CMOS硅咪头原理与电容式微咪头原理

CMOS 硅咪头原理与电容式微咪头原理

CMOS 硅咪头原理

随着 智能手机 的兴起，对于声音品质和轻薄短小的需求越来越受到大家的重视，近年来广泛应用的 噪声抑 制及回声消除 技术均是为了提高声音的品质。

相比于传统的 驻极体 式咪头 (ECM )，电容式微机电 咪头 采用硅半导体材料制作，这便于集成模拟放大电路及 ADC( ∑-? ADC) 电路，实现模拟或数字微机电咪头 元件， 以及制造微型化元件，非常适合应用于轻薄短小的便携式装置。

电容式微咪头原理

MEMS 微咪头是一种微型的传感器。其原理是利用声音变化产生的力梯度使电容式微咪头的声学振 膜受声压干扰而产生形变，进而改变学振膜与硅背极板之间的电容值。

该电容值的变化由电容电压转换 电路转化为电压值的输出变化， MEMS 传感器产生得到电压放大输出， 从而将声压信号 转化成电压信号。在此必须采用一个高阻抗的电阻为 MEMS 传感器提供一个偏置电压 VPP ，借以在 MEM S 传感器上产生固定电荷， 最后的输出电压将与 VPP 及振膜的形变 ? d 成正比。

振膜的形变与其刚性有关， 刚性越低则形变越大;另一方面，输出电压与 d(气隙 )成反比，因此气隙越低，则输出电压及灵敏度越优， 但这都将受限于 MEMS 传感器的吸合电压，也就是受限于 MEMS 传感器静电场的最大极限值

​

CMOS 微机电咪头电路设计

在 CMOS 微咪头设计中，电路是一个非常重要的环节，它将影响到微咪头的操作、感测，以及系统的 灵敏度。

驻极式电容微咪头的感应电荷由驻极体材料本身提供的驻极电荷所产生，而凝缩 式电容微咪头则是采用从 CMOS 的操作电压中抽取一个偏置电压， 再通过一个高阻抗电阻提供给微麦克 风的声学振膜来提供固定的电荷源。

此时，若声学振膜受到声压驱动而产生位移变化，则电极板 的电压将会发生变化。最后，通过电路放大器将信号放大，则可实现模拟咪头的电路设计;

如果再加上 一个 ∑-? ADC 模数转换电路， 便可完成数字咪头的电路设计 (一般数字咪头的输出信号为 1 比特 PDM 输出 )。从微机电咪头的制造来看，就目前的技术层面而言，集成 CMOS 电路的 MEMS 元件可分为三种。

工艺：先制作 MEMS 结构，再制作 CMOS 元件; Intra-CMOS MEMS

工艺： CMOS 与 M EMS 元件工艺混合制造; Post-CMOS MEMS

工艺：先实现 CMOS 元件，再进行 MEMS 结构制造。

一般 而言，前两种方法无法在传统的晶圆厂进行， 而 Post-CMOS MEMS 则可以在半导体晶圆代工厂进行生产。

Post-CMOS MEMS 的制造方式。在 Post-CMOS MEMS 工艺中需特注意，不能让额外的 热处理或高温工艺影响到 CMOS 组件的物理特性及 MEMS 的应力状态，以免影响到振膜的初始应力。