何為MEMS麥克風？

MEMS（微型機電系統）麥克風是提供高保真聲感的微型器件，體積小，可緊密集成于電子產品中，如智能手機、智能揚聲器以及耳機等電子消費品。現在，MEMS麥克風不僅能夠記錄普通的環境聲音，還具備立體聲、主動降噪、指向性（聚束）、語音識別等功能。增加設備的麥克風數量即可實現這些音頻功能，例如最新智能手機中的MEMS麥克風可多達6個。出色的性能使MEMS麥克風應用范圍廣，因而產生了大量的市場需求。

什么是電容式MEMS麥克風？其工作原理是什么？

所有麥克風（傳統麥克風和MEMS麥克風）都通過柔性膜片感應聲波。在聲波壓力下，膜片會發生位移。現在市場上大部分MEMS麥克風都使用電容技術來探測聲音。電容式MEMS麥克風的工作原理是測量柔性膜片和固定背板之間的電容。聲波帶來的氣壓變化會導致膜片發生位移。空氣可穿過背板上的小孔，因此背板的位置不會發生改變。在膜片移動的過程中，膜片與固定背板之間距離會發生改變，最終導致兩者之間電容值的改變，這種電信號的變化可以被記錄和分析。

圖1：不同類型的電容式MEMS麥克風

電容式MEMS麥克風存在不同的類型，如：

· 單一背板麥克風

· 雙層背板麥克風，背板分置膜片兩側

· 雙層膜片麥克風的背板封裝在兩層膜片之間，膜之間可以是真空的。

MEMS麥克風設計

MEMS麥克風設計人員需要研究并優化頻率響應、靈敏度、信噪比(SNR)、總諧波失真和等效輸入噪聲等關鍵性能指標。信噪比是一項關鍵性能指標，不同的電容式MEMS麥克風通過增加信號（雙層背板和雙層膜片）或降低噪聲（在兩層膜片之間進行真空密封）來提高信噪比SNR。

對電容式MEMS麥克風及其性能特征的設計、建模和研究可以在MEMS+?(CoventorMP? MEMS設計平臺的組成部分)中進行。MEMS+提供不同MEMS結構的非線性和多物理參數模型，這些模型可以組成完整的MEMS麥克風設計。此外，還可以將MEMS+麥克風集成到Cadence Virtuoso?電路仿真軟件中，這將使我們可以通過特定的IC偏置條件模擬MEMS麥克風及其ASIC。

圖2：雙層背板MEMS麥克風的MEMS+模型示例

未來的MEMS麥克風設計

如今人工智能時代下，市場上已經出現了基于創新的自動優化技術的MEMS設計方案。例如，慕尼黑工業大學電子設計自動化學院的小組曾研究并演示了基于MEMS+的MEMS麥克風包括其讀出電路自動化優化設計。