Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 2

Notice: Use of undefined constant DOCUMENT_ROOT - assumed 'DOCUMENT_ROOT' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 5

Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 5

Notice: Use of undefined constant DOCUMENT_ROOT - assumed 'DOCUMENT_ROOT' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 11

Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 11

Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 28

Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 28

Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 28

Notice: Undefined variable: flag in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 28

Notice: Undefined variable: adsense7 in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 39

Notice: Undefined variable: adsense6 in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 40
Мэмс микрофон. Водонепроницаемый. Пьезоэлектрический. Миниатюрный. МЭМС-микрофон VM1000 от Vesper

МЭМС-микрофон с цифровым выходом. Мэмс микрофон


МЭМС-микрофон с цифровым выходом

ICS-43432 – сверхвысокочувствительный МЭМС-микрофон с цифровым выходом и малым потреблением. Комплексное решение ICS-43432 представляет собой МЕМС-датчик с цифровым интерфейсом I²C, который формирует и анализирует сигнал, а также управляет питанием.

 

Малая погрешность чувствительности дает возможность применять ICS-43432 в микрофонных матрицах без системной калибровки. За обработку сигнала отвечают АЦП и цифровые фильтры. Цифровые данные передаются по последовательному интерфейсу I²S непосредственно в микроконтроллер или сигнальный процессор без применения дополнительных аудиокодеков. Этот микрофон имеет компактные размеры корпуса - 4х3х1 мм (SMP).

 

Технические характеристики:

 

Динамический диапазон, дБ

116

Частотный диапазон, Гц

50…20000

Соотношение сигнал/шум, дБА

65

Чувствительность, дБ

-26±1 по полной шкале

Подавление помех источника питания, дБ

-80

Напряжение питания, В

1,62…3,63

Ток потребления, мА

1

Рабочая температура, °С

-40…85

 

Области применения:

  • портативная электроника;
  • «умные» телевизоры;
  • дистанционное управление;
  • системы телеконференций;
  • игровые приставки;
  • системы безопасности;
  • микрофонные матрицы.

 

Опубликовано: 10.10.2016

www.electronshik.ru

Электроника НТБ - научно-технический журнал - Электроника НТБ

МЭМС-микрофоны уже в течение многих лет успешно применяются в различных устройствах. Они имеют ряд преимуществ – очень малый размер, низкое энергопотребление, стабильность работы при изменении температуры и др. Но аудиохарактеристики этих микрофонов до сих пор не отвечали требованиям ряда приложений – в первую очередь тех, где источник звука находится на большом расстоянии или где используется много микрофонов. Ситуация изменилась с появлением новых МЭМС-микрофонов компании с очень низким уровнем собственного шума.

Что нужно знать о собственном шумеКаждый микрофон имеет некоторый шум, производимый внутренней электронной схемой, приемным элементом или корпусом. Такой шум называют собственным. Например, собственный шум – один из источников шипения, которое слышно, когда мобильный телефон включен, но никто не говорит.Собственный шум – одна из ключевых характеристик микрофона. При разработке устройств с аудиомодулем очень важно передать как можно большую часть сигнала от микрофона в последующие цепи – тогда звук на выходе будет гораздо чище. А для этого на входе необходим микрофон с низким уровнем собственного шума.Собственный шум можно охарактеризовать двумя параметрами – отношение сигнал/шум (signal-to-noise ratio – SNR) и эквивалентный шум на входе (equivalent input noise – EIN).SNR для микрофона – это отношение определенного эталонного сигнала к уровню собственного шума. Эталонным сигналом служит уровень звукового давления (sound pressure level – SPL) в 94 дБ (1 Па) на частоте 1 кГц (рис.1). Часто в качестве единицы измерения SNR вместо дБ указывают дБА. Это означает, что используется средневзвешенная величина в полосе 20 кГц, учитывающая чувствительность человеческого уха на различных частотах. При сравнении характеристик разных микрофонов необходимо убедиться, что они получены на основе одних и тех же процедур взвешивания и в одинаковых диапазонах частот. EIN – это шум на выходе микрофона, соответствующий некоему теоретическому источнику акустического шума на его входе. EIN можно определить непосредственно по величине SNR, указанной в спецификации микрофона (см. рис.1):

EIN = 94 дБ – SNR.Фактически EIN и есть уровень собственного шума микрофона.МЭМС-микрофоны удваивают SNRМЭМС-микрофоны предыдущих поколений имели SNR примерно от 58 до 60 дБ, что существенно меньше, чем у электретных микрофонов. Сегодня ситуация меняется – ведущие производители достигли радикальных улучшений шумовых характеристик МЭМС-микрофонов. Так, в микрофонах AMDP504 и AMDP521 компании Analog Devices (ADI) уровень шума снижен более чем в два раза по сравнению с предыдущими моделями. Это первые МЭМС-микрофоны, в которых достигнут уровень 65 дБА SNR (29 дБА EIN) (см. рис.1).Величина SNR в 65 дБА хороша даже для электретных микрофонов, но они, как правило, намного больше по размеру, чем МЭМС-микрофоны. У электретных микрофонов SNR быстро падает с уменьшением размера (рис.2). Кроме того, они не обладают стабильностью звуковых характеристик при изменении температуры.Малый шум расширяет области примененияНовые модели МЭМС-микрофонов применяются во многих приложениях. Но наиболее выигрышно их преимущества проявляются там, где использование МЭМС-микрофонов было крайне затруднено или невозможно из-за высоких уровней собственного шума.Запись звука на расстоянииЧасто источник звука находится далеко от микрофона, например, при профессиональной звукозаписи, в промышленных системах или системах видеосвязи, каких как Skype. Для таких систем новые МЭМС-микрофоны обеспечивают запись звука с высоким качеством. Они также достаточно компактны, чтобы уместиться даже в самых миниатюрных потребительских электронных устройствах.Еще одна возможность применения МЭМС-микрофонов – в акустических датчиках. В промышленных условиях размещение микрофона внутри оборудования не всегда практично. Если же микрофон регистрирует звук, прошедший через толстые стенки, то теряется значительная часть сигнала. В таких условиях микрофон с низким собственным шумом зарегистрирует полезный сигнал в большем динамическом диапазоне.Мультимикрофонные приложенияНизкий шумовой порог критичен для многих мультимикрофонных алгоритмов формирования узкой диаграммы направленности. Использование таких алгоритмов часто приводит к значительному увеличению уровня шума по сравнению с применением одного микрофона. Поэтому очень важно уменьшить шум каждого из микрофонов в системе.Системы микрофонов, формирующие узкую диаграмму направленности, популярны при организации видеоконференций – в оборудовании для корпоративных конференц-залов, а также в телевизионных приставках, которые используются для видеосвязи из дома.Мультимикрофонные устройства применяются и в системах безопасности. Их оборудование обычно размещают в фиксированных местах, где, конечно, не все попадает в поле зрения видеокамер. Использование малошумящих МЭМС-микрофонов позволяет обнаружить источник звука и направить туда камеру.Таким образом, во многих случаях именно уровень собственного шума является основным параметром при выборе микрофона. И теперь низкие значения SNR присущи не только электретным микрофонам, но и гораздо более компактным МЭМС-микрофонам. ●

www.electronics.ru

Водонепроницаемый. Пьезоэлектрический. Миниатюрный. МЭМС-микрофон VM1000 от Vesper

Разработчики уже более 20 лет используют МЭМС-микрофоны в самых разных электронных устройствах: камерах, телефонах, смартфонах, ноутбуках, планшетах и т. д. Причины такой популярности достаточно очевидны: миниатюрность, малое потребление и низкая стоимость. Однако есть у МЭМС-микрофонов и слабые места. Одним из главных их недостатков является низкая устойчивость к воздействию пыли и влаги. Компания Vesper смогла решить эту проблему за счет использования принципиально новой пьезоэлектрической структуры. Новые МЭМС-микрофоны VM1000 обладают рейтингом защиты IP68 и даже способны выдерживать погружение на глубину до 15 метров.

VM1000 – пьезоэлектрический МЭМС-микрофон с рейтингом пылевлагозащиты IP68

Рис. 1. VM1000 – пьезоэлектрический МЭМС-микрофон с рейтингом пылевлагозащиты IP68

Современные МЭМС-микрофоны отличаются минимальным потреблением, высокой чувствительностью и малыми габаритами. Всего этого удалось достичь за счет применения самых совершенных кремниевых технологий. Тем не менее, не смотря на современный внешний вид, по принципу действия МЭМС-микрофоны абсолютно не отличаются от своих предков – мембранных емкостных микрофонов, которые используются уже более ста лет.

Традиционный емкостной МЭМС-микрофон представляет собой воздушный конденсатор, в качестве одной из обкладок которого выступает жесткое основание (рис. 2). Вторая обкладка имеет вид подвижной мембраны, выращиваемой с помощью МЭМС-технологий.

Конструкция традиционного емкостного МЭМС-микрофона

Рис. 2. Конструкция традиционного емкостного МЭМС-микрофона

При воздействии звуковых волн мембрана колеблется, вследствие чего емкость системы изменяется (рис. 3). Как видно, такая конструкция подразумевает ограниченную деформацию мембраны во время колебаний. С одной стороны, это вызвано ограничением гибкости самой структуры. С другой стороны, воздух, проникая под мембрану, создает дополнительное давление, тем самым противодействуя внешним звуковым волнам. Ограничение колебаний приводит к двум негативным последствием: к снижению чувствительности и к низкой устойчивости к воздействию пыли и влаги.

Принцип работы многослойного емкостного МЭМС-микрофона

Рис. 3. Принцип работы многослойного емкостного МЭМС-микрофона

Использование многослойной структуры с воздушными зазорами также приводит к снижению защиты от пыли и влаги (рис. 3). В течение эксплуатации пространство между неподвижной частью и мембраной забивается пылью, что блокирует колебания. При попадании влаги дело обстоит еще хуже. Пока вода находится в микрофоне, движение мембраны затруднено. При высыхании жидкости начинают действовать силы натяжения, которые деформируют мембрану и притягивают ее к неподвижному основанию. Это может растянуть или даже вывести ее из строя.

Причины поломки многослойных емкостных МЭМС-микрофонов

Рис. 4. Причины поломки многослойных емкостных МЭМС-микрофонов

Чтобы сохранить работоспособность емкостного МЭМС-датчика традиционного микрофона, приходится идти на ухищрения и создавать различные защитные покрытия и слои. Как результат — чувствительность неизбежно падает, а стоимость изготовления возрастает.

Компания Vesper предлагает свое решение перечисленных проблем в виде принципиально новой пьезоэлектрической конструкции микрофона (рис. 5). В ней роль мембраны выполняют четыре треугольных пьезоэлектрических лепестка, образующих квадрат. При этом каждый из лепестков закреплен только одной стороной, а другие стороны могут свободно перемещаться.

Структура пьезоэлектрического МЭМС-микрофона от Vesper

Рис. 5. Структура пьезоэлектрического МЭМС-микрофона от Vesper

Действие звуковых волн вызывает перемещение пьезоэлектрических лепестков, из-за чего возникает деформация, которая напрямую преобразуется в электрический сигнал (рис. 6). Не сложно заметить, что предложенная конструкция оказывается однослойной, так как нет необходимости иметь жесткую обкладку, как в традиционном емкостном МЭМС-микрофоне.

Принцип работы пьезоэлектрического МЭМС-микрофона

Рис. 6. Принцип работы пьезоэлектрического МЭМС-микрофона

Однослойная структура дает несколько преимуществ. Во-первых, в ней отсутствует эффект противодействия звуковой волне, наблюдаемый в емкостном микрофоне при попадании воздуха в полость между обкладками, что позволяет пьезоэлектрическим МЭМС-микрофонам достигать очень высокой звуковой чувствительности. Во-вторых, такая конструкция имеет высокую защиту от воздействия пыли и влаги (рис. 7). Даже если грязь начнет скапливаться на лепестках, они, тем не менее, будут колебаться, а не заклинят. Первый серийный образец МЭМС-микрофона VM1000 от Vesper имеет уровень пыле- и влагозащиты IP68. По заявлениям разработчиков он способен в течение семи дней выдерживать погружение до 15 метров в соленую или мыльную воду.

Накопление грязи и влаги не приводят к неисправности пьезоэлектрических МЭМС-микрофонов

Рис. 7. Накопление грязи и влаги не приводят к неисправности пьезоэлектрических МЭМС-микрофонов

VM1000 — первый в мире пьезоэлектрический МЭМС-микрофон. Этот датчик кроме непосредственно акустического сенсора включает в себя цепи нормирования и выходные буферы (рис. 8). Таким образом, VM1000 предоставляет пользователю готовый аналоговый сигнал для последующей обработки силами цифрового сигнального процессора или микроконтроллера. Чувствительность VM1000 составляет -32 дБ, гармонические искажения 0,1%, а соотношение сигнал-шум SNR64 дБ.

Увеличенное изображение пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000 от Vesper

Рис. 8. Увеличенное изображение пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000 от Vesper

Ключевыми преимуществами пьезоэлектрических МЭМС-микрофонов VM1000 над своими емкостными коллегами являются:

  • высокий рейтинг защиты от пыли и влаги;
  • низкое потребление;
  • малые габариты.

Остановимся на каждом из пунктов подробнее. Как уже было сказано выше, разработчики из компании Vesper заявляют о возможности работы датчика даже на глубине до 15 метров, однако вряд ли такие экстремальные условия возникнут в потребительской электронике. Гораздо более распространенным «аварийным» случаем, например, для смартфона, станет нечаянно пролитый на него стакан воды. И такие ситуации для VM1000 не являются проблемой, что показала наглядная видеодемонстрация.

В этом ролике автор видео последовательно испытывает микрофоны VM1000 “на прочность”. Сначала его помещают на дно чашки с водой (рис. 9). При этом микрофон продолжает работать и фиксирует звук «трения о воду».

Тестирование пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000. Опыт 1

Рис. 9. Тестирование пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000. Опыт 1

Во втором эксперименте используется емкость с водой. На одну из ее стенок прикреплен динамик, который воспроизводит музыкальный файл (рис. 10). Из-за плохой звукопроницаемости воды звука не слышно. Однако как только микрофон VM1000 помещается в воду, мы начинаем слышать музыку.

Тестирование пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000. Опыт 2

Рис. 10. Тестирование пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000. Опыт 2

В третьем опыте микрофон VM1000 помещают в банку с газировкой (рис. 11), при этом отлично слышно шипение пузырьков газа.

Тестирование пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000. Опыт 3

Рис. 11. Тестирование пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000. Опыт 3

Кроме впечатляющей живучести нового пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000 можно отметить его низкое потребление, которое составляет 145 мкА и широкий диапазон напряжений питания от 1,8 В. С такими показателями VM1000 без проблем найдет применение в любом мобильном приложении.

Еще одним достоинством VM1000 являются его миниатюрные габариты: микрофон выпускается в 6-выводном корпусе: 3,76 x 2,95 x 1,1 мм (рис. 12).

Габаритные размеры пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000

Рис. 12. Габаритные размеры пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000

Можно предположить, что основными областями применения для пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000 станут мобильные приложения (смартфоны, планшеты, гарнитура), игровые устройства, системы голосового управления и т. д.

Характеристики пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000:

  • чувствительность: -38 дБ;
  • соотношение сигнал-шум SNR: 64 дБ;
  • гармонические искажения THD: 0,1%;
  • выходной импеданс: 200 Ом;
  • напряжение питания: 1,8…3,6 В;
  • типовой ток потребления: 145 мкА;
  • диапазон рабочих температур: -40…+85 °C;
  • рейтинг защиты: IP68, в течение семи дней выдерживает погружение до 15 метров в соленой или мыльной воде;
  • корпус: 6-выводной 3,76 x2,95 x1,1 мм.

О компании

Vesper – американская компания, специализирующаяся на разработке пьезоэлектрических МЭМС-микрофонов. Микрофон VM1000 от Vesper стал первым пьезоэлектрическим микрофоном с защитой от пыли и влаги с рейтингом IP68.

kra.terraelectronica.ru