE是一款革命性的產品，必將顛覆消費者對藍牙耳機的固有看法?！八煨酮毺兀翟爰夹g先進，不需要橫臂，是一個全新的產品概念，” 大北歐移動通信部的副總裁安娜-R-拉斯穆塞這樣說道。

先進的降噪技術

在中高端移動設備中，消除噪音正日益變成一項標準要求。在接收路徑和傳輸路徑中，兩種降噪功能可以合并（見圖3）。如下圖所示，在接收路徑（藍色）中，麥克風1位于喇叭的旁邊，接收噪音，此噪音信號反相后添加到傳入的聲音中。反相的噪音信號與周圍噪音信號相消。這樣，用戶可以更清晰理解對方的話音，即便在嘈雜的環(huán)境里亦如此。

圖2：大北歐生產的捷波朗STONE藍牙耳機

圖3：在接收和傳輸路徑消除噪音

在傳輸路徑（黃色）中，麥克風2背對著口部，接收周圍噪音。麥克風3正對著口部，它同時接收周圍噪音和說話者的話音。在此，通過添加反相噪音信號，噪音被消除。此時，通話對方受到的周圍噪音干擾將減小。

使用三個以上的麥克風，可以設計出功能更強大和更復雜的降噪系統(tǒng)。隨著更多的麥克風植入到小型移動設備內，產品的尺寸大小已變得越來越重要。圖4展示了兩款安裝在電路板上的小型T4000麥克風。與此同時，用戶對聲音質量的期望更高。將來麥克風的信噪比(SNR)將達到62 dB，高出今天的一般水平55-59 dB。如今，愛普科斯的T4020 MEMS性能優(yōu)良，信噪比已達到62 dB，而且信噪比更高的產品正在研制之中。

尖端的封裝技術

避免電磁干擾和射頻干擾一直是SAW濾波器的重要問題。SAW濾波器都在GHz范圍內工作，在天線接收射頻信號后，在信號路徑中通常是第一個元件。正是這一原因，為了維護很弱的信號，必須采取極可靠的屏蔽。此要求催生了CSSP?（即“芯片大小SAW封裝”）技術的誕生。該技術是具屏蔽功能的極小封裝，并通過應用到數十億手機上，證明其成熟性。

MEMS麥克風正是基于專用于MEMS的相同封裝技術（CSMP?，也即芯片大小MEMS封裝）而生產的（見圖5）。該項技術得益于成熟的愛普科斯生產工藝以及15年開發(fā)MEMS麥克風的經驗。MEMS麥克風符合RoHS指令規(guī)定，并適合SMD無鉛回流焊工藝。

圖4： STONE耳機的電路板，上面安裝了兩個MEMS麥克風

圖5： MEMS麥克風的堅固封裝

完整測試

TDK-EPC公司也將成熟的SAW生產技術用于最終電聲測量。通過設計出一個特定的測試頭，解決了測量電聲特征的問題。每只麥克風出廠前，都會按照相關規(guī)范接受完整的測量，包括基本的電聲性能測試。具體測試項如下：

1 kHz和窄帶噪音時的靈敏度；

寬帶頻率響應；

寬帶噪音；

電源穿透；

諧波失真；

功率消耗。

100%的測試使MEMS麥克風在應用中可靠地表現(xiàn)出優(yōu)良性能。

MEMS麥克風結構緊湊，電氣性能優(yōu)異，還可用在對聲音質量要求高的領域，包括高質量的視頻和VoIP（互聯(lián)網電話）系統(tǒng)、電話會議系統(tǒng)和波束成型系統(tǒng)中。T4000系列產品的大規(guī)模生產已經開始。目前可以得到T4020 和T4030系列的工程樣品。