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Comparación de micrófonos MEMS y de condensador Electret (ECM)

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En este artículo de fondo, Bruce Rose, Ingeniero técnico en CUI Devices, nos explica los diferentes tipos de micrófonos MEMS o Electret, y sus diferencias a la hora de implementarlos.

Tal vez recuerdes la campaña de marketing de hace unos años con la frase «¿Puedes oírme ahora?» Cada vez más dispositivos que se diseñan hoy en día, desde dispositivos portátiles hasta asistentes domésticos, se les pide que «escuchen» su entorno.

El micrófono correcto hace posible que las aplicaciones capturen con precisión casi cualquier sonido, siendo las dos tecnologías más comunes utilizadas para construir micrófonos MEMS y condensador Electret.

Aunque las dos tecnologías funcionan con principios similares, hay muchos casos de uso para elegir una sobre la otra. Con eso en mente, revisaremos los conceptos básicos de MEMS y micrófonos de condensador Electret, compararemos las diferencias entre las tecnologías, y describiremos las ventajas específicas de cada solución.

Fundamentos de los micrófonos MEMS

Los micrófonos MEMS están construidos con un componente MEMS (Sistema Micro-Electro-Mecánico) colocado en una placa de circuito impreso (PCB) y protegido con una cubierta mecánica. Se fabrica un pequeño orificio en la caja para permitir que el sonido ingrese al micrófono y se designa como puerto superior si el orificio está en la cubierta superior o puerto inferior si el orificio está en la placa de circuito impreso. El componente MEMS a menudo se diseña con un diafragma mecánico y una estructura de montaje creada en un chip semiconductor.

Construcción típica de un micrófono MEMS
Construcción típica de un micrófono MEMS

El diafragma MEMS forma un condensador y las ondas de presión de sonido provocan el movimiento del diafragma. Los micrófonos MEMS normalmente contienen un segundo troquel semiconductor que funciona como un preamplificador de audio, convirtiendo la capacitancia cambiante del MEMS en una señal eléctrica.

La salida del preamplificador de audio se proporciona al usuario si se desea una señal de salida analógica. Si se desea una señal de salida digital, se incluye un convertidor de analógico a digital (ADC) en el mismo troquel que el preamplificador de audio.

Un formato común utilizado para la codificación digital en micrófonos MEMS es la modulación de densidad de pulso (PDM), que permite la comunicación con solo un reloj y una sola línea de datos. La decodificación de la señal digital en el receptor se simplifica debido a la codificación de un solo bit de los datos.

Las salidas digitales I²S son una tercera opción que incluye un filtro de diezmado interno, que permite completar el procesamiento en el propio micrófono. Esto significa que el micrófono puede conectarse directamente a un procesador de señal digital (DSP) o a un microcontrolador, eliminando la necesidad de un ADC o códec en muchas aplicaciones.

Izquierda: esquema de aplicación de micrófono MEMS analógico. Derecha: esquema de aplicación de micrófono MEMS digital.
Izquierda: esquema de aplicación de micrófono MEMS analógico. Derecha: esquema de aplicación de micrófono MEMS digital.

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