MEMS MIC 通过背极板与振膜组成的可变电容可以将声音信号转换成电信号,在信号转换的过程当中,会引入非线性成分,在测试时通常对输出信号做傅里叶变换,通过计算前五个谐波的成分来确定谐波是真的大小,也就是通常所说的THD。
在设计过程中,为了降低THD,必须对THD的生成机制进行讨论,探究THD的来源以及各个设计参数的影响比重。
通常来说低频状态下(扫描频率低于封装腔体谐振频率,通常此频率会小于振膜的第一谐振频率),MEMS MIC的THD主要来源有两部分,一部分是来自于ASIC,ASIC内部电路引入的THD通常对MIC影响较小,进一步讲ASIC引入的THD通常只有在ASIC的输入或者是输出信号超出正常摆幅指标的时候才会体现出来,通常此种失真我们称之为削顶失真。
MEMS MIC的另一种失真来自于MEMS本身,MEMS本身引入的谐波失真来源主要有两个:
1】MEMS 单位面积电容不均匀引入的失真
2】背极板与振膜之间电场力非线性引入的失真
另外高声压条件下,振膜会因为背极板的存在而产生振膜振动被限制的情况,此种情况类似与ASIC引入的谐波失真。
如果将电场力、振膜形变、背极板形变列平衡方程,可以使用Matlab很方便的求解出MEMS MIC灵敏度随偏置电压变化的规律,如果将各种参数设定,扫描声压即可查看MEMS MIC灵敏度与声压之间关系的非线性。
以下粗略对平衡方程进行计算:
自上至下分别为:Vb电压&1Pa声压下背极板振膜的变形,Vb从0扫描至Vp电容变化量以及灵敏度。