چگونه می توان سطح صدا را بر اساس MEMS طراحی کرد؟

چگونه می توان سطح صدا را بر اساس MEMS طراحی کرد؟

MEMS سیستم‌های میکروالکترومکانیکی هستند که با استفاده از همان مواد (معمولاً سیلیکون) و تکنیک‌های اچینگ مورد استفاده برای ساخت مدارهای میکروالکترونیکی ساخته می‌شوند. این تکنیک‌ها می‌توانند ساختارهای ریزمقیاس و نانومقیاس را با دقت و قابلیت تکرارپذیری بالا بسازند. میکروفون های MEMS بسیار کوچک اما بسیار حساس هستند (کف نویز معمولاً بهتر از 30dBA است). بسیاری از میکروفون های MEMS تراشه های تقویت کننده و نمونه برداری دیجیتال را در سطح دستگاه (حتی سطح تراشه) یکپارچه می کنند، در نتیجه به طور مستقیم سیگنال های دیجیتال را ارائه می دهند و هزینه سایر قسمت های سیستم یا ابزار را کاهش می دهند. علاوه بر این، ادغام مستقیم مدارهای آنالوگ به دیجیتال در سطح دستگاه، نویز الکترومغناطیسی متصل به خطوط ورودی آنالوگ را در طرح‌های معمولی حذف می‌کند.

میکروفون‌های MEMS با استفاده از فرآیند میکرواچینگ کاملاً کنترل‌شده تولید می‌شوند، بنابراین ویژگی‌های فردی هر میکروفون MEMS بسیار سازگار است. آنها بسیار خطی هستند (0.1 درصد اعوجاج هارمونیک کل (HD) یا بهتر در 1kHz/94dB SPL) و دامنه دینامیکی وسیعی دارند (معمولاً بهتر از 30dBA تا 120dBA). علاوه بر این، میکروفن های MEMS حساسیت کمی به تغییرات دما دارند و به همین ترتیب، دیافراگم میکروفون آنها به قدری کوچک و نازک است که بیش از 10 برابر کمتر از میکروفون های الکترواستاتیک به لرزش حساس هستند. علاوه بر این، میکروفون های MEMS به طور گسترده در بازار لوازم الکترونیکی مصرفی موجود هستند، بنابراین بسیار ارزان هستند. حساسیت آنها در طول زمان بسیار پایدار می ماند و معمولاً برای ماندن در مشخصات نوع I نیازی به کالیبراسیون مجدد ندارد.

این مزایا میکروفون های MEMS را برای طراحی ایده آل می کند. البته، میکروفون های MEMS اگر بخواهند یک صداسنج کارآمد طراحی کنند، کاستی هایی دارند که باید جبران کنند.

از آنجایی که میکروفون‌های MEMS سیگنال‌های دیجیتالی را در سطح دستگاه ارائه می‌کنند، نمی‌توان حفره حساس به فشار را از مدار خارج کرد و پیوند آنالوگ را به صورت مجزا آزمایش کرد. تمام استانداردهای مربوطه برای سطح سنج صدا در دهه 1970 نوشته شد و فرض بر این بود که طراحی سطح صدا شامل یک حفره میکروفون منفرد است که یک زنجیره پردازش آنالوگ یا یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) و به دنبال آن یک زنجیره پردازش دیجیتال را هدایت می کند. این امر مستلزم استفاده از سیگنال های الکتریکی به جای میکروفون برای تست سطح سنج صدا است. از سوی دیگر، میکروفون‌های MEMS، تبدیل آنالوگ به دیجیتال را در سطح دستگاه تکمیل می‌کنند، به این معنی که حتی اگر یک سطح سنج صدا ممکن است عملکرد مورد نیاز برای مطابقت با استاندارد را داشته باشد، نمی‌توان آن را با استفاده از روش‌های مشخص شده در زیر آزمایش کرد. آن استاندارد

با توجه به ابعاد بسیار کوچک ساختارهای سیلیکونی میکروفون های MEMS، حتی ذرات ریز گرد و غبار نیز می توانند به راحتی وارد حفره میکروفون شده و به آنها آسیب برسانند. تنش های استاتیکی و دینامیکی بسیار بالا (معمولاً بالای 160 dB-SPL) نیز می تواند باعث آسیب به این ساختارهای کوچک سیلیکونی شود.

میکروفون های MEMS معمولاً دارای رزونانس های واضحی در محدوده 10 کیلوهرتز تا 20 کیلوهرتز هستند. تصحیح این رزونانس مورد نیاز است تا پاسخ فرکانسی تراز سنج صدا در محدوده استاندارد مناسب قرار گیرد.