次のプロジェクトに適したマイクテクノロジーを選択する方法については、こちらのブログ記事をご覧ください。 CUIデバイス。
おそらく、数年前に「私の声が聞こえますか？」というフレーズを使ったマーケティング キャンペーンを覚えているでしょう。ウェアラブルからホームアシスタントまで、今日設計されているデバイスはますます、周囲の環境を「聞く」ことが求められています。適切なマイクを使用すれば、アプリケーションでほぼあらゆる音を正確にキャプチャすることが可能になります。マイクの構築に使用される最も一般的な2つの技術は、MEMSとエレクトレット コンデンサーです。2つのテクノロジーは同様の原理で動作しますが、どちらか一方を選択するユースケースは数多くあります。これを念頭に置いて、MEMSとエレクトレット コンデンサー マイクの基礎を確認し、テクノロジ間の違いを比較し、各ソリューションの利点を概説します。
MEMSマイクの基礎
MEMSマイク プリント回路基板 (PCB) 上に配置され、機械カバーで保護されたMEMS (微小電気機械システム) コンポーネントで構成されています。ケースには、マイクに音を取り込むための小さな穴が開けられており、穴がトップカバーにある場合はトップポート、穴がPCBにある場合はボトムポートとして指定されます。MEMSコンポーネントは、多くの場合、半導体ダイ上に作成された機械的なダイヤフラムと取り付け構造を使用して設計されます。
典型的なMEMSマイクの構造
MEMSダイヤフラムはコンデンサを形成し、音圧波によってダイヤフラムが動きます。MEMSマイクロフォンには通常、オーディオ プリアンプとして機能し、MEMSの変化する静電容量を電気信号に変換する2番目の半導体ダイが含まれています。アナログ出力信号が必要な場合、オーディオ プリアンプの出力がユーザーに提供されます。デジタル出力信号が必要な場合は、オーディオ プリアンプと同じダイにアナログ/デジタル コンバータ (ADC) が組み込まれます。MEMSマイクのデジタル エンコーディングに使用される一般的な形式はパルス密度変調 (PDM) であり、これによりクロックと単一のデータ ラインのみで通信が可能になります。データが単一ビットでエンコードされるため、受信機でのデジタル信号のデコードは簡素化されます。
左: アナログMEMSマイクのアプリケーション回路図 右: デジタルMEMSマイクのアプリケーション回路図
エレクトレットコンデンサーマイクの基礎
エレクトレットコンデンサーマイク（ECM） は、下の図に示すように構成されています。
典型的なエレクトレットコンデンサーマイクの構造
エレクトレット振動板（表面電荷が一定である材料）を導電板の近くに配置して、MEMSマイクロフォンと同様に、空気ギャップを誘電体としてコンデンサを形成します。音圧波がエレクトレットダイヤフラムを動かすことで静電容量の値が変化するため、コンデンサにかかる電圧は変化します (ΔV = Q/ΔC)。コンデンサの電圧変動は、マイク ハウジング内部のJFETによって増幅され、バッファリングされます。JFETは通常、共通ソース構成で構成され、外部負荷抵抗とDCブロッキング コンデンサは外部アプリケーション回路で使用されます。
ECMアプリケーション概略図
マイク技術の違い
ECMマイクとMEMSマイクのどちらを選択するかは、多くの考慮事項があります。MEMSマイクロフォンの市場シェアは、この新しいテクノロジーが提供する多くの利点により、急速に拡大し続けています。たとえば、スペースが限られたアプリケーションでは、MEMSマイクの小型パッケージ サイズが魅力的であり、MEMSマイクの構造に組み込まれたアナログ回路とデジタル回路のおかげで、PCB面積とコンポーネント コストの両方を削減できます。アナログMEMSマイクの比較的低い出力インピーダンスとデジタルMEMSマイクの出力は、電気的にノイズの多い環境でのアプリケーションに最適です。振動の大きい環境では、MEMSマイク技術を使用することで、機械的振動によって発生する不要なノイズのレベルを低減できます。さらに、半導体製造技術とオーディオ プリアンプの組み込みにより、厳密に一致した温度安定性のあるパフォーマンス特性を備えたMEMSマイクの製造が可能になります。これらの厳格なパフォーマンス特性は、MEMSマイクロフォンをアレイ アプリケーションで使用する場合に特に有益です。製品の製造中、MEMSマイクロフォンはピックアンドプレース マシンで簡単に取り扱え、リフローはんだ付けの温度プロファイルにも耐えることができます。
MEMSマイクの人気は急速に高まっていますが、エレクトレット コンデンサー マイクが好まれるアプリケーションもまだあります。多くの従来の設計ではECMが使用されているため、プロジェクトが既存の設計の単純なアップグレードである場合は、ECMを引き続き使用することが最適な場合があります。ECMをアプリケーション回路に接続するためのオプションには、ピン、ワイヤ、SMT、はんだパッド、スプリング コンタクトなどがあり、エンジニアにさらなる設計の柔軟性を提供します。ほこりや湿気からの保護が問題となる場合は、物理的なサイズが大きいため、侵入保護等級 (IP) の高いECM製品を簡単に見つけることができます。不均一な空間感度を必要とするプロジェクトでは、単一方向またはノイズキャンセリングのいずれかの固有の方向性を備えたECM製品が利用可能であり、ECMの広い動作電圧範囲は、緩く規制された電圧レールを備えた製品では好ましいソリューションとなる可能性があります。
プロジェクトに適したマイク技術の選択
エレクトレット コンデンサー マイクとMEMSマイクのどちらを使用するかは、プロジェクトの要件によって決まります。MEMSマイクロフォンは多くの固有の利点により人気が高まり続けていますが、ECMはパッケージングと指向性のオプションの範囲が広いため、今でもさまざまなアプリケーションで使用されています。選択したテクノロジーに関係なく、CUI Devicesは、プロジェクトで必要な音を「聞く」ことができるように、幅広い マイク製品 の開発と提供を継続します。