图 1. MEMS 麦克风的声音端口位于顶部（左）或底部（右） 大多数麦克风都是消费级的，具有良好的音质，但不等同于用于专业音频的麦克风。 MEMS 麦克风如何工作？模拟与数字麦克风输出 所有麦克风都以模拟音频信号开始，并使用前置放大器（有时称为缓冲器）将音频提升到可用但仍然很低的水平。许多使用电容式传感器技术，这将在下一节中介绍。它们包括将电容变化转换为电信号的附加电路。 MEMS麦克风模拟输出 模拟麦克风将增强信号直接发送到输出。有两种输出类型——单端和差分。差分系统有两个输出，彼此相位差 180 度。模拟麦克风有三个或四个引脚：电源、公共（接地）和一个或两个输出，具体取决于输出是单端还是差分。 电源始终由单个正电源提供。这会在输出端产生直流偏移，该偏移应由电容器去耦，如图 2 所示。
图 2.模拟输出麦克风。 电源电压通常在 1.8 和 3.5 V 之间，典型的直流偏移在 0.8 到 1.5 V 之间。 MEMS 麦克风数字输出 具有数字输出的 MEMS 麦克风执行模数 (A/D) 转换，将放大的模拟音频信号转换为数字信号。大多数使用delta-sigma 转换来产生 PDM（脉冲密度调制）输出，如图 3 所示。
图 3.脉冲密度调制。当音频信号较高时，高脉冲（蓝色）具有较高的密度。 图片由MyNewMicrophone.com提供 脉冲密度（即逻辑高脉冲的百分比）与电压成正比。这不是你通常认为的数字，因为没有创建数字词，只是脉冲。尽管通常使用微处理器程序或音频 CODEC（编码器/解码器），但只需将脉冲流通过低通滤波器即可对其进行解码。 大多数数字输出 MEMS 麦克风有五个引脚，如图 4 所示：
图 4.数字输出麦克风用于立体声系统 L/R 选择如何工作？如果连接为高电平（左），则 A/D 输出在时钟变高后发送。如果低，则数据跟随低时钟转换。这样，左右输出可以通过同一条数据线发送。 一些麦克风使用最初由飞利浦半导体（现为恩智浦半导体）创建的I2S（Inter-IC Sound）标准。与 PDM 一样，它有一个时钟和 L/R 选择输入，但输出是数字字，而不是调制脉冲。同样，与 PDM 一样，它可以通过微处理器软件或 I2S CODEC 解码。此外，它不能被低通滤波器解码。 MEMS麦克风技术 大多数 MEMS 麦克风都使用电容式传感器技术。硅结构中的薄镀膜随着声音振动，产生变化的电容。电容器的第二个极板位于硅中的固定表面上。IC 中的电荷泵为电容器产生高直流电压。IC 电路将电容变化转换为代表 MEMS 膜上音频信号的电信号。 最近，一些制造商制造了使用压电传感元件的麦克风。压电元件的运动产生音频电压。这些公司声称比电容有一些优势，但对于大多数应用来说，使用哪种技术并不重要。 您可能还会看到术语“硅麦克风”。这不是第三种技术，只是描述硅 MEMS 麦克风的不同方式。 MEMS麦克风封装 麦克风元件及其电路不在同一硅芯片上。他们的制造技术差异太大，无法将它们制造在一起。相反，麦克风和单独的 ASIC（专用集成电路）组合在同一个封装中，通过引线键合连接，如图 5 所示。
图 5.带有顶部声音端口的 MEMS 麦克风封装。 MEMS 麦克风采用类似 IC 的封装，用于表面贴装组装。当然，它们需要端口让声音进入。如图 1 前面所示，顶部和底部端口可用。图 5 是顶部端口 MEMS 麦克风的示例。如果使用带有底部端口的麦克风，则必须在其下方的电路板上打一个孔，如图 6 所示。
图 6.带有底部声音端口的 MEMS 麦克风封装。 MEMS 麦克风的 PCB 安装 标准回流焊接技术可用于将 MEMS 麦克风连接到 PCB。但是，您当然必须小心，不要让污染物进入声音端口。在清洁过程中，您可能需要用胶带封住或密封端口。 如果使用真空拾音器，不要让它们接触声音端口。另外，请勿将空气吹入端口或将麦克风暴露在真空中。最后，在您的设计中，放置一个电源至公共旁路电容器，使其尽可能靠近麦克风。0.1 uF 陶瓷电容器通常是电源去耦的不错选择。 MEMS 麦克风一般规格 大多数 MEMS 麦克风具有相似的规格。以下是一些典型值。敏感性令人困惑，所以让我们先尝试处理它。
让我们更详细地了解每个规范的含义。
在正常语音水平下，模拟麦克风的输出将是低毫伏，而数字麦克风将远低于满量程。在某种程度上，这是一件好事，因为它为响亮的声音留下了很大的余量。
与往常一样，检查您计划使用的麦克风的规格。 MEMS 技术在传感器（包括麦克风）方面取得了惊人的进步。MEMS 麦克风通常设计用于电路板安装，不仅包括麦克风，还包括具有模拟或数字输出的支持电路。我们回顾了基本技术、模拟和数字输出、物理封装和典型规格。 MEMS 麦克风价格低廉，可从十多家制造商处广泛购买。您可以在您最喜欢的电子经销商处找到它们。有些小批量低至一美元左右。对于业余爱好者，还有分线板。 |
