MIC传声器简介.ppt

SHANGHAI HUAQIN TELECOM TECHNOLOGY CO.,LTD,SHANGHAI HUAQIN TELECOM TECHNOLOGY CO.,LTD,SHANGHAI HUAQIN TELECOM TECHNOLOGY CO.,LTD,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（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,MIC,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,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。,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(,Front),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/L,C=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/L,C=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,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（,microphone 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,序号,名称,1,Cover,2,Housing,3,Wire bonding,4,PC Board,5,Capacitor 10pF,6,Capacitor 33pF,7,ASIC,8,MEMS Die,1,2,3,6,7,8,5,4,02,4.,微机电（,MEMS,）,MIC,4.3,微机电（,MEMS,）,MIC,板端线路图,Acoustic port hole,L,W,H,4,2,1,3,PIN#FUNCTION,1.OUTPUT,2.NO CONNECTION,3.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）,P,/N,Figure,Dimensions mm,Sensitivity,dB,(,V,s,=,2.0,V),SM0102,3.76,(W)x,6.15,(L)x,1.45,(H),不常用,-,42+/-4,*SM0103,3.7,6(W)x,4.72,(L)x,1.45,(H),-,42+/-4,*SM0104,3.7,6(W)x,4.72,(L)x,1.45,(H),-,38+/-4,02,5.MIC,相关性能指标,MIC,的主要性能指标：,消耗电流：,即工作电流，需求,100AI,DS,500A,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,R,L,-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,:,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。,Sidetone,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，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，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,。,2,0,。,3,毫米之间，这时,MIC,的压力大约是,5,8N,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,.,