MEMS麦克风

MEMS Microphone

新日本无线正全力投入生产用于智能手机的MEMS麦克风传感器,产品事业从2010年起开始启动,从2013年3月正式进入量产阶段。在智能手机、平板电脑、耳机套件上MEMS麦克风传感器的需求一直很旺盛,进入量产阶段后,出厂数量和销售业绩不断增多,仅仅只用了短短的1年时间零8个月到2014年11月为止出厂产品数量竟超过了2亿个。随着今后需求的不断增多,也将投入新产品,并计划扩大生产规模,不久会相续上市。


【小型麦克风市场变迁】

以往的微型麦克风主要以ECM为主流,最近几年转用MEMS传感器的潮流不断涌现。因为MEMS麦克风和以往的ECM相比,耐热性更强,能够便于回流焊实装,还可实现自动化实装生产,大大减小了人力组装成本,稳定性及可靠性也大大的增强。所以今后MEMS麦克风将逐步替代ECM,采用规模也有明显增加趋势。

新日本无线的MEMS传感器的生产工艺采用了新日本无线的卓越精湛的半导体制造技术。把MEMS传感器和声音增幅放大器组装成模块就成为了MEMS麦克风模块。本公司独自一家同时设计、生产制造MEMS传感器和放大器,并实现了封装的最佳化,能更容易调配出麦克风模块的最佳特性,让器件发挥出最佳性能,并省去了匹配调节的工序。


 

MEMS麦克风传感器构造

transducer

MEMS麦克风传感器NJD3002是装配了挡板和薄膜振动电容器的硅麦克风。芯片尺寸是1.3mm正方块,厚度是0.4mm。振动薄膜直径有750um,下面成空洞状态。一般情况下,MEMS传感器越小型化,感应灵敏度会越降低。可是本公司的产品在薄膜的振动方法上进行了改良,创新出的新技术同时实现了小型化和高感应灵敏度。今后的新产品会在新技术的基础上更加提高精度。

MEMS麦克风传感器NJD3002的构造图及工作原理图如下图所示。


microphone microphone
microphone

MEMS麦克风传感器是利用空洞上贴敷的薄膜和挡板形成一个电容器,人的声音会使MEMS传感器薄膜振动,直接导致该电容的变化,也就是说NJD3002的直接作用是将音压转换为电气信号,然后将电气信号传输到后续电路处理。(包含放大、AD转换的ASIC专用集成电路模块)

 

MEMS麦克风放大器

amplifier

本公司的MEMS麦克风放大器有模拟输出和数字输出的2种类型。对应模拟输出的放大器已经量产,销售业绩很可观。对应数字输出的放大器在减少噪声方面会有所改进,还在研发中。新日本无线长期积累的模拟技术有很强的竞争优势,特别是在低功耗、高SNR性、高集成度等方面,这种强劲的性能优势也应用到了MEMS麦克风放大器上。


本公司所提供的模拟输出的和数字输出的2种MEMS麦克风放大器的内部构造图及应用图如下图所示。


模拟输出MEMS麦克风放大器

数字输出MEMS麦克风放大器

microphone microphone

NJU72084

NJU9553 (研发中)

模拟输出MEMS麦克风放大器的内部构造共有3块部分组成,基准电路(VREG)及电荷泵(Charge Pump)和前置放大器(PREAMP)。
基准电路是生成基准电压,供电荷泵电路使用。电荷泵是把基准电压增大数倍形成偏置电压用于驱动MEMS麦克风传感器使用。而前置放大器是把MEMS麦克风传感器传来的模拟信号经阻抗转换输出,也起到增益调整作用。

数字输出MEMS麦克风放大器是在模拟输出MEMS麦克风放大器的基础上又在前置放大器(PREAMP)的后续电路上增加有ΔΣ调制电路,作用是把模拟信号转换为PDM信号(脉冲密度调制信号)输出,直接可以接编码器或者DSP进行数字处理,能很好的保证走线上具有良好的数字信号完整性。数字MEMS麦克风放大器的特点有传输的是数字信号会比模拟信号可以很大程度的提高其抗干扰能力,这样就可以简化系统设计。

 

芯片成套供给麦克风模块厂商

module

通常由于MEMS传感器的薄膜应力和厚度不同会造成声音电气转换的不均衡,本公司独自一家同时设计、生产制造MEMS传感器和放大器,并实现了封装的最佳化,能更容易调配出麦克风模块的最佳特性,让器件发挥出最佳性能,并省去了匹配调节的工序。本公司是从客户的角度充分考虑到了使用的便利性和产品的最强性能体现,这是本公司产品的最大特点。

如上所述,本公司的MEMS麦克风传感器和MEMS麦克风放大器产品组合使用,成套提供给麦克风模块厂商的。

今后的生产开发计划是新日本无线会推出比NJD3002有更高感度和小型化的新产品,并且加有ΔΣ调制电路及对应PDM输出的数字MEMS麦克风放大器也正在研发阶段,不久就会面市,供客户们使用。


构成分类

ECM用

MEMS麦克风用

模拟输出

NJU7907A

NJU72084

microphone microphone

NJU72090(研发中)

microphone
增益可调前置放大器
Pre Amp

数字输出

NJU9551

NJU9553(研发中)

microphone microphone
◆Data Sheet
MEMS Microphone Transducer NJD3002PDF
◆Data Sheet
Analog MEMS Microphone Amplifier NJU72084PDF
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