211service.com
Billigare MEMS-mikrofoner
Mikroprocessorer och minneskretsar har krympt, eftersom deras prestanda har ökat. Men för det mesta har mikrofontekniken släpat efter. Nu ett Pittsburgh-baserat företag, Akustik , hjälper till att få fart på dessa enheter också genom att bygga mikrofoner direkt i integrerade kretsar, med en process som nästan är identisk med hur chiptillverkare massproducerar mikroprocessorer.
Tillverkningen av en mikrofon till ett chip kommer att leda till mindre, billigare mikrofoner som skulle kunna erbjuda ljudinspelare av bättre kvalitet för mobiltelefoner, kameror och Voice-over-Internet Protocol (VoIP) samtal, säger Ken Gabriel, Akusticas medgrundare och chef. teknikofficer.
I åratal har forskare byggt små mikrofoner och andra enheter med mekaniska och elektriska komponenter – gyroskop, accelerometrar, trycksensorer – med hjälp av halvledarmaterial. Dessa enheter är kända som MEMS (för mikroelektriska-mekaniska system). Tillverkare av MEMS-mikrofoner tillverkar enheterna genom att avsätta lager av kisel. Sedan slutför de flesta av dem ett separat steg: binda mikrofonen till ett chip som innehåller kretsar för att manipulera ljud när det väl har samlats in.
Gabriel tror att hans företags tillvägagångssätt förenklar processen genom att tillverka mikrofonen och kretsen på samma chip, samtidigt, och använda samma material.
MEMS-mikrofonmarknaden växer, särskilt för bärbara datorer, eftersom ett ökande antal människor använder VoIP-tjänster på sina bärbara datorer, säger Gabriel. Och, hävdar han, den traditionella icke-MEMS-mikrofonen i de flesta bärbara datorer är inte idealisk för VoIP.
Dessa konventionella system är gjorda av Electret-kondensatormikrofoner, eller ECM, såväl som ledningar och kretsar som transporterar ljudsignalen och bearbetar den. En ECM fångar ljud i sin analoga form. Denna analoga signal skickas till kretsar som omvandlar den till digital information. Längs vägen är dock den analoga signalen utsatt för störningar från elektriska fält som produceras av en dators bildskärm och Wi-Fi-antenn. För att undvika försämrad ljudkvalitet måste en ECM isoleras från dessa fält. Denna isolering gör systemet skrymmande och begränsar dess placering i en bärbar dator; ECM:er finns ofta nära tangentbordet, ett besvärligt ställe att styra konversationer när du använder VoIP eller videokonferenser.
Akusticas system är mer kompakt än traditionella mikrofonsystem eftersom det fångar ljud och omvandlar det till en digital signal på samma chip. När ljudvågor träffar mikrofonens membran – ett tunt metallnät i mitten av chipet – vibrerar det och producerar en spänning som innehåller information om den analoga ljudsignalen. Men eftersom den analoga signalen produceras och omvandlas till en digital signal på samma chip, behöver den aldrig uppleva den hårda elektromagnetiska miljön utanför kretsen. Och eftersom interferens är ett mindre problem behövs inte isolering. Detta gör att ingenjörer kan placera mikrofonen var som helst där ett chip får plats i en bärbar dator; Flera Akustica-mikrofoner kan till och med passa i ramen som omger en bärbar dators skärm, säger Gabriel.
För att bygga sina mikrofoner har företaget samarbetat med anläggningar som tillverkar andra typer av chips. Precis som med andra chips är Akusticas gjorda av lager av halvledarmaterial, isoleringsmaterial och metaller. För att lägga till en mikrofon modifierade ingenjörerna designen av några lager för att göra ett membran av samma metall som används i kretsen. Efter detta, säger Gabriel, efterbehandlas chippet, vilket inkluderar steg för att etsa bort en del av kiseln på chipet för att avslöja det nedgrävda metallmembranet. Denna slutliga bearbetning, tillägger han, kan göras billigt och snabbt.
Eftersom det är relativt billigt att massproducera halvledare kan Akustica-tekniken bli den billigaste metoden för att bygga en mikrofon, säger Jonathan Bernstein, forskare vid Cambridge, MA-baserad. Draper Laboratory , som fungerar med små mikrofonsystem. Men han tillägger att det finns en avvägning när man använder en halvledarprocess för att göra en enhet som en mikrofon. Ett potentiellt högre kvalitet akustiskt system skulle kunna göras, säger han, om designen inte var begränsad till samma material som används i kretsen.
Och även om det kan vara fördelaktigt för vissa tillämpningar att integrera en mikrofon i en krets, kanske det inte är nödvändigt för andra, säger Levent Degertekin , professor i maskinteknik vid Georgia Institute of Technology i Atlanta. Hörapparattillverkare vill inte ha de funktionerna inbyggda, säger han, eftersom de har sina egna digitala kretsar som fungerar bra. Istället, säger han, är den bästa applikationen just nu för mikrofoner med ett chip den bärbara marknaden.
Akustica, som kom ur ett forskningsprojekt vid Carnegie Mellon University 2001, började leverera sin första mikrofon tidigare i år. Enheten används för närvarande i vissa Fujitsu bärbara datorer, och förra månaden tillkännagav företaget en andra produkt som kombinerar två mikrofoner på en tråd för att fånga mer ljud. Det förväntas dyka upp i produkter vid årsskiftet.