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一直以来，电子产品更新换代的快节奏都不曾改变过，以电子产业最具有代表性的手机来说，从功能机到智能机的转变不过是短短几年的时间，虽然手机的功能越来越丰富了，但其本质功能不会改变，即通话。众所周知，通话功能的实现离不开作为采集语音数据的麦克风，而在过去的一些年中，传统的驻极体麦克（ECM）一直担任着这项任务的执行者，但是由于本身存在大量的机械和环境噪声问题，愈加受制于如今集成度越来越高的便携式电子产品的设计。
而在最近几年，随着半导体技术的不断发展，一种抗噪性更好的MEMS麦克风诞生了，也合乎时宜的顺应了市场变化的趋势，摇身一变迅速成为了手机等高端电子产品的首选。为什么MEMS麦克能在很短时间内得到众厂商的亲睐？要了解清楚这个问题，我们必需先来了解下什么是ECM麦克，什么是MEMS麦克？
ECM麦克，即驻极体麦克，是由振膜，背极板，场效应管等组成，背极板由驻极体材料做成，经过高压极化以后带有电荷，两者形成平板电容。当声音引起振膜振动，使两者距离产生变化，从而引起电压的变化，完成声电转换，场效应管可用于阻抗的变化以及信号的放大，EMC麦克简易的原理框图如下所示。
EMC麦克简易原理框图
MEMS麦克，即微电机系统麦克，由MEMS 传感器，充电泵，缓冲放大器，屏蔽外壳等组成，MEMS 传感器由半导体工艺制成的振膜，背极板和支架构成，通过充电泵给背极板加上适当的极化偏压。缓冲放大器完成阻抗变换，放大信号。
MEMS麦克简易原理框图
我们知道，在设计麦克电路的时候，设计者主要的难点在于如何克服麦克产生的噪声问题，而根据上面介绍的两者简易构造原理，可以发现，由于工艺问题，ECM麦克产生的噪声源非常多，有来自于偏置电压波动引起的电子噪声、FET噪声、板级噪声、振膜的声音自噪声，以及被耦合到FET的高阻抗输入的外部电磁(EM)场和射频(RF)场。
举个最常见的例子，目前应用于手机的麦克大概能占市场份额的80%，而如今手机基本上都是采用内置天线，而且通常设计在底部，麦克风由于正常通话的需求也会设计在底部位置，这样天线产生的电磁波会不可避免的被耦合进抗干扰能力差的ECM麦克，这样在通话中就会出现所谓的“电流声”。
MEMS麦克就不同了，由于本身制造工艺不同，又有专有的屏蔽外壳，可以将电磁波辐射降低到最小，而且在实际生产中，MEMS麦克由于耐高温等特性，能够便于回流焊实装，还可实现自动化实装生产，大大减小了人力组装成本，稳定性及可靠性也大大的增强了。
细心的读者会发现，上文笔者在介绍ECM麦克以及MEMS麦克都是以模拟麦克举例加以说明，事实上，无论是ECM麦克还是MEMS麦克都有模拟数字之分，模拟麦克是通过差分电路输出模拟信号，而数字麦克是在模拟麦克的基础上增加了一个AD转换的电路，这样，通过AD电路转换后，数字麦克则输出PDM（脉冲密度调制，在后文中会具体介绍）数字信号，这样做的好处更显而易见了，比如以手机中的麦克为例：
- 麦克到基带会有一定的布线距离，而传输数字信号对比模拟信号可以很大程度的提高其抗干扰能力
- 因为抗干扰能力强，简化了系统设计，在PCB设计时不需要为保护好传麦克传输线而大费周章
- 简化了麦克风后续电路，其输出的数字信号可以直接被后续电路处理
无疑，融合对MEMS麦克以及数字麦克的概念的理解，结合两者之长，诞生的MEMS数字麦克具有十分广阔的前景。就在前段时间，爱板网也拿到了几颗New JRC（新日本无线）生成的MEMS数字麦克风样品，见下图
MEMS数字麦克风
New JRC是一家知名的以微波技术和半导体技术为中心从事设计、开发、制造、销售为一体的高新半导体技术企业，依托于这种独天得厚的优势，New JRC独自一家同时设计、生产制造MEMS传感器和放大器，并实现了封装的最佳化，相比其他的公司推出的MEMS数字麦克更有优势，能更容易调配出麦克风模块的最佳特性，让器件发挥出最佳性能，并省去了匹配调节的工序。一起看一下JRC MEMS数字麦克的细节之处，见下图
MEMS数字麦克
可以说，MEMS数字麦克是一块小型的PCB板，正面一个屏蔽盖预留一个声音孔，背面是焊接引脚。从上图中可以发现JRC数字麦克风背面有6个焊点，包括了电源（VDD），时钟（CLK），数据（DAT），和通道选择（L/R）等信号。
相信经过上文对MEMS麦克的简单介绍后，我们对于MEMS数字麦克的也有了初步的了解，应该包含MEMS传感器以及信号放大转换电路，不妨将JRC MEMS数字麦克拆开瞧瞧。
拆开MEMS数字麦克
用暴力拆下屏蔽盖后露出了MEMS数字麦克的真容，就我们所能看到的：一个MEMS传感器，一个电容，一个专用的ASIC集成电路包含了放大、AD转换等电路功能。
MEMS数字麦克的传感器采用了JRC 的NJD3002，基于新日本无线卓越精湛的半导体制造技术，NJD3002具有高耐热性，超小型性（1.3mm*1.3mm大小，厚度为420um）等特点，从开始投入量产到之后短短一年的时间内出厂数量就突破1亿颗，除了优异的品质外，我们也可预见市场对MEMS麦克的迫切需求。
再来看下NJD3002传感器主要工作原理，见下图
MEMS传感器工作原理
人的声音会使MEMS传感器薄膜振动，直接结果导致电容的变化，换句话说NJD3002的直接作用是将音压转换为电气信号，将信号传输到后续电路处理——包含放大、AD转换的ASIC专用集成电路模块中，参考下图简易原理框图
JRC MEMS数字麦克原理框图
图中ASIC电路的组成主要包括了前置放大器、AD转换、电荷泵、参考源等。电荷泵将参考源提供的电压放大提供给NJD3002传感器作为偏置电压，而MEMS传感器采集到的转化而来的电气信号经过前置放大、AD转换输出PDM数字信号。从MEMS数字麦克出来的PDM信号直接可以接编解码器或者DSP，并且能很好的保证走线上具有良好的数字信号完整性，这同时也是对比模拟麦克的一大优势。
PDM也就是上文介绍的脉冲密度调制，是一种最常见的数字麦克风接口。这种接口允许两个麦克风共享一个公共的时钟与数据线，每个麦克风被配置为在时钟信号的不同沿产生各自的输出，通过通道选择（L/R）选择时钟高和低时是哪个通道的麦克风。这样两个麦克风的输出就能保持相互同步。听起来很玄，那实际在产品中有什么用处呢？
举个最常见的例子，目前的中高端手机一般都采用双麦克的设计，一个是手机底部位置正常的通话麦克，另一个就是产品上经常能看到介绍的降噪麦克，一般在手机中上部或是后置摄像头附近。底部的Mic是保持稳定清晰的通话，而另一个在手机背面中上部的麦克是用来消除环境噪音，其原理是通过采集声音信号做差分放大，双麦克采集的环境噪音就会通过差分放大器抵消掉，而正常通话语音信号则被保留下来。
New JRC公司除了MEMS数字麦克的产品，同样也有MEMS模拟麦克的产品，在电路组成上也就是去掉了其中的AD转换电路，这里就不再重复介绍了。
小结
本文主要介绍了MEMS麦克组成构造原理以及拆解分析了JRC MEMS数字麦克，对于追求高品质语音通信的电子产品，MEMS数字麦克对比ECM麦克有着无可比拟的优势、如降噪效果好，可靠性强，减少周围元器件布局，可实现SMT自动化生产等特点，而且独有的双麦克设计更能进一步降低环境噪声干扰，让语音通话更清晰。
