麥克風(fēng),學(xué)名為傳聲器,由英語(yǔ)microphone(送話器)翻譯而來(lái),也稱(chēng)話筒,微音器。麥克風(fēng)是將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換器件。分類(lèi)有動(dòng)圈式、電容式、駐極體和近新興的硅微傳聲器,此外還有液體傳聲器和激光傳聲器。大多數(shù)麥克風(fēng)都是駐極體電容器麥克風(fēng),其的工作原理是利用具有電荷隔離的聚合材料振動(dòng)膜 。
大多數(shù)麥克風(fēng)都是駐極體電容器麥克風(fēng)(ECM),這種技術(shù)已經(jīng)有幾十年的歷史。ECM 的工作原理是利用具有電荷隔離的聚合材料振動(dòng)膜。與ECM的聚合材料振動(dòng)膜相比,MEMS麥克風(fēng)在不同溫度下的性能都十分穩(wěn)定,不會(huì)受溫度、振動(dòng)、濕度和時(shí)間的影響。由于耐熱性強(qiáng),MEMS麥克風(fēng)可承受260℃的高溫回流焊,而性能不會(huì)有任何變化。由于組裝前后敏感性變化很小,這甚至可以節(jié)省制造過(guò)程中的音頻調(diào)試成本。目前,集成電路工藝正越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用在傳感器及傳感器接口集成電路的制造中。這種微制造工藝具有、設(shè)計(jì)靈活、尺寸微型化、可與信號(hào)處理電路集成、低成本、大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。早期微型麥克風(fēng)是基于壓阻效應(yīng)的,有研究報(bào)道稱(chēng),制作了以(1×1)cm2、2μm厚的多晶硅膜為敏感膜的麥克風(fēng)。但是,在敏感膜內(nèi)不存在應(yīng)力的情況下,這樣大并且很薄的多晶硅膜的一階諧振頻率將低于300Hz。一階諧振頻率在這樣低的頻段范圍內(nèi)將導(dǎo)致麥克風(fēng)在聽(tīng)覺(jué)頻率范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)極不均勻(靈敏度的變化量大于40dB),這對(duì)于麥克風(fēng)應(yīng)用是不可接受的。當(dāng)敏感膜內(nèi)存在張應(yīng)力時(shí),其諧振頻率將增大,卻以犧牲靈敏度為代價(jià)。當(dāng)然,可以通過(guò)調(diào)整敏感膜的尺寸來(lái)獲得更高的一階諧振頻率,但是這仍將減小靈敏度。由此可見(jiàn),壓阻式方案并不適于微型麥克風(fēng)的制造 。
一種可行的解決方案就是采用電容式方案,來(lái)制造微型麥克風(fēng)。這一方法的優(yōu)點(diǎn)就是:在集成電路制造工藝中使用的所有材料都可用于傳感器的制造。但是采用單芯片工藝制造微麥克風(fēng)有相當(dāng)難度,因?yàn)樵趦蓚€(gè)電容極板之間的空氣介質(zhì)只能有很小的間隔。而且,由于尺寸的限制,在一些應(yīng)用場(chǎng)合偏置電壓很難滿(mǎn)足?;谏鲜鰡?wèn)題,對(duì)于電容式麥克風(fēng)的研究一直沒(méi)有間斷過(guò)
總諧波失真(THD)
諧波失真是指輸出信號(hào)比輸入信號(hào)多出的諧波成分。諧波失真由于系統(tǒng)不是完全線性造成的。所有附加諧波電平之和稱(chēng)為總諧波失真。一般說(shuō)來(lái),500Hz頻率處的總諧波失真小,因此不少產(chǎn)品均以該頻率的失真作為它的指標(biāo)??傊C波失真在1%以F,入耳分辨不出來(lái),超過(guò)10%就可以明顯聽(tīng)出失真的成分。數(shù)值越小,音色就更加純凈,表明產(chǎn)品品質(zhì)越高。一般產(chǎn)品的總諧波失真都小于1%(以500Hz頻率測(cè)量)