MIC传声器简介ppt课件.pptx

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1、MIC（传声器）知识简介结构专题,02,目录：MIC定义MIC的分类及介绍驻极体电容传声器（ECM）专题 3.1 工作原理 3.2 结构图 3.3 分类及特点 3.4 常用规格尺寸4. 数字式（MEMS）微型硅麦专题 4.1 工作原理 4.2 结构图 4.3 优点 4.4 常用型号及尺寸5. MIC相关性能指标参数6. MIC结构设计及注意事项7. MIC未来发展趋势,03,MIC是传声器的简称，英文书写为“Microphone”,又称话筒。北方俗称“麦克风”，南方俗称“咪头”或“咪”，也有地方称呼“咪胆”。 传声器是一个声-电转换器件（也可以称为换能器或传感器），是和喇叭正好相反的一个器件（

2、电声）。是声音设备的两个终端，传声器是输入，喇叭是输出。,1. MIC的定义,02,本节说讲的MIC分类实际是指传声器的分类。从工作原理，可分为： 炭精粒式，动圈式，电容式，压电式，微机电（MEMS）新型MIC。 电容式传声器又分为：声频电容传声器，驻极体电容传声器。 （驻极体为手机中主要应用的传声器，以下章节主要讲述此种传声器）从传声器的方向性，可分为： 全向，单向，双向（又称为消噪式）从极化方式，可分为： 振膜式,背极式,前极式（在驻极体MIC中会有介绍）从对外连接方式，可分为： 普通焊点式：L型 带PIN脚式： P型 同心圆式： S型,2. MIC的分类,02,2.1.1碳精MIC,碳精

3、麦克风（Carbon Microphone）作为旧式电话机的碳精话筒而曾大量使用。现今少用。故在此不作详细阐述。,2.1.2 动圈式传声器,动圈式麦克风（Dynamic Microphone）基本的构造包含线圈、振膜、永久磁铁三部份。当声波进入麦克风，振膜受到声波的压力而产生振动，与振膜连接在一起的线圈则开始在磁场中移动，根据法拉第定律以及楞次定律，线圈会产生感应电流。动圈式麦克风因为含有线圈和磁铁，不像电容式麦克风轻便，灵敏度较低，高低频响应表现较差。优点是价格较便宜，声音较为柔润，适合用来收录人声。,2.1.3 动圈式传声器,电容式麦克风（Condenser Microphone） 并没有

4、线圈及磁铁，靠着电容两片隔板间距离的改变来产生电压变化。当声波进入麦克风，振动膜产生振动，因为基板是固定的，使得振动膜和基板之间的距离会随着振动而改变，根据电容的特性C=S/L (S是隔板面积，L为隔板距离)。当两块隔板距离发生变化时，电容值C会产生改变。再经由C=Q/V (Q为电量，在电容式麦克风中会维持一个定值)可知，当C改变时，就会造成电压V的改变。,对于驻极体MIC和MEMS微机电MIC以下内容会做阐述，这里暂不做介绍。,2. MIC的分类,02,2.2.1 全向型MIC,全向型MIC使用在声源与MIC之间无固定方向的情况以及要求MIC在各个方向上所接受的灵敏度都相同的情况，只要在MI

5、C的音孔前外壳上开一个孔就可以了。手机多为全向型。 全向麦克风的灵敏度在相同的距离下，在任何方向上相等。它的结构是PCB上全部密封，因此，声压只有从MIC的音孔进入，因此是属于压强型传声器。下面给出全向型麦克风的频响和极性图,全向型MIC极性图,2. MIC的分类,02,2.2.2 单向型MIC,单向MIC使用在声源与MIC之间有固定方向的情况下，要求MIC在各个方向上所接受的灵敏度不相同的情况下，声源与MIC之间的夹角为0时MIC的灵敏度最高，180时最低，这时必须在MIC的音孔前后，外壳上各开一个孔就可以了。 单向MIC 具有方向性，如果MIC的音孔正对声源时为0度,那么在0度时灵敏度最高

6、,180度时灵敏度最低，在全方位上呈心型图。单向MIC的结构与全向MIC不同，它是在PCB上开有一些孔，声音可以从音孔和PCB的开孔进入，而且MIC的内部还装有吸音材料，因此是介于压强和压差之间的MIC。下面给出单向型麦克风的频响和极性图：下面给出全向型麦克风的频响和极性图,单向型MIC极性图,2. MIC的分类,02,2.2.3 双向型MIC（消噪型）,双向MIC（消噪型）使用在声源与MIC之间有固定方向的情况下，要求MIC在各个方向上所接受的灵敏度不相同的情况下，声源与MIC之间的夹角为0和180时MIC的灵敏度最高，90和270时最低，这时必须在MIC的音孔前后，外壳上各开一个孔就可以了

7、。 双向MIC是属于压差式MIC，它与单向MIC不同之处在于内部没有吸音材料，它的方向型图是一个8字型：下面给出单向型麦克风的频响和极性图：,双向型MIC极性图,在其它条件相同的情况下全向MIC的灵敏度最高，单向MIC的灵敏度较低，大约比全向MIC低大约68dB，而降噪MIC的灵敏度最低，大约比全向MIC低大约10-12dB左右。,2. MIC的分类,02,2.4.1 普通焊点式,普通焊点式：L型有导线式和软板式,2.4.2 带PIN脚式,带PIN脚式： P型插针式，不能SMT,2.4.3 同心圆式,同心圆式： S型振膜为二氧化硅，可SMT,2. MIC的分类,02,3. 驻极体电容MIC,驻

8、极体：能长久保持电极化状态的电介质。这种电介质一般是高分子聚合物。例如：聚丙烯、聚四氟乙烯等。在高温和高压的作用下使振膜极化，让电荷永久性地存贮在驻极体材料之内形成所谓的的“镶嵌”电荷。工作原理： 根据静电学原理，对于平行板电容器，有如下的关系式：C=S/L 。为介电常数，S为两个极板的面积，L为两个极板之间的距离。另外，当一个电容器充有Q量的电荷（即驻极体上储存的永久电荷），那麽电容器两个极板要形成一定的电压，有如下关系式：C=Q/V。对于一个驻极体传声器，振膜在声压的作用下产生振动，改变L值，从而改变电容，再进而改变电压值。这样初步完成了一个由声信号到电信号的转换。由于这个信号非常微弱，内

9、阻非常高，不能直接使用，因此还要进行阻抗变换和放大。,3.1 驻极体电容MIC工作原理,驻极体电容MIC 又叫ECM，英文Electric Condenser Microphone的缩写,02,3. 驻极体电容MIC,3.2 驻极体电容MIC结构图,1、外壳,2、垫片,3、支撑座,4、背极,5、PCB,6、FET,7、电容,8、电容,9、绷膜环（振膜）,10、铜环,11、无防布,12、声孔,13、后声腔,14、前声腔,背极和振膜分别为可变电容的两极,02,3. 驻极体电容MIC,3.3 驻极体电容的分类,驻极体电容传声器（ECM）分类：,振膜式 (Foil),背极式 (Back),前极式 (F

10、ront),当然也可按照方向分为全向型，单向型和双向（消噪）型，前面已做介绍。以下不再介绍。,02,3. 驻极体电容MIC,3.3.1 振膜式ECM,振膜式ECM特点：驻极体和振动膜合二为一。,振膜式ECM静态原理示意图,振膜式工作动态原理图,C=S/LC=Q/E振膜振动，L变化，C进而变化，Q一定，E(电压)进而变化：E=Q/C,02,3. 驻极体电容MIC,3.3.1 背极式ECM,背极式ECM特点：驻极体与极板合二为一。,振膜式ECM静态原理示意图,振膜式工作动态原理图,C=S/LC=Q/V振膜振动，L变化，C进而变化，Q一定，V进而变化：V=Q/C,02,3. 驻极体电容MIC,3.4

11、 常用规格及尺寸,插针式,02,3. 驻极体电容MIC,3.4 常用规格及尺寸,引线式（常用线长：8,12,已有料号的也有7,9,10，13,15） 也有FPC形式的，外形尺寸一样，只是引线的区别。,02,3. 驻极体电容MIC,3.4 常用规格及尺寸,SMT同心圆式,板端布线图,SMT型,02,3. 驻极体电容MIC,3.4 常用规格及尺寸,SMT同心圆式,板端布线图,02,4. 微机电（MEMS）MIC,微机电麦克风（MEMS Microphone）指使用微机电（MEMS，MicroElectrical-Mechanical System）技术做成的麦克风，也称麦克风芯片（micropho

12、ne chip）或硅麦克风（silicon microphone）。 微机电麦克风的压力感应膜是以微机电技术直接蚀刻在硅芯片上，此集成电路芯片通常也整合入一些相关电路，如前置放大器。 大多数微机电麦克风的设计，在基本原理上是属于电容式麦克风的一种变型。 微机电麦克风也常内建类比数位转换器，直接输出数位讯号，成为数位式麦克风，以利与现今的数位电路连接，可简化电路设计。驻极体MIC输出的为模拟信号。,4.1 微机电（MEMS）MIC工作原理,02,4. 微机电（MEMS）MIC,4.2 微机电（MEMS）MIC结构图,1,2,3,6,7,8,5,4,02,4. 微机电（MEMS）MIC,4.3 微

13、机电（MEMS）MIC板端线路图,Acoustic port hole,L,W,H,4,2,1,3,PIN# FUNCTION1.OUTPUT, 2.NO CONNECTION3.GROUND, 4.POWER,02,4. 微机电（MEMS）MIC,4.3 微机电（MEMS）MIC 优点,优点：1. 结构简单，体积小.2. 耐高温,便于SMT安装.4. 灵活的设计应用.5. 兼容数字化发展.6. 自动化程度高.7. 稳定性好，适合大批量生产.,传统驻极体麦克风配件结构图,硅麦克风配件结构图,02,4. 微机电（MEMS）MIC,4.4 常用规格及尺寸（AAC为例）,02,5. MIC相关性能指

14、标,MIC的主要性能指标： 消耗电流： 即工作电流，需求100AIDS500A 灵敏度： 单位声压强下所能产生电压大小的能力。单位：V/Pa或dBV/Pa 频率响应： 在振幅允许的范围内音响系统能够重放的频率范围，以及在此范围内 信号的变化量称为频率响应，也叫频率特性，单位为dB。 输出阻抗： 基本相当于负载电阻RL-30%之间，如果输出阻抗大于输入阻抗将导致声音失真。 方向性： 即全向，单向，及双向(降噪)MIC的频响曲线及容差特性。 频率范围： 全向： 50-12000Hz 20-16000Hz 单向：100-12000Hz 100-16000Hz 消噪：100-10000Hz 最大声压级

15、: 是指MIC的失真在3%时的声压级,声压级定义:20pa=0dBSPL MaxSPL为115dBSPLA SPL声压级 A为A计权 S/N信噪比： 即MIC的灵敏度与在相同条件下传声器本身的噪声之比，噪声主要是FET本身的噪声。,02,6. MIC结构设计及注意事项,6.1.1 MIC的失效啸叫,介绍MIC结构设计之前先介绍MIC两种常见的失效-啸叫与回声啸叫与回声产生原因比较相似，但不一样。,啸叫具体表现为听筒中发出很尖锐的噪声，就如去KTV时，话筒对着音响，话筒产生的尖锐的噪声。产生的原因主要如下： 本方手机软件上sidetone 的调节问题，导致MIC的部分音频信号传 到了听筒。Sid

16、etone的软件是手机模拟通话的一种测试功能，即声音 通过本机的话筒传到本机的听筒。 通话时，外部音频器件（听筒或免提时喇叭）发出的声音再次或多 次放大后进入MIC 经过攻放电路再次反复的放大而形成啸叫。（原理） 两部手机在非常近的状态下通话，声音相互干扰MIC也会造成啸叫。 MIC没密封好，声音在机壳内回援后，先后多次进入MIC 在现在设计中，sidetone至少出货到终端是关闭功能的，而其他情况基本不会发生，所以在客户端基本不会发生啸叫的情况。回声问题才是客诉的关键问题。,02,6. MIC结构设计及注意事项,6.1.2 MIC的失效回声,回声的主要表现为通话时，若对方手机MIC设计有问题

17、，声音会回传，而导致能听到自己的声音听到多次的对方声音。和啸叫的原因差不多，根本原因是声音再次或多次的进入MIC而产生的。以下几种现象会发生回声：硬件问题： 选用MIC的灵敏度过高，外界稍微进入声音就能使MIC工作。这个挺重要 运营商的网络问题，手机的部分上行信号在网络上有变为下行信号！ 本方手机软件上sidetone 的调节问题，导致MIC的部分音频信号传到了听筒。 电路设计对MIC存在电磁干扰源结构问题： MIC没密封好，声音在机壳内回援后，先后多次进入MIC RECEIVER 出音孔方向和 MIC进音方向在同一平面，且彼此没隔离好，RECEIVER的 声音进 入MIC。 免提时喇叭的声音

18、进入MIC ：MIC和喇叭均没密封好，且距离也较近，喇叭声音通 过机壳，振动等回援进入MIC; 喇叭出音方向与MIC在同一方向。对讲机较多。综合以上，结构上需做到： MIC与RECEIVER或喇叭的出音方向尽量不要再同一平面，尤其是喇叭。 MIC要尽量远离RECEIVER和喇叭。 MIC,RECEVIER,喇叭的密封相当重要,02,6. MIC结构设计及注意事项,6.2 前音腔的密封,通过以上MIC失效分析，我们知道MIC密封很重要。MIC密封一般为用泡棉以一定的压缩量来保证充分的密封，压缩量建议在0.2-0.3mm。泡棉中等硬度或以上。MIC的两面均可作为密封面，不建议用侧面密封。,底部有泡

19、棉干涉密封，正面直接出音，效果最为理想,MIC直接与机壳零配合，无泡棉干涉密封，不能达到密封需求。性能不佳，有机壳回援回声风险。,底部有泡棉干涉密封，但为直接出音，和不密封效果一样，性能不佳，有机壳回援回声,02,6. MIC结构设计及注意事项,6.3 前音腔不允许有音腔容积,前音腔不允许有音腔容积，因为前音腔会对声音产生谐振，即对一些频率的声音产生共振，进而改变MIC的频率响应特性,效果最好，无谐振腔,效果不好，有谐振腔,效果不好，有谐振腔,02,6. MIC结构设计及注意事项,6.4 设计参考值,尽量不要再按键上开MIC进音孔。不密封会有回声。密封会影响按键手感。另外MIC开孔不能再两侧，

20、手握会盖住进音孔。,MIC话音传入孔以1mm圆孔居多，开孔过大不美观；开孔过小，会影响MIC的灵敏度。如孔形以其他形式设计，注意其面积与1mm圆孔的面积相当。,02,6. MIC结构设计及注意事项,6.4 设计参考值,L1 0.3mm,GAP 0.3mm,L2 6mm,1.对于插针式或SMT的MIC，MIC距离半边L1大于0.3mm，防止跌落撞坏,2.MIC声音通道的长度L2以1mm圆孔通道面积算应该小于6mm。3.对于插针或SMT的MIC，MIC与MIC定位结构间隙0.5mm,02,6. MIC结构设计及注意事项,6.4 设计参考值,ITF=0.2-0.3mm,GAP =0.1mm,对于引线

21、式或FPC的MIC引线或FPC长度应多预留大于1.0mm， 以防跌落扯断 对于引线式或FPC的MIC ，MIC与MIC定位结构间隙GAP为0.1mm MIC的密封泡棉干涉量ITF为0.2-0.3mm，若为RUBBER，建议为 小肋骨结构，干涉量为0.1mm,02,6. MIC结构设计及注意事项,6.5 MIC的延展内容,MIC的焊接，对于L型和P型MIC的焊接，因为MIC的体积小，而且它的关键 零件是塑料薄膜，耐热能力较差，因此在焊接时要特别的小心，最好在可 能的情况下加散热器，详见产品规格书。建议电烙铁温度为9.7的 32010，6的30010，每个焊接时间不大于2秒。 生产线要有良好的防静

22、电措施；电烙铁要有良好接地，最好用专用地线。 关于S型MIC与导电胶套的连接，因为MIC与PCB 连接是通过导电胶套连接 的，它们就有一个压力，接触电阻，和胶套压缩量之间的关系，胶套的压 缩量大约在0。20。3毫米之间，这时MIC的压力大约是58N,接触电阻应 小于0。1，所以在结构设计是应注意到这一点。 MIC在使用设计时要注意MIC的极性，电源的正极接MIC的D,电源的地接 MIC的S极。,02,7. MIC未来发展趋势,MIC未来发展趋势：小型化 微型化 主要为一些小型设备用,市场上有MIC41.1的MIC低噪声型，主要为一些要求低噪声的设备使用,如助听器及低噪声要求的低功耗型，要求工作电流50A的,主要为电池供电的设备使用高灵敏度的，带有IC放大功能的数字化，传声器内部带有A/D转换功能的数字化输出二氧化硅传声器，可以耐波峰焊和回流焊的传声器 ,目前所有的MIC都不能耐 高温的,因此都不能耐波峰焊和回流焊,主要是MIC内部含有塑料膜不耐高温.,