MEMS와 일렉트렛 콘덴서: 어떤 마이크 기술을 사용해야 할까?

몇 년 전 "Can you hear me now?"라는 문구의 마케팅 캠페인을 기억하실지도 모릅니다. 오늘날 점점 더 많은 웨어러블 기기와 홈 어시스턴트 같은 장치들이 주변 환경을 "듣는" 역할을 요구받고 있습니다. 올바른 마이크는 애플리케이션이 거의 모든 소리를 정확히 캡처할 수 있게 해주며, 마이크를 구성하는 데 사용되는 두 가지 가장 일반적인 기술은 MEMS와 일렉트릿 콘덴서입니다. 두 기술은 유사한 원리에 따라 작동하지만, 특정 상황에서 하나를 다른 것보다 선택해야 하는 많은 사례들이 존재합니다. 이를 염두에 두고, 우리는 MEMS와 일렉트릿 콘덴서 마이크의 기본 사항을 검토하고, 두 기술 간의 차이점을 비교하며, 각 솔루션의 장점을 개략적으로 설명하겠습니다.

MEMS 마이크 기본

MEMS 마이크는 MEMS(미세전자기계 시스템, Micro-Electro-Mechanical System) 부품을 인쇄 회로 기판(PCB)에 배치하고 기계 커버로 보호하여 제작됩니다. 마이크로 소리가 들어갈 수 있도록 케이스에 작은 구멍이 만들어지며, 이 구멍이 상단 커버에 있을 경우 상단 포트(top-ported), PCB에 있을 경우 하단 포트(bottom-ported)로 지정됩니다. MEMS 부품은 종종 반도체 다이(die) 위에 기계적 다이어프램과 장착 구조를 설계하여 제작됩니다.

MEMS 다이어프램은 커패시터를 형성하며, 음압 파동이 다이어프램의 움직임을 유발합니다. 일반적으로 MEMS 마이크는 MEMS의 변화하는 정전용량을 전기 신호로 변환하는 오디오 프리앰프 역할을 하는 두 번째 반도체 다이를 포함합니다. 아날로그 출력 신호가 필요한 경우 오디오 프리앰프의 출력은 사용자에게 제공됩니다. 디지털 출력 신호가 필요한 경우, 아날로그-디지털 변환기(ADC)가 오디오 프리앰프와 같은 다이에 포함됩니다. MEMS 마이크에서 디지털 인코딩에 사용되는 일반적인 형식은 펄스 밀도 변조(PDM)로, 클럭과 단일 데이터 라인만으로 통신이 가능합니다. 수신 측에서 디지털 신호를 디코딩하는 과정은 데이터가 단일 비트로 인코딩되기 때문에 간소화됩니다.

일렉트릿 콘덴서 마이크 기본

일렉트릿 콘덴서 마이크 (ECM)는 아래 그림과 같이 구성되어 있습니다.

전기영동막(고정된 표면 전하를 가진 물질)이 전도판과 가까이 배치되어 있으며, MEMS 마이크와 유사하게 공기 간격을 유전체로 사용하여 커패시터가 형성됩니다. 커패시터에 걸리는 전압은 전기영동막이 음압파에 의해 움직이면서 커패시터의 용량값이 변함에 따라 변합니다(ΔV = Q/ ΔC). 커패시터 전압의 변화는 마이크 하우징 내부에 있는 JFET에 의해 증폭되고 버퍼링됩니다. JFET는 일반적으로 공통 소스 구성으로 설정되며, 외부 응용 회로에서는 외부 부하 저항과 DC 차단 커패시터가 사용됩니다.

마이크 기술의 차이점

ECM 마이크와 MEMS 마이크 중에서 선택할 때 고려해야 할 점이 많이 있습니다. MEMS 마이크는 새로운 기술이 제공하는 많은 장점들로 인해 시장 점유율이 빠르게 증가하고 있습니다. 예를 들어, 공간 제약이 있는 애플리케이션에서는 MEMS 마이크가 제공하는 소형 패키지 크기가 매력적일 것입니다. 또한, MEMS 마이크의 구조에 아날로그 및 디지털 회로가 포함되어 있어 PCB 면적과 구성 요소 비용을 줄일 수 있습니다. 아날로그 MEMS 마이크의 상대적으로 낮은 출력 임피던스와 디지털 MEMS 마이크의 출력은 전기적으로 소음이 많은 환경에서도 이상적인 솔루션이 됩니다. 높은 진동 환경에서 MEMS 마이크 기술을 사용하면 기계적 진동으로 인해 발생하는 원하지 않는 소음을 줄일 수 있습니다. 게다가 반도체 제작 기술과 오디오 프리앰프의 포함 덕분에 온도에 안정적인 성능 특성과 밀접하게 매칭된 MEMS 마이크를 제조할 수 있습니다. 이러한 엄격한 성능 특성은 MEMS 마이크가 배열 애플리케이션에 사용될 때 특히 유용합니다. 제품 제조 중에도 MEMS 마이크는 픽 앤 플레이스 머신으로 쉽게 취급할 수 있으며, 리플로우 납땜 온도 프로파일을 견딜 수 있습니다.   MEMS 마이크가 빠르게 인기를 얻고 있음에도 불구하고, 전기 콘덴서 마이크(ECM)가 더 적합할 수 있는 애플리케이션도 여전히 존재합니다. 많은 레거시 설계에서 ECM이 사용되어 왔기 때문에, 프로젝트가 기존 설계를 단순히 업그레이드하는 것이라면 ECM을 계속 사용하는 것이 최선일 수 있습니다. ECM을 애플리케이션 회로에 연결하는 옵션으로는 핀, 와이어, SMT, 납땜 패드 및 스프링 접촉이 있으며, 이는 엔지니어들에게 추가적인 설계 유연성을 제공합니다. 먼지와 습기로부터의 보호가 문제라면, 물리적 크기가 더 큰 덕분에 높은 방진 방수(IP) 등급을 가진 ECM 제품을 쉽게 찾을 수 있습니다. 비균일한 공간 민감도가 요구되는 프로젝트의 경우, ECM 제품은 단방향 또는 소음 제거 성능을 갖춘 선천적 방향성을 제공합니다. 또한, ECM의 넓은 동작 전압 범위는 전압 레일이 느슨하게 조정된 제품에 적합한 솔루션이 될 수 있습니다.

프로젝트에 적합한 마이크 기술 선택하기

프로젝트의 요구 사항에 따라 전기영구체 콘덴서 마이크와 MEMS 마이크 중 어떤 것을 사용할지 결정하게 됩니다. MEMS 마이크는 본래 갖고 있는 다양한 장점들로 인해 계속해서 인기를 얻고 있지만, ECM은 더 넓은 범위의 패키징 및 지향성 옵션 덕분에 여전히 다양한 응용 분야에서 사용되고 있습니다. 선택한 기술과 관계없이 Same Sky는 여러분의 프로젝트가 필요한 소리를 '들을' 수 있도록 다양한 마이크 제품을 개발하고 제공할 것입니다.