Micrófonos ECM vs. MEMS: ¿Nuevo significa mejor?

Los micrófonos ECM y MEMS tienen sus fortalezas y debilidades, por lo que los diseñadores deben conocer ambas tecnologías:

No hace mucho, es posible que hayas visto a alguien hablando con un refrigerador o un horno eléctrico y te preguntaste si estaba trabajando duro y probablemente necesitaba unas vacaciones. Lo creas o no, esto se está convirtiendo rápidamente en un fenómeno cotidiano y ya no se cuestiona ni irrita una apariencia extraña. La voz se está convirtiendo rápidamente en la interfaz elegida por los usuarios para controlar la proliferación de dispositivos IoT en nuestra vida diaria. Por esta razón, la elección del micrófono se está convirtiendo en una importante consideración de diseño para estos y otros dispositivos electrónicos.

En este artículo, veremos dos de las tecnologías de micrófonos más comunes: los sistemas microelectromecánicos (MEMS) y los micrófonos de condensador de electreto (ECM) (Figura 1). Antes de considerar qué buscar al elegirlos en diferentes aplicaciones, expliquemos brevemente sus principios de funcionamiento y consideremos sus beneficios relativos.

Figura 1: MEMS y ECM (Imagen: dispositivo CUI)

¿Qué es un micrófono MEMS?

MEMS es un término utilizado para describir componentes y sistemas altamente miniaturizados que se colocan en troqueles creados mediante procesos de fabricación de semiconductores. Esto hace que el micrófono MEMS sea lo suficientemente pequeño para montarlo en una placa de circuito impreso (PCB), como se muestra en la figura. Figura 2..

Este micrófono MEMS de “puerto superior” consta de una carcasa protectora de metal con un pequeño orificio que permite que el sonido viaje a través de la carcasa. En la versión de “puerto inferior”, el sonido viaja desde abajo a través de los orificios de la placa de circuito impreso hasta la caja.

¿Cómo funcionan los micrófonos MEMS?

Un micrófono MEMS Incluye un transductor que convierte el sonido en energía eléctrica. El transductor consta de un diafragma que está configurado para actuar como un condensador que almacena voltaje. Las ondas de sonido transmitidas al recinto hacen vibrar el diafragma y cambian el voltaje almacenado en el capacitor. Esta pequeña señal eléctrica variable se detecta y se envía al preamplificador de audio, lo suficientemente grande para un procesamiento analógico adicional (figura 3) O un convertidor de analógico a digital (ADC) para convertir a formato digital, el amplificador y el ADC generalmente se encuentran en un troquel separado del transductor.

La modulación de densidad de pulso (PDM) es un método de codificación comúnmente utilizado para transmitir audio digital porque solo necesita transmitir la señal del reloj junto con el flujo de datos de audio.Figura 4).

En otras versiones de MEMS, la señal de audio se filtra y procesa directamente dentro de la carcasa del micrófono utilizando un filtro de diezmado para que pueda conectarse directamente a un procesador de señal digital (DSP) o microprocesador. Este esquema de codificación de audio digital llamado I²S a menudo elimina la necesidad de ADC o códecs.

¿Cuáles son las ventajas de los micrófonos MEMS?

MEMS es una nueva tecnología de fabricación que permite fabricar circuitos analógicos y digitales adicionales (como preamplificadores) y colocarlos en el mismo paquete que los transductores de micrófono. Esto tiene varias ventajas.

En primer lugar, los elementos del circuito colocados uno cerca del otro presentan características de rendimiento muy parecidas, como la estabilidad de la temperatura. Esta es una especificación importante para las aplicaciones que usan arreglos. En segundo lugar, el empaque más pequeño de los micrófonos MEMS es más fácil de manejar con los montadores de PCB de “elegir y colocar”, mientras que requiere menos espacio en la placa, lo que en última instancia genera ahorros en los costos de fabricación.

Aparte de esto, los micrófonos MEMS digitales son inherentemente tolerantes al ruido, pero los micrófonos MEMS analógicos tienen la ventaja de una baja impedancia de salida, lo que los hace menos susceptibles a interferencias de ruido eléctrico no deseado. Los micrófonos MEMS también son altamente resistentes a las vibraciones mecánicas externas y los cambios de temperatura extremos causados ​​por el reflujo de soldadura durante la fabricación de PCB.

¿Qué es ECM?

El ECM del 路 funciona con el mismo principio que un micrófono MEMS, pero con una estructura diferente. Consiste en un diafragma de electreto separado de la placa captadora por un dieléctrico de entrehierro, que juntos actúan como un condensador de carga de almacenamiento fijo (Figura 5).

Cómo ¿Funciona el ECM?

Las ondas de sonido hacen vibrar el diafragma de electreto, cambiando así su capacitancia (°C). Dado que la carga almacenada (Q) es fija, el voltaje a través del capacitor debe cambiar en respuesta a la vibración del diafragma de acuerdo con la ecuación 螖V = Q / 螖C (螖V). Así es como el sonido se convierte en energía eléctrica. La señal de voltaje es una resistencia de carga externa y un capacitor de bloqueo de CC (Figura 6).

¿Cuáles son los beneficios de ECM?

Los ECM se pueden conectar a los circuitos de aplicación de varias maneras, lo que brinda a los diseñadores de sistemas una gran flexibilidad. Las opciones de conexión incluyen cables, pines, almohadillas de soldadura, SMT y contactos de resorte. Aunque físicamente más grandes que los micrófonos MEMS en la mayoría de los casos, este inconveniente percibido en realidad proporciona una de las principales ventajas del rendimiento en presencia de humedad ambiental y polvo.

Como resultado, ECM es más alta que la clasificación de protección contra intrusiones (IP) habitual desde un micrófono MEMS. También opera en una amplia gama de voltajes, lo que es ventajoso para aplicaciones donde la fuente de alimentación está mal ajustada.

¿Debo elegir MEMS o ECM?

Los micrófonos MEMS son cada vez más populares debido a su pequeño tamaño, resistencia al ruido eléctrico y robustez mecánica. Sin embargo, esto no significa que sean prácticamente la mejor opción para todas las aplicaciones. Muchas aplicaciones heredadas pueden beneficiarse de simples cambios o actualizaciones del ECM actual. La naturaleza esencial de ECM, además de su excelente clasificación IP para el rendimiento en entornos hostiles, lo hace ideal para aplicaciones que se benefician de la cancelación de ruido o la unidireccionalidad.

Es posible que tenga restricciones de espacio particularmente estrechas en su diseño (teléfonos inteligentes, dispositivos portátiles, implantes de audífonos, etc.) o que necesite distribuir varios micrófonos entre los elementos del dispositivo (como auriculares VR). En ese caso, MEMS puede ser una mejor opción.

Por el contrario, si las mejoras de rendimiento o la resiliencia a condiciones operativas difíciles son prioridades, entonces ECM puede resultar ser una mejor ruta. Por lo tanto, los equipos de audio profesionales, los asistentes domésticos de control de voz, los sistemas de reconocimiento de voz y otras aplicaciones continúan dependiendo de estos dispositivos.

Puede tomar la mejor decisión contratando a una empresa que tenga un conocimiento completo de las características y los beneficios de los micrófonos ECM y MEMS.

Sobre el Autor:

Ryan Smoot tiene un amplio conocimiento de los productos de dispositivos CUI y brinda a los clientes una amplia gama de capacidades de soporte técnico y de aplicaciones en esta área. La gestión de la sólida biblioteca de modelos CAD de su dispositivo CUI proporciona a los ingenieros valiosos recursos adicionales para optimizar el diseño del producto. Ryan disfruta correr, estar al aire libre y pasar tiempo con su esposa y sus dos hijos cuando no está ayudando a sus clientes.

Para más información CUI Inc

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