MEMS麦克风研发_电容式MEMS麦克风结构
1.外壳
2.声通道
3.膜片
4.背板
5.前腔
6.背腔
•声通道的主要属性：通道直径或面积、长度、数量
•声通道的设计和前腔大小，与赫姆霍兹共振有关，决定了高频谐振峰的频率
•声通道的长度应该尽量短，以提高高频谐振峰的频率
•声通道的面积也会显著影响麦克风的自噪声，应尽量大，但会有设计和尺寸上的限制
•声通道的设计和前腔大小，与赫姆霍兹共振有关，决定了高频峰的频率
•前腔的容积应该尽量小，以提高高频谐振峰的频率
•膜片的主要属性：直径(面积)、刚度(顺性)、厚度、质量、压力通风口和悬挂方式
•膜尺寸决定了受声波影响的面积
•膜刚度/顺性决定了声音驱动膜片运动的难易程度
•膜越轻，其机械共振频率越高。较轻的膜高频响应更好，瞬态也会更好
•透气孔的目的是为了平衡内外气压
•透气孔可以开在膜上，也可以开在膜片支撑位置
•透气孔的尺寸、形状、数量会影响声学效果，尤其是低频滚降，泄露越大，低频衰减越多
•膜和背板间隙会影响麦克风的噪声性能和灵敏度
•间隙的高度也限制了膜的最大位移
•膜到背板的确切距离取决于麦克风的偏置状态。当麦克风通入直流偏置电压时，膜和背板之间存在静电力，导致膜向下移动。
•膜的刚度和空气间隙大小决定了直流偏置电压的最大值
•尽量大的直流偏置电压有利于麦克风的性能，但可靠性风险也会提高
•背板的穿孔是为了让空气穿过背板，从而获得更大的背腔，增加膜的位移
•单个孔的面积、孔距、孔数量、板厚都会影响麦克风的性能
•孔的形状也会影响麦克风的自噪声，由于空气间隙和孔的声阻影响
•背腔相当于一个空气弹簧，会抵抗膜的运动，并影响麦克风的机械谐振频率
•所以背腔尽量大有利于提高麦克风的性能
•非封闭背腔会影响麦克风的频响、指向性、信噪比SNR
•小的间隙和通道起到声阻的作用
•当膜移动时，它会在膜和背板之间的间隙内以及背板上的孔中引起空气来回移动。这种通过声阻的声流相当于电流流过电阻。
•阻的结果是噪音。在MEMS麦克风中，声阻通常是显著的噪声源，它会增加整个组件的自噪声水平。
•窄或长的间隙会导致很大的阻力。为了最大限度地降低电容式麦克风的声阻，应最大化空气流动的所有间隙和孔的横截面积。
•麦克风的目标是最大限度地提高灵敏度，同时最大限度地降低自噪声。换句话说，麦克风捕获的信号和组件的自噪声之间的差距应该尽可能大。
•在许多情况下，降低噪声的变化会同时降低灵敏度；因此，信噪比SNR可能不会增加。
题目 1：在设计电容式MEMS麦克风的声通道时，为了提高高频谐振峰的频率并减小自噪声，以下哪种设计是最优的？
A. 增加声通道的长度，减小声通道的面积
B. 减小声通道的长度，减小声通道的面积
C. 减小声通道的长度，增加声通道的面积
D. 增加声通道的长度，增加声通道的面积
题目 2：为了提高电容式MEMS麦克风的高频响应，以下哪种膜片设计是最合适的？
A. 增加膜片的刚度，增加膜片的厚度
B. 减小膜片的刚度，减小膜片的厚度
C. 增加膜片的刚度，减小膜片的厚度
D. 减小膜片的刚度，增加膜片的厚度
