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电容式微麦克风咪头结构原理

压电式(Piezoelectric)、压阻式(Piezoresistive)与电容式(Capacitive)是现在常见的麦克风咪头。压电式麦克风运用压电材料受力后会输出电流或电压的特性,将声响信号转换成电信号,并在通过扩大之后输出,而压阻式麦克风是运用压阻材料在受力之后电阻特性发生改变。通常上述两款麦克风对声压的敏感度较低、并且系统杂讯较大。因为电容式微麦克风具有高感度及低功耗等优良特性,是现在市场开展的主流。


如图(1)所示,电容式麦克风的结构首要运用两片导电板及两板之间的绝缘空气层来形成一根本电容结构,此两片导电板通常别离被称为“振膜”( Membrane)与“背板”(Backplate)。理想的振膜为一极柔软的弹性薄膜,遭到声压效果时会发生振荡,因而发生微小距离改变,造成振膜和背板之间的动态微位移,因此使该结构的电容值亦随之改变。


如图(2)所示,MEMS麦克风的感测器晶片结构通常是由一层较薄且低应力的复晶矽或氮化矽形成振膜,另以一较厚的复晶矽或是金属层形成具有多孔结构的背板,一起形成一组以空气作为介电层的微电容器结构。除了必要的MEMS感测器之外,在MEMS麦克风的封装体内通常还须调配另一颗电路晶片,供给给该MEMS晶片正常操作时需求的稳定偏压、并将信号通过扩大处理后输出,一般泛称为ASIC (Application-Specific IC)。


MEMS麦克风运用的ASIC因产品应用类别不同,区分为类比式和数位式两款。类比式的ASIC其根本架构首要是由“倍压电路”(Charge Pump)、“电压稳定器”(Voltage Regulator)及“扩大器”(Amplier)三大功用区块的电路所组成。



倍压电路目的是藉由对输入的电源进行增压处理,以供给MEMS晶片所需之较高操作电压。扩大器电路功用在于扩大及稳定输入信号。电压稳定器的功用则是在ASIC电源输入端供给稳压处理,使晶片内部各电路区块皆能正常运作。而数位式ASIC除了一起具备上述三项根本功用区块之外,还增加了所谓“三角积分调变器”(Sigma Delta Modulator)电路,来负责信号的取样与抑制杂讯等使命。