Micrófono MEMS vs. condensador electret: ¿qué tecnología de micrófono deberías utilizar?
Aprenda más sobre cómo seleccionar la tecnología de micrófono adecuada para su próximo proyecto en esta publicación de blog de Same Sky.
Quizás recuerdes la campaña de marketing de hace unos años con la frase: "¿Puedes oírme ahora?" Cada vez más dispositivos diseñados hoy en día, desde wearables hasta asistentes domésticos, están siendo desarrollados para "escuchar" su entorno. El micrófono correcto hace posible que las aplicaciones capturen con precisión casi cualquier sonido, siendo las dos tecnologías más comunes utilizadas para la construcción de micrófonos MEMS y electret condenser. Aunque las dos tecnologías funcionan en principios similares, hay muchos casos de uso para elegir una sobre la otra. Con eso en mente, revisaremos los fundamentos de los micrófonos MEMS y electret condenser, compararemos las diferencias entre las tecnologías y esbozaremos las ventajas de cada solución.
Conceptos básicos del micrófono MEMS
Micrófonos MEMS están construidos con un componente MEMS (Sistema Microelectromecánico) colocado en una placa de circuito impreso (PCB) y protegido con una cubierta mecánica. Se fabrica un pequeño orificio en la carcasa para permitir que el sonido entre en el micrófono y se designa como de puerto superior si el orificio está en la cubierta superior o de puerto inferior si el orificio está en la PCB. El componente MEMS a menudo se diseña con un diafragma mecánico y una estructura de montaje creada en un dado de semiconductor.
Construcción típica de micrófono de condensador electret
El diafragma MEMS forma un condensador y las ondas de presión sonora provocan el movimiento del diafragma. Los micrófonos MEMS típicamente contienen un segundo dado semiconductor que funciona como un preamplificador de audio, convirtiendo la capacitancia variable del MEMS en una señal eléctrica. La salida del preamplificador de audio se proporciona al usuario si se desea una señal de salida analógica. Si se desea una señal de salida digital, entonces un convertidor analógico a digital (ADC) se incluye en el mismo dado que el preamplificador de audio. Un formato común utilizado para la codificación digital en micrófonos MEMS es la modulación por densidad de pulsos (PDM), que permite la comunicación con solo un reloj y una única línea de datos. La decodificación de la señal digital en el receptor se simplifica debido a la codificación de un solo bit de los datos.
Izquierda: Esquema de aplicación de micrófono MEMS analógico Derecha: Esquema de aplicación de micrófono MEMS digital
Conceptos básicos del micrófono de condensador electret
Micrófonos de Condensador de Electreto (ECM) están construidos como se muestra en la figura a continuación.
Construcción típica de un micrófono de condensador electret
Un diafragma electreto (material con una carga superficial fija) está colocado cerca de una placa conductora y, similar a los micrófonos MEMS, se forma un capacitor con el espacio de aire como dieléctrico. El voltaje a través del capacitor varía a medida que cambia el valor de la capacitancia debido a las ondas de presión sonora que mueven el diafragma de electreto, ΔV = Q/ΔC. Las variaciones de voltaje del capacitor son amplificadas y amortiguadas por un JFET interno al alojamiento del micrófono. El JFET se configura típicamente en una configuración de fuente común, mientras que en el circuito de aplicación externa se utiliza un resistor de carga externo y un capacitor de bloqueo de corriente continua.
Diagrama esquemático de aplicación ECM
Diferencias en las tecnologías de micrófonos
Existen muchas consideraciones al seleccionar entre un micrófono ECM y un micrófono MEMS. La cuota de mercado de los micrófonos MEMS sigue creciendo a un ritmo acelerado debido a las numerosas ventajas que ofrece esta tecnología más reciente. Por ejemplo, las aplicaciones con limitaciones de espacio encontrarán atractivos los tamaños compactos disponibles para los micrófonos MEMS, mientras que una reducción tanto en el área de la PCB como en los costos de componentes puede lograrse gracias a los circuitos analógicos y digitales incluidos en la construcción del micrófono MEMS. La impedancia de salida relativamente baja de los micrófonos MEMS analógicos y las salidas de los micrófonos MEMS digitales son ideales para aplicaciones en entornos con ruido eléctrico. En entornos de alta vibración, el uso de la tecnología de micrófonos MEMS puede reducir el nivel de ruido no deseado introducido por la vibración mecánica. Además, la tecnología de fabricación de semiconductores y la inclusión de preamplificadores de audio permiten fabricar micrófonos MEMS con características de rendimiento estrechamente emparejadas y estables frente a la temperatura. Estas características de rendimiento ajustadas son particularmente beneficiosas cuando los micrófonos MEMS se utilizan en aplicaciones de matriz. Durante la fabricación del producto, los micrófonos MEMS también pueden ser fácilmente manipulados por máquinas pick and place y tolerar perfiles de temperatura de soldadura por reflujo. Aunque los micrófonos MEMS están ganando popularidad rápidamente, todavía existen aplicaciones en las que puede preferirse un micrófono de condensador electret (ECM). Muchos diseños heredados han utilizado ECMs, y, por lo tanto, si el proyecto es una simple actualización de un diseño existente, puede ser mejor continuar utilizando un ECM. Las opciones para conectar un ECM al circuito de aplicación incluyen pines, cables, SMT, pads de soldadura y contactos de resorte, lo que brinda a los ingenieros una mayor flexibilidad en el diseño. Si la protección contra polvo y humedad es un problema, es fácil encontrar opciones de ECM con altas calificaciones de Protección contra Ingreso (IP) debido a su mayor tamaño físico. Para proyectos que requieren sensibilidad espacial no uniforme, los productos ECM están disponibles con direccionalidad intrínseca, ya sea unidireccional o de cancelación de ruido, mientras que el amplio rango de voltaje operativo de los ECMs puede ser la solución preferida en productos con rieles de voltaje poco regulados.
Seleccionar la tecnología de micrófono adecuada para tu proyecto
La decisión de utilizar micrófonos de condensador electret frente a micrófonos MEMS dependerá de los requisitos de su proyecto. Si bien los micrófonos MEMS continúan creciendo en popularidad debido a sus muchas ventajas inherentes, los ECM todavía se utilizan en una variedad de aplicaciones gracias a una gama más amplia de opciones de encapsulado y direccionalidad. Independientemente de la tecnología elegida, Same Sky continuará desarrollando y ofreciendo una amplia gama de productos de micrófonos para permitir que su proyecto "escuche" los sonidos requeridos.
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