MEMS 麦克风:从设计到应用的全方位指南

出处:网络整理 发布于:2025-08-29 16:09:56

MEMS 麦克风简介


MEMS 麦克风的结构主要分为 Top 结构和 Bottom 结构。Top 结构性能相对较低,但在表面贴装技术(SMT)过程中引入异物的风险低,若要实现高性能则需通过特殊结构来达成;Bottom 结构性能较高,但 SMT 引入异物风险高,使用时需注意防护。



其主要部件和功能各有特点,详细说明可参考下图:


过程和存储建议


MEMS 产品对洁净度要求极高,建议在 10 万级以上净化车间进行组装生产。在产品周转过程中,需特别注意音孔防护,禁止进行洗板操作。在 ESD 包装袋未打开,环境条件为 30 oC、70% R.H. 的情况下,产品可在客户代理商端存储 12 个月。


整机 PCB 设计


  • 焊盘和网板设计:建议整机 PCB 焊盘与 MIC 焊盘比例为 1:1;推荐钢网厚度范围为 0.08 - 0.1mm,钢网开孔与 PWB 焊盘比例为 0.8:1 或者 0.9:1,以将锡珠含量降至;MIC 音孔周围地环网板建议采用 3 段式设计,连接筋宽度 0.12 - 0.15mm,在保证地环闭合的同时降低气泡产生概率;MIC 方形焊盘和圆形焊盘建议采用分段式设计,网板开孔面积占焊盘面积的 75 - 80%,以降低气泡产生概率。


  • 线路设计建议
    • 模拟 MEMS 整机线路设计:靠近 VDD 端对 GND 增加滤波电容 C1,建议电容值 0.1μF,可有效降低电源端纹波干扰;输出端增加隔直电容 C2,可减小 MIC 输出直流电压对 Codec 的影响,其值可根据公式 “3dB cut - off frequency = 1 / 2πRLC2”(其中 RL 为负载电阻)计算得出。针对单端 MIC,为降低干扰,建议采用伪差分电路。


  • 数字 MEMS 整机线路设计:可通过对 L/R 引脚的设置实现单声道或者双声道的使用,一般情况下,单 MIC 使用时,建议将 L/R 引脚接地,避免电源噪声的影响;双 MIC 使用时,可将两个 MIC 的输出并联走一条输出线,适合多 MIC 阵列应用场景,节约 I/O 口资源。建议在靠近每个麦克风 VDD 端放置一个 0.1 - 1uF 电容,消除电源纹波;CLK 走线长度较长时,需要在靠近 codec 端串联 50 - 100Ω 匹配电阻,消除信号反射;不要在 DATA 上加上拉 / 下拉电阻,可通过增加 buffer 电路来提升驱动能力;禁止信号线 (CLK/DATA) 长距离相邻并行走线,以免导致高频信号干扰。

静电防护设计建议


静电分为接触和空气两种方式。接触静电方面,MIC 本身具备一定防静电能力,若不能满足整机需求,建议在 VDD 和 OUT 增加 TVS、稳压管压敏电阻来提升抗静电能力。空气静电方面,针对各管脚的静电,建议同接触静电线路;针对音孔的静电,主要靠增加静电泄放路径,即增加接地路径,以便静电可以通过 GND 泄放掉。


射频干扰设计建议


手机射频干扰、蓝牙 2.4GHz 干扰以及 WiFi 5 - 6GHz 干扰是主要的射频干扰源,已成为 MEMS 选型必须要考虑的因素。通过滤波线路和抗干扰金属壳设计,可以有效提升抗射频干扰能力。当客户端遇到问题时,可参考以下步骤优化:首先确定干扰是传导还是辐射;然后定位干扰位置;通过增加滤波、隔离、屏蔽等方式进行优化。


SMT 贴片建议


对于 Bottom 结构,可以直接吸取外壳表面,但要注意避开边缘位置;Top 结构吸取时需注意避开音孔位置。


整机 PCB 分板建议


PWB 或 FPC 分板时建议使用防护胶贴住 MIC 音孔或使用治具密封,预防分切产生的粉尘进入 MIC 内部。分板后禁止使用气枪直接吹击残留碎屑,如果必须进行清洁,可采用以下两种方式:一是使用无尘布擦拭,擦拭过程注意静电防护和 MIC 防护;二是必须使用气枪吹击时,建议吹击条件为气压<0.3Mpa,气枪内径>2mm,吹击距离>5cm,吹击时间<5S。


返工推荐建议


Bottom 结构 MIC,热风枪垂直对准 MIC 约 15S,距离 1 - 2cm;Top 结构 MIC,热风枪 60° 对准 MIC 远离音孔的位置约 15S,距离 1 - 2cm,音孔贴可泄气的高温膜防护。


整机声音通道设计建议


机壳声孔开孔直径尽量大(≥φ1.0mm),厚度尽量薄(≤1mm);胶套和密封垫声音通道直径尽量大(Top 类大于音孔 0.5mm);声孔增加 mesh 或其他声阻材料,可以降低高频谐振峰幅度,得到更平坦的频响曲线;声音通道长度尽量短(<3mm),建议采用 L 型管道设计,既可以减小异物引入风险,又能保证频响平坦性。对于 Bottom 结构 MIC 整机板设计需要开孔,为保证频响曲线的平坦性,开孔不易过小,但考虑到地环焊接面积以及异物引入风险,开孔也不易过大,具体建议值可参考相关表格。


装配建议


  • 整机小板固定建议:通过锁螺丝或卡扣方式固定在整机上时,此过程会产生一定的应力,作用在 MEMS 上,可能导致灵敏度变化甚至破膜问题。建议 MIC 放置在整机小板的中间位置,同时避开螺丝孔或卡扣等应力集中点,锁螺丝时需均匀用力,避免局部用力过大。


  • 声音通道装配建议:整个声音通道必须保持密封,任何声音泄露都可能引起回声、噪声及频响问题。回声问题多数是由垫圈密封不严引起的,垫圈处的声泄露会让喇叭的发声及其它噪声进入机壳内部从而被 MIC 拾取,也会导致其它噪声源产生的音频噪声被 MIC 拾取,从而引起回声或噪声问题。

整机测试建议


对于密闭腔测试环境,需保证工装与 MIC 声孔密封贴合,避免漏气影响频响曲线。如果需要金咪校准声腔,建议使用标准金咪。没有标准金咪的话,需使用各厂家的麦克风单独做金咪,不同厂家金咪不可通用,以免引起灵敏度差异。数字麦克风如果采用 DA 转换方式测试灵敏度,则不同 DA 转换板之间会有差异,建议与客户系统进行对标。

关键词:麦克风

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