Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,前言,微机电系统（,MEMS,）技术的问世和应用让麦克风变得越来越小，性能越来越高MEMS,麦克风具有诸多优点，例如，高信噪比，低功耗，高灵敏度，所用微型封装兼容贴装工艺，回流焊对,MEMS,麦克风的性能无任何影响，而且温度特性非常出色MEMS,麦克风的声学传感器,MEMS,麦克风所用的声学传感器是利用半导体生产线制作且通过高度自动化过程封装的芯片MEMS,麦克风的制造过程是，首先，在晶圆上沉积数层不同的物质，然后蚀去无用的物质，在基础晶片上形成一个腔室，在腔室上覆盖一层能够运动的振膜和一个固定的背板传感器背板具有优良的刚性，采用通孔结构，通风性能优异；而振膜是一个很薄的实心结构，当声波引起气压变化时，振膜将会弯曲振膜较薄，易弯曲当声波引起的气压变化时，振膜会随着气压变化而弯曲；背板较厚且多孔，当空气流过时，背板保持静止当振膜运动时，振膜与背板之间的电容量将会变化。
ASIC,器件可将这种电容变化转换成电信号MEMS,麦克风,ASIC,在,MEMS,麦克风内，,ASIC,芯片利用电荷泵在麦克风振膜上放置一个固定的参考电荷当振膜运动导致振膜与背板之间的电容量发生变化时，,ASIC,测量电压变化,模拟,MEMS,麦克风的输出电压与瞬间气压成正比模拟麦克风通常只有三个引脚：输出、电源电压,(VDD),和地虽然模拟,MEMS,麦克风的接口在原理上比较简单，但是，为避免在麦克风输出与信号接收芯片的输入之间出现拾起噪音，模拟信号要求工程师必须精心设计印刷电路板和线缆大多数应用还需要低噪音频模数转换器，把模拟麦克风输出转换成数字格式，用于后序处理和,/,或传输顾名思义，数字,MEMS,麦克风的输出为数字信号，可在高低逻辑电平之间转换大多数数字麦克风采用,脉冲密度调制技术,(PDM),，生成过采样率较高的单个比特的数据流脉冲密度调制麦克风的脉冲密度与瞬间空气压力级成正比脉冲密度调制技术与,D,类功放所用的,脉宽调制（,PWM,）技术,相似，不同之处是，脉宽调制技术的脉冲间隔时间是定量，使用脉宽给信号编码，而脉冲密度调制则相反，脉宽是定量，使用脉冲间隔时间给信号编码。
除输出、地和,VDD,引脚外，大多数数字麦克风还有时钟输入和,L/R,控制输入时钟输入用于控制,-,调制器，将传感器的模拟信号转换成,PDM,数字信号数字麦克风的典型时钟频率通常在,1MHz,至,3.5MHz,之间麦克风输出信号在所选时钟边沿进入适合的逻辑状态，在另半个时钟周期进入高阻抗状态这个两个数字麦克风的输入共用一条数据线L/R,输入确定有效数据是在哪一个时钟边沿上数字麦克风输出相对来说具有较高的抗噪性，但是信号完整性却是一个令人们关心的问题，因为寄生电容以及麦克风输出与系统芯片之间的电感导致信号失真阻抗失匹也会产生反射问题，若数字麦克风与系统芯片间隔较大，反射现象将会导致信号失真虽然数字麦克风不需要编解码器，但是，脉冲密度调制输出的单比特,PDM,格式在大多数情况下必须转转换成,多比特脉冲代码调制,(PCM),格式,很多编解码器和系统芯片都有,PDM,输入，其内部滤波器负责将,PDM,数据转换成,PCM,格式微控制器也使用同步串行接口捕获数字麦克风的,PDM,数据流，然后通过软件滤波器将其转换成,PDM,格式MEMS,麦克风封装,MEMS,麦克风采用由基板和封装盖组成的空心封装，内部组件包括声学传感器和接口,ASIC,。
封装基板下面是焊盘，用于将麦克风焊接在电路板或挠性电路上在大多数,MEMS,麦克风的内部，,MEMS,声学传感器和接口,ASIC,是两颗独立的芯片，为制作能够移动的结构，声学传感器的制造工艺经过优化改良，而,ASIC,芯片则采用工业标准的,CMOS,制造工艺ASIC,通过引线键合方法连接到传感器和基板，然后将封装盖扣在基板上并进行密封处理为让声音能够传入声学传感器，,MEMS,麦克风需要在封装上开孔声孔位置可以在封装盖上,(,上置声孔,),或在焊盘附近,(,下置声孔,),下置声孔麦克风还要求在电路板上的麦克风安装位置开一个孔，让声音能够穿过电路板传入麦克风声孔麦克风是选用上置声孔还是下置声孔，通常取决于多种因素，例如，麦克风的安装位置和厂家的考虑性能也是麦克风选型的一个主要因素，因为上,置声孔麦克风的性能通常低于下置声孔麦克风,但是，高性能上置声孔麦克风的问世，例如，意法半导体的,MP34DT01,，彻底颠覆了上置声孔麦克风的性能声学传感器振膜将,MEMS,麦克风内部分成两部分声孔与传感器振膜之间区域通常称为前室,，振膜的另一部分称作后室,(,见图,5,),下置声孔麦克风通常将传感器直接置于声孔上，这种设计有多个好处。
大多数,MEMS,麦克风的灵敏度随频率升高而提高，,这是声孔的空气与麦克风前室的空气相互作用的结果这种交互作用产生了,Helmholtz,谐振，这与吹瓶产生的声音的现象相同像吹瓶子一样，空气容积越小，谐振频率越高；反之，空气容积越大，谐振频率越低下置声孔麦克风将声学传感器直接置于声孔之上，这样设计导致前室变小，从而导致,Helmholtz,谐振的中心频率提高因为,Helmholtz,谐振通常位于音频带的高频部分，所以提高的谐振频率使频响变得更加平坦将声学传感器直接置于声孔上还有助于产生更大的后室后室空气容积变大后，声波更容易推动振膜运动，从而提高麦克风的灵敏度和信噪比后室空气容积变大还能提高麦克风的低频响应上置声孔麦克风的结构与下置声孔麦克风相似，都是将声学传感器和接口芯片安装在基板上，采用空心的密闭封装这两种麦克风的唯一区别是，上置声孔的麦克风是将传声孔置于封装盖上，而下置声孔麦克风是将传声孔放在基板上因此，将传声孔从基板移到封装盖后，以前下置声孔麦克风的前室变成了上置声孔麦克风的后室，而后室则变成了前室传统上置声孔麦克风的后室空气容积较小，推动振膜运动的难度增加，这破坏了声学传感器的灵敏度，导致信噪比降低。
此外，在,声孔与振膜之间的前室空气容积变大后，谐振频率将会降低，从而影响麦克风的高频响应,综上所述，不论是低频还是高频，上置声孔麦克风的信噪比和频响两项指标都相对较差，性能不如下置声孔麦克风出色而意法半导体的,MP34DT01,上置数字,MEMS,麦克风却是一个例外意法半导体独有的封装技术将,MEMS,传感器和接口芯片安装在,MP34DT01,封装盖的内侧，将传感器直接置于声孔的下面,(,见图,7,和,8),这种设计方法可获得小前室和大后室，让,MP34DT01,取得与下置声孔麦克风,MP34DB01,相同的性能MEMS,麦克风性能评测,帕斯卡,(Pa),是压力的线性国际单位制，表示单位面积上的压力,(1Pa=1N/m,2,),不过，对数单位制更适用研究声压级（,SPL,），因为人耳动态范围大，能够察觉从最低,20,微帕到高达,20,帕的声压因此，麦克风的关键性能指标通常用分贝,(dB),表示，,0dB SPL,等于,20Pa,，,1 Pa,等于,94dB SPL,下面的参数通常是最重要的麦克风性能指标：,信噪比,(SNR),信噪比,(SNR),通常是最重要的麦克风性能指标信噪比是麦克风的灵敏度与背景噪声的差值，通常用,dB,表示。
现有,MEMS,麦克风的信噪比是在,56dB,至,66dB,之间灵敏度,麦克风灵敏度是用于测量麦克风对已知声压级的响应能力灵敏度通常在,94dB,声压级,(1 Pa),条件下使用,1kHz,频率进行测量的结果模拟麦克风的灵敏度通常表示为相对于,1V RMS,信号的分贝数,(dBV),，而数字麦克风的灵敏度通常表示为相对于麦克风满量程输出的分贝数,(dB FS),背景噪声,麦克风的背景噪声又称本底噪声，是指在较安静的环境内，麦克风输出中的噪声量声学传感器和接口,ASIC,都会向麦克风输出信号注入噪声传感器噪声是空气分子随机布朗运动产生的,，而,ASIC,的噪声源则是前置放大器，数字麦克风,ASIC,的噪声源是,-,调制器,应在全音频带内测量背景噪声，而,A,加权滤波器用于更精确地测量人耳能够听到的噪声级背景噪声不总是出现在麦克风数据表内，但是，只要用灵敏度减去信噪比即可算出背景噪声，数值单位为,dBV,或,dB FS,从测量灵敏度（通常是,94 dB SPL,）的声压级中减去信噪比，可以算出用等效输入噪声表示的背景噪声，单位为,dB SPL,失真,(THD),失真是测量麦克风拾音精度的指标。
失真的条件通常是在,94 dB 100 dB SPL,范围内，表示在正常声压级条件下音频信号的质量声学过载点,(AOP),在麦克风声压级开始接近声学过载点之前，失真通常不会随着声压级升高而大幅增加但是，当达到过载点时，失真开始快速升高麦克风声学过载点通常是指失真达到,10%,时的声压级频响,MEMS,麦克风频响是在不同频率时指灵敏度的变化麦克风频响通常在,1 kHz,时设为,0 dB,，对不同频率下的灵敏度进行归一化处理大多数,MEMS,麦克风的灵敏度都低于,100Hz,，在出现,Helmholtz,谐振后开始上升，达到大约,4kHz,至,6kHz,之间这就是许多,MEMS,麦克风将频响指定在,100Hz,至,10kHz,之间的原因不过，高性能的,MEMS,麦克风在,20Hz,至,20kHz,全音频带内拥有较平坦的频响曲线电源抑制比,(PSR),麦克风电源抑制比是评价麦克风防止噪声从电源输入端进入输出端的能力指标电源抑制比通常是在音频带内使用通过仿真,GSM,蜂窝无线电产生的,TDMA,噪声的,217Hz,方波和,/,或扫描正弦波来指定更高信噪比,MEMS,麦克风产品性能正在不断提高几年前，信噪比还是在,55-58 dB,区间，如今，已经达到,63-66dB,，拾音信号更加清晰，在同等清晰度下，麦克风的应用距离变得更远。
自动语音识别算法取得良好的识别率需要更高的信噪比更高声压级,很多用户需要声学过载点更高的麦克风，防止在吵闹的环境中麦克风失真在声压级高于声学过载点时，麦克风将会产生削波失真，导致吵闹环境的录音（例如摇滚乐）无法使用更小封装,随着消费者对轻薄产品的需求日益提高，,MEMS,麦克风正在不断缩小封装早期的,MEMS,麦克风封装尺寸为,3.76mm x 4.72mm x 1.25mm,，如今，,3mm x 4mm x 1mm,和,2.95mm x 3.76mm x 1mm,是常见的封装尺寸更新的,MEMS,麦克风为,2.5mm x 3.35mm x 0.98mm,和,2.65mm x 3.5mm x 0.98mm,这种小型化趋势将会持续下去，不过，随着封装缩小，后室面积也会随之缩减，音质提升甚至保持现有水平都会变得很难降低环境噪声,很多智能和平板电脑为实现录像等功能，都开始安装多个麦克风降低环境噪声是多麦克风组合的另一种常见应用很多智能在顶部或背面装有一支麦克风，用于检测周围环境噪声，然后从话筒输出中减去环境噪声成份，从而提高音频信号的纯净度以录像为主要用途的麦克风经常用于降低环境噪声声波聚束,两个以上的麦克风还用于执行声波聚束功能，处理麦克风阵列的输出信号，提高沿某一个方向的灵敏度，同时抑制其它方向的声音。
多数麦克风提供全向输出，即所有方向的灵敏度相同，但是，在多数情况下，设计人员需要将灵敏度聚焦于某一个方向，并降低其它方向的灵敏度，以提高音质的清晰度声波聚束利用不同方向的声音的相位差，将麦克风的灵敏度聚焦于某一个方向声波聚束还能用于确定音源方位声波聚束特别适用于麦克风与讲话人距离较远的应用场合。