Ваш город: Москва
+7 (495) 221-78-04
+7 (812) 327-327-1
Терраэлектроника

Водонепроницаемый. Пьезоэлектрический. Миниатюрный. МЭМС-микрофон VM1000 от Vesper

Разработчики уже более 20 лет используют МЭМС-микрофоны в самых разных электронных устройствах: камерах, телефонах, смартфонах, ноутбуках, планшетах и т. д. Причины такой популярности достаточно очевидны: миниатюрность, малое потребление и низкая стоимость. Однако есть у МЭМС-микрофонов и слабые места. Одним из главных их недостатков является низкая устойчивость к воздействию пыли и влаги. Компания Vesper смогла решить эту проблему за счет использования принципиально новой пьезоэлектрической структуры. Новые МЭМС-микрофоны VM1000 обладают рейтингом защиты IP68 и даже способны выдерживать погружение на глубину до 15 метров.

VM1000 – пьезоэлектрический МЭМС-микрофон с рейтингом пылевлагозащиты IP68

Рис. 1. VM1000 – пьезоэлектрический МЭМС-микрофон с рейтингом пылевлагозащиты IP68

Современные МЭМС-микрофоны отличаются минимальным потреблением, высокой чувствительностью и малыми габаритами. Всего этого удалось достичь за счет применения самых совершенных кремниевых технологий. Тем не менее, не смотря на современный внешний вид, по принципу действия МЭМС-микрофоны абсолютно не отличаются от своих предков – мембранных емкостных микрофонов, которые используются уже более ста лет.

Традиционный емкостной МЭМС-микрофон представляет собой воздушный конденсатор, в качестве одной из обкладок которого выступает жесткое основание (рис. 2). Вторая обкладка имеет вид подвижной мембраны, выращиваемой с помощью МЭМС-технологий.

Конструкция традиционного емкостного МЭМС-микрофона

Рис. 2. Конструкция традиционного емкостного МЭМС-микрофона

При воздействии звуковых волн мембрана колеблется, вследствие чего емкость системы изменяется (рис. 3). Как видно, такая конструкция подразумевает ограниченную деформацию мембраны во время колебаний. С одной стороны, это вызвано ограничением гибкости самой структуры. С другой стороны, воздух, проникая под мембрану, создает дополнительное давление, тем самым противодействуя внешним звуковым волнам. Ограничение колебаний приводит к двум негативным последствием: к снижению чувствительности и к низкой устойчивости к воздействию пыли и влаги.

Принцип работы многослойного емкостного МЭМС-микрофона

Рис. 3. Принцип работы многослойного емкостного МЭМС-микрофона

Использование многослойной структуры с воздушными зазорами также приводит к снижению защиты от пыли и влаги (рис. 3). В течение эксплуатации пространство между неподвижной частью и мембраной забивается пылью, что блокирует колебания. При попадании влаги дело обстоит еще хуже. Пока вода находится в микрофоне, движение мембраны затруднено. При высыхании жидкости начинают действовать силы натяжения, которые деформируют мембрану и притягивают ее к неподвижному основанию. Это может растянуть или даже вывести ее из строя.

Причины поломки многослойных емкостных МЭМС-микрофонов

Рис. 4. Причины поломки многослойных емкостных МЭМС-микрофонов

Чтобы сохранить работоспособность емкостного МЭМС-датчика традиционного микрофона, приходится идти на ухищрения и создавать различные защитные покрытия и слои. Как результат — чувствительность неизбежно падает, а стоимость изготовления возрастает.

Компания Vesper предлагает свое решение перечисленных проблем в виде принципиально новой пьезоэлектрической конструкции микрофона (рис. 5). В ней роль мембраны выполняют четыре треугольных пьезоэлектрических лепестка, образующих квадрат. При этом каждый из лепестков закреплен только одной стороной, а другие стороны могут свободно перемещаться.

Структура пьезоэлектрического МЭМС-микрофона от Vesper

Рис. 5. Структура пьезоэлектрического МЭМС-микрофона от Vesper

Действие звуковых волн вызывает перемещение пьезоэлектрических лепестков, из-за чего возникает деформация, которая напрямую преобразуется в электрический сигнал (рис. 6). Не сложно заметить, что предложенная конструкция оказывается однослойной, так как нет необходимости иметь жесткую обкладку, как в традиционном емкостном МЭМС-микрофоне.

Принцип работы пьезоэлектрического МЭМС-микрофона

Рис. 6. Принцип работы пьезоэлектрического МЭМС-микрофона

Однослойная структура дает несколько преимуществ. Во-первых, в ней отсутствует эффект противодействия звуковой волне, наблюдаемый в емкостном микрофоне при попадании воздуха в полость между обкладками, что позволяет пьезоэлектрическим МЭМС-микрофонам достигать очень высокой звуковой чувствительности. Во-вторых, такая конструкция имеет высокую защиту от воздействия пыли и влаги (рис. 7). Даже если грязь начнет скапливаться на лепестках, они, тем не менее, будут колебаться, а не заклинят. Первый серийный образец МЭМС-микрофона VM1000 от Vesper имеет уровень пыле- и влагозащиты IP68. По заявлениям разработчиков он способен в течение семи дней выдерживать погружение до 15 метров в соленую или мыльную воду.

Накопление грязи и влаги не приводят к неисправности пьезоэлектрических МЭМС-микрофонов

Рис. 7. Накопление грязи и влаги не приводят к неисправности пьезоэлектрических МЭМС-микрофонов

VM1000 — первый в мире пьезоэлектрический МЭМС-микрофон. Этот датчик кроме непосредственно акустического сенсора включает в себя цепи нормирования и выходные буферы (рис. 8). Таким образом, VM1000 предоставляет пользователю готовый аналоговый сигнал для последующей обработки силами цифрового сигнального процессора или микроконтроллера. Чувствительность VM1000 составляет -32 дБ, гармонические искажения 0,1%, а соотношение сигнал-шум SNR64 дБ.

Увеличенное изображение пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000 от Vesper

Рис. 8. Увеличенное изображение пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000 от Vesper

Ключевыми преимуществами пьезоэлектрических МЭМС-микрофонов VM1000 над своими емкостными коллегами являются:

  • высокий рейтинг защиты от пыли и влаги;
  • низкое потребление;
  • малые габариты.

Остановимся на каждом из пунктов подробнее. Как уже было сказано выше, разработчики из компании Vesper заявляют о возможности работы датчика даже на глубине до 15 метров, однако вряд ли такие экстремальные условия возникнут в потребительской электронике. Гораздо более распространенным «аварийным» случаем, например, для смартфона, станет нечаянно пролитый на него стакан воды. И такие ситуации для VM1000 не являются проблемой, что показала наглядная видеодемонстрация.

В этом ролике автор видео последовательно испытывает микрофоны VM1000 “на прочность”. Сначала его помещают на дно чашки с водой (рис. 9). При этом микрофон продолжает работать и фиксирует звук «трения о воду».

Тестирование пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000. Опыт 1

Рис. 9. Тестирование пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000. Опыт 1

Во втором эксперименте используется емкость с водой. На одну из ее стенок прикреплен динамик, который воспроизводит музыкальный файл (рис. 10). Из-за плохой звукопроницаемости воды звука не слышно. Однако как только микрофон VM1000 помещается в воду, мы начинаем слышать музыку.

Тестирование пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000. Опыт 2

Рис. 10. Тестирование пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000. Опыт 2

В третьем опыте микрофон VM1000 помещают в банку с газировкой (рис. 11), при этом отлично слышно шипение пузырьков газа.

Тестирование пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000. Опыт 3

Рис. 11. Тестирование пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000. Опыт 3

Кроме впечатляющей живучести нового пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000 можно отметить его низкое потребление, которое составляет 145 мкА и широкий диапазон напряжений питания от 1,8 В. С такими показателями VM1000 без проблем найдет применение в любом мобильном приложении.

Еще одним достоинством VM1000 являются его миниатюрные габариты: микрофон выпускается в 6-выводном корпусе: 3,76 x 2,95 x 1,1 мм (рис. 12).

Габаритные размеры пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000

Рис. 12. Габаритные размеры пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000

Можно предположить, что основными областями применения для пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000 станут мобильные приложения (смартфоны, планшеты, гарнитура), игровые устройства, системы голосового управления и т. д.

Характеристики пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000:

  • чувствительность: -38 дБ;
  • соотношение сигнал-шум SNR: 64 дБ;
  • гармонические искажения THD: 0,1%;
  • выходной импеданс: 200 Ом;
  • напряжение питания: 1,8…3,6 В;
  • типовой ток потребления: 145 мкА;
  • диапазон рабочих температур: -40…+85 °C;
  • рейтинг защиты: IP68, в течение семи дней выдерживает погружение до 15 метров в соленой или мыльной воде;
  • корпус: 6-выводной 3,76 x2,95 x1,1 мм.

О компании

Vesper – американская компания, специализирующаяся на разработке пьезоэлектрических МЭМС-микрофонов. Микрофон VM1000 от Vesper стал первым пьезоэлектрическим микрофоном с защитой от пыли и влаги с рейтингом IP68.


Производитель: Vesper Technologies, Inc.
VM1000 Piezoelectric microphone VM1000 Piezoelectric microphone Цена, руб. Срок поставки Запросить
условия
поставки
Пьезоэлектрический МЭМС-микрофон с рейтингом пылевлагозащиты IP68
460,75 r
Версия для печати версия для печати

Заметили ошибку в работе сайта?
Скажите нам об этом