איך מעצבים מד רמת קול על בסיס MEMS?
MEMS הן מערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות המיוצרות באמצעות אותם חומרים (בדרך כלל סיליקון) וטכניקות תחריט המשמשות לייצור מעגלים מיקרו-אלקטרוניים. טכניקות אלו יכולות לבנות מבנים בקנה מידה מיקרו ובקנה מידה ננו עם דיוק ושחזור גבוהים. מיקרופונים של MEMS הם קטנים מאוד אך רגישים מאוד (רצפת רעש טובה בדרך כלל מ-30dBA). מיקרופונים רבים של MEMS משלבים שבבי הגברה ודגימה דיגיטלית ברמת ההתקן (אפילו ברמת השבב), ובכך מספקים ישירות אותות דיגיטליים ומפחיתים את העלות של חלקים אחרים של המערכת או המכשיר. בנוסף, אינטגרציה ישירה של מעגלים אנלוגיים לדיגיטליים ברמת ההתקן מבטלת רעש אלקטרומגנטי המצורף לקווי כניסה אנלוגיים בעיצובים קונבנציונליים.
מיקרופונים של MEMS מיוצרים באמצעות תהליך מיקרו תחריט מבוקר היטב, כך שהמאפיינים האישיים של כל מיקרופון MEMS עקביים ביותר. הם ליניאריים מאוד (0.1 אחוז עיוות הרמוני כולל (HD) או טוב יותר ב-1kHz/94dB SPL) ויש להם טווח דינמי רחב (בדרך כלל טוב יותר מ-30dBA עד 120dBA). בנוסף, למיקרופונים של MEMS יש רגישות מועטה לשינויי טמפרטורה, וכמו כן, דיאפרגמות המיקרופון שלהם כל כך קטנות ודקות עד שהן יותר מפי 10 פחות רגישות לרטט מאשר מיקרופונים אלקטרוסטטיים. בנוסף, מיקרופונים מסוג MEMS זמינים באופן נרחב בשוק האלקטרוניקה הצרכנית, כך שהם גם זולים מאוד. הרגישות שלהם נשארת יציבה מאוד לאורך זמן ובדרך כלל אינה דורשת כיול מחדש כדי להישאר במפרט Type I.
יתרונות אלו הופכים את מיקרופונים של MEMS לאידיאליים עבור עיצובים. כמובן שלמיקרופונים של MEMS יש כמה חסרונות שעליהם לפצות אם הם רוצים לעצב מד רמת קול יעיל.
מכיוון שמיקרופונים של MEMS מספקים אותות דיגיטליים ברמת המכשיר, לא ניתן להסיר את החלל הרגיש ללחץ מהמעגל ולבדוק את הקישור האנלוגי בבידוד. כל התקנים הרלוונטיים עבור מדי רמת קול נכתבו בשנות ה-70 והניחו שעיצוב מד רמת הקול מורכב מחלל מיקרופון בודד המניע שרשרת עיבוד אנלוגית או ממיר אנלוגי לדיגיטלי (ADC) ואחריו שרשרת עיבוד דיגיטלית. זה מצריך שימוש באותות חשמליים במקום מיקרופונים כדי לבדוק מדי רמת קול. מיקרופונים של MEMS, לעומת זאת, משלימים את ההמרה האנלוגית לדיגיטלית ברמת המכשיר, מה שאומר שלמרות שלמד רמת קול עשוי להיות הביצועים הנדרשים כדי לעמוד בתקן, לא ניתן לבדוק אותו בשיטות המפורטות ב. הסטנדרט הזה.
בשל הגודל הקטן מאוד של מבני הסיליקון של מיקרופונים של MEMS, אפילו חלקיקי אבק זעירים יכולים להיכנס בקלות לחלל המיקרופון ולפגוע בהם. מתחים סטטיים ודינאמיים גבוהים במיוחד (בדרך כלל מעל 160 dB-SPL) עלולים גם הם לגרום נזק למבני הסיליקון הקטנים הללו.
למיקרופונים של MEMS יש בדרך כלל תהודה חדה בטווח של 10kHz עד 20kHz. נדרש תיקון לתהודה זו כדי שתגובת התדר של מד רמת הקול תיפול בגבולות התקן המתאים.
