MEMS vs. condensatore electrete: quale tecnologia per microfoni dovresti scegliere?
Scopri di più su come scegliere la tecnologia del microfono più adatta per il tuo prossimo progetto in questo post sul blog di Same Sky.
Forse ricorderai la campagna di marketing di qualche anno fa con la frase: "Mi senti ora?" Sempre più dispositivi progettati oggi, dai wearable agli assistenti domestici, vengono progettati per "ascoltare" il loro ambiente. Il microfono giusto rende possibile per le applicazioni catturare accuratamente quasi qualsiasi suono, con le due tecnologie più comuni utilizzate per costruire microfoni che sono MEMS e condensatore a elettrete. Sebbene le due tecnologie funzionino su principi simili, ci sono molti casi d'uso per scegliere l'una rispetto all'altra. Con questo in mente, esamineremo le basi dei microfoni MEMS e a condensatore a elettrete, confronteremo le differenze tra le tecnologie e illustreremo i vantaggi di ciascuna soluzione.
Nozioni di base sul microfono MEMS
Microfoni MEMS sono costruiti con un componente MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) posizionato su una scheda a circuito stampato (PCB) e protetto da una copertura meccanica. Un piccolo foro è realizzato nella custodia per consentire l'ingresso del suono nel microfono, classificato come a porta superiore se il foro si trova nella copertura superiore, o a porta inferiore se il foro è nel PCB. Il componente MEMS è spesso progettato con un diaframma meccanico e una struttura di montaggio realizzati su un chip di semiconduttore.
Tipica costruzione del microfono a condensatore electret
Il diaframma MEMS forma un condensatore e le onde sonore causano il movimento del diaframma. I microfoni MEMS contengono tipicamente un secondo chip semiconduttore che funziona come un preamplificatore audio, convertendo la variazione della capacità del MEMS in un segnale elettrico. L'output del preamplificatore audio viene fornito all'utente se è necessario un segnale di uscita analogico. Se invece è necessario un segnale di uscita digitale, allora un convertitore analogico-digitale (ADC) è incluso sullo stesso chip del preamplificatore audio. Un formato comune utilizzato per la codifica digitale nei microfoni MEMS è la modulazione di densità di impulsi (PDM), che consente la comunicazione utilizzando solo un clock e una singola linea di dati. La decodifica del segnale digitale nel ricevitore è semplificata grazie alla codifica a singolo bit dei dati.
A sinistra: Schema dell'applicazione del microfono MEMS analogico A destra: Schema dell'applicazione del microfono MEMS digitale
Nozioni di base sul microfono a condensatore electret
Microfoni a Condensatore Electret (ECM) sono costruiti come mostrato nella figura qui sotto.
Tipica costruzione di un microfono a condensatore electret
Un diaframma electret (materiale con una carica superficiale fissa) è posizionato vicino a una piastra conduttiva e, simile ai microfoni MEMS, si forma un condensatore con il divario d'aria come dielettrico. La tensione attraverso il condensatore varia poiché il valore della capacità cambia a causa delle onde di pressione sonora che muovono il diaframma electret, ΔV = Q/ΔC. Le variazioni della tensione del condensatore vengono amplificate e tamponate da un JFET interno alla custodia del microfono. Il JFET è normalmente configurato in una configurazione comune-source, mentre un resistore di carico esterno e un condensatore di blocco dc vengono utilizzati nel circuito applicativo esterno.
Schematica dell'applicazione ECM
Differenze nelle tecnologie dei microfoni
Ci sono molte considerazioni da fare quando si sceglie tra un microfono ECM e un microfono MEMS. La quota di mercato dei microfoni MEMS continua a crescere rapidamente grazie ai numerosi vantaggi offerti da questa tecnologia più recente. Ad esempio, le applicazioni con vincoli di spazio trovano particolarmente attraenti le dimensioni compatte dei microfoni MEMS, mentre è possibile ottenere una riduzione sia dell'area del PCB che del costo dei componenti grazie ai circuiti analogici e digitali inclusi nella costruzione del microfono MEMS. La relativamente bassa impedenza di uscita dei microfoni MEMS analogici e le uscite dei microfoni MEMS digitali sono ideali per applicazioni in ambienti elettricamente rumorosi. In ambienti a elevate vibrazioni, l'uso della tecnologia dei microfoni MEMS può ridurre il livello di rumore indesiderato introdotto dalla vibrazione meccanica. Inoltre, la tecnologia di fabbricazione dei semiconduttori e l'inclusione di preamplificatori audio consentono di produrre microfoni MEMS con caratteristiche di prestazione ben bilanciate e stabili alle variazioni di temperatura. Queste caratteristiche di prestazione precise sono particolarmente utili quando i microfoni MEMS vengono utilizzati in applicazioni array. Durante la produzione di prodotti, i microfoni MEMS possono essere facilmente gestiti da macchine pick and place e tollerare i profili di temperatura della saldatura a rifusione. Anche se i microfoni MEMS stanno diventando rapidamente popolari, ci sono ancora applicazioni in cui un microfono a condensatore elettrete (ECM) può essere preferito. Molti progetti legacy hanno utilizzato ECM, quindi, se il progetto riguarda un semplice aggiornamento di un design esistente, potrebbe essere meglio continuare a utilizzare un ECM. Le opzioni per connettere un ECM al circuito applicativo includono pin, fili, SMT, pad di saldatura e contatti a molla, offrendo agli ingegneri maggiore flessibilità di progettazione. Se la protezione da polvere e umidità è un problema, è facile trovare soluzioni ECM con alti livelli di protezione da ingresso (IP) grazie alla loro maggiore dimensione fisica. Per i progetti che richiedono una sensibilità spaziale non uniforme, i prodotti ECM sono disponibili con direzionalità intrinseca, sia unidirezionale che con cancellazione del rumore. Inoltre, l’ampio intervallo di tensione operativa degli ECM può essere la soluzione preferita in prodotti con rail di tensione poco regolati.
Selezionare la tecnologia del microfono appropriata per il tuo progetto
La scelta tra microfoni a condensatore electret e microfoni MEMS dipenderà dai requisiti del tuo progetto. Sebbene i microfoni MEMS continuino a crescere in popolarità grazie ai loro numerosi vantaggi intrinseci, i microfoni ECM sono ancora utilizzati in una varietà di applicazioni grazie a un'ampia gamma di opzioni di confezionamento e direzionalità. Indipendentemente dalla tecnologia scelta, Same Sky continuerà a sviluppare e offrire una vasta gamma di prodotti microfonici per consentire al tuo progetto di 'ascoltare' i suoni richiesti.
Tag articolo
