MEMS mic之Amic(一)
时间：2023-12-17 12:07:02
业余时间整理了一下我目前学到的关于麦克风测试测量方便的相关知识，大概会讲一下:Amic，PDM mic，IIS mic，TDM格式，方向性mic等等，分为一系列进行阐述。
背景
MEMS(微机电系统) 基于麦克风MEMS技术制造的麦克风造的麦克风是一种集成在微硅晶片上的电容器，可以通过表面粘贴工艺制造，可以承受较高的回流焊接温度，使用 CMOS 集成工艺等音频电路， 并具有改进的噪声消除性能与良好的 RF 及 EMI 抑制能.MEMS麦克风的潜力还有待挖掘，然而，该技术的产品在各种应用中表现出了许多优势，特别是在中高端手机应用中
对比ECM的优势
实际使用的麦克风大多是ECM麦克风已经有几十年的历史了。ECM 其工作原理是使用具有永久电荷的聚合物振动膜。
与ECM与聚合物振动膜相比，MEMS麦克风在不同温度下的性能非常稳定，其敏感性不受温度、振动、湿度和时间的影响。耐热性强，MEMS麦克风可承受260℃高温回流焊，性能不会改变。由于组装前后敏感性变化小，制造过程中的音频调试成本也可以节省。
MEMS麦克风需要ASIC提供的外部偏置，而ECM没有这样的偏置。有效的偏置会使MEMS麦克风可以在整个操作温度范围内保持稳定的声学和电气参数，并支持不同敏感的麦克风设计。
传统ECM尺寸通常比MEMS麦克风很大，不能进行SMT(表面贴装技术)操作。MEMS麦克风制造过程中，SMT回流焊简化了制造工艺，可以省略手工制造的一个步骤。
在ECM在麦克风中，必须添加信号处理的电子元件；MEMS在麦克风中，只需添加额外的特殊功能。ECM这种额外功能的优点是使麦克风具有较高的电源抑制比，能有效抑制电源电压的波动。
另一个优点是集成在芯片上的宽带RF抑制功能不仅仅是手机RF应用所有类似手机操作原理的设备(如助听器)来说，应用尤为重要。
MEMS麦克风的小振动膜还有另一个优点，直径不到1mm小薄膜的重量也很轻，这意味着与ECM相比，MEMS麦克风将以相同的理由安装PCB上扬声器造成的PCB 噪声产生较低的振动耦合。
Amic 硬件接口
通常Amic只有三种有效pin，即VDD VOUT GND，上图是Amic内部结构简图。sensor感知到外部声压变化，产生电信号给前置放大器，经由信号处理电路最后输出。
MEMS mic一些测量参数
1、灵敏度 sensitivity
定义：灵敏度是模拟输出电压或数字输出值与输入压力之比，是任何麦克风的关键指标。当输入已知时，麦克风输出信号的范围由声域单元到电域单元的映射决定。mic灵敏度为94dB的SPL（声压级）下，需要用1kHZ测量正弦波。
麦克风的灵敏度是高是低，应根据使用条件进行选择。如果声源远离麦克风，则使用灵敏度高的麦克风；如果声源非常接近麦克风，则使用灵敏度低的麦克风。前者可以保证拾取声音信号的灵敏度，后者可以有效地降低环境噪声。
目前Amic 芯片的灵敏度大概：-38±1dBV, -42±1dBV,-35±1dBV,与不同的应用程序有关.
对于Amic：灵敏度(线性单位) mV/Pa）分贝可以用对数表示：
其中 OutputREF为1000mV/Pa(1V/Pa)参考输出比。对输出信号大小的唯一限制实际上是对系统电源电压的限制。
2、噪声noise
噪声来源非常复杂，第一种噪声分类是部件产生的固有噪声，几乎所有部件都会产生一定的噪声、晶体管、电阻、电容器，噪声连续，基本固定，频谱分布广泛，第二种噪声来自电路本身的设计错误或安装过程缺陷，电路设计错误往往导致电路轻微自我激励。
通常可以在消音箱或消音室测试-100dBV
3、信噪比 SNR
表示麦克风输出信号与噪声的比值。信噪比的测量单位是dB，其计算方法为10lg(Ps/Pn)，其中Ps和Pn分别代表信号和噪声的有效功率。信噪比越高越好。信噪比越大，混合信号中的噪声越小，声音回放的音质越高。
声学测试中SNR=灵敏度-噪声
4、电源抑制 PSR
从电源到输出的增益
通常测试217HZ，用217Hz方波是因为在手机等特殊应用中TDD nosie即是217Hz及其高次谐波
5.电源抑制比（PSRR）
PSRR：当输入和输出电源被视为两个独立的信号源时，两个电压增益的比值。
PSRR用于描述输出信号受电源影响的量，PSRR输出信号受电源影响越大，影响越小。
6、频率响应（Frequency Response）
频率响应是指当麦克风接收不同频率的声音时，系统输出端的感应信号随频率的变化而放大或衰减，也可以说是麦克风在相同条件下对每个频率声音的输出电压。一般人耳听到的频率是20Hz至20KHz通常，麦克风在应用中所需的频率响应测量范围约为100Hz至10KHz，每个频率对应的灵敏度值是频率响应，绘制图像是频率响应曲线，线应该越平坦越好，频率响应（Frequency Response）它决定了声音的保真度。
7.总谐波失真（THD）
THD它是指麦克风在信号输入和放大器处理后，输出信号比原始输入信号多出的额外谐波和倍频成分的总比例，通常以%表示。例如，1万Hz的谐波就是2kHz、3kHz、4kHz等等，一般测试只采用前五次谐波，谐波失真用于检测非线性失真的结果，所以这个结果越小越好。
一般来说，高质量的产品THD值很低(低于0).002%)，MEMS麦克风目前皆小于0.1%。错误谐振信号干扰主要是由于放大器不全线性引起的，在信号输出过程中经常导致麦克风失真。
THD功率比例关系的基本定义，表示各谐波功率值与基波功率之比的百分比：
THD等效关系公式：
THD近似测量公式：
8.声学过载点（AOP）
声学过载点是指麦克风输出THD等于10%输入的声压大小（SPL），也叫麦克风的切波点。声压高于AOP输入会导致输出信号严重失真。通过检测输出信号THD的波形决定AOP的大小。
