Kuidas kavandada MEMS-i baasil helitaseme mõõtjat?
MEMS on mikroelektromehaanilised süsteemid, mis on valmistatud samu materjale (tavaliselt räni) ja söövitustehnikaid kasutades, mida kasutatakse mikroelektrooniliste ahelate valmistamiseks. Nende tehnikate abil saab luua suure täpsuse ja reprodutseeritavusega mikro- ja nanomõõtmelisi struktuure. MEMS-mikrofonid on väga väikesed, kuid väga tundlikud (müratase on tavaliselt parem kui 30 dBA). Paljud MEMS-mikrofonid integreerivad võimendus- ja digitaalsed diskreetimiskiibid seadme tasemel (isegi kiibi tasemel), edastades seeläbi otse digitaalseid signaale ja vähendades süsteemi või instrumendi muude osade kulusid. Lisaks välistab analoog-digitaallülituste otsene integreerimine seadme tasemel elektromagnetilise müra, mis on ühendatud analoogsisendi liinidega tavalistes konstruktsioonides.
MEMS-mikrofonid on toodetud rangelt kontrollitud mikrosöövitusprotsessi abil, nii et iga MEMS-mikrofoni individuaalsed omadused on äärmiselt ühtlased. Need on väga lineaarsed (0,1 protsenti harmoonilistest kogumoonutustest (HD) või parem sagedusel 1kHz/94dB SPL) ja neil on lai dünaamiline ulatus (tavaliselt parem kui 30 dBA kuni 120 dBA). Lisaks on MEMS-mikrofonidel vähe tundlikkust temperatuurimuutuste suhtes ning samuti on nende mikrofoni membraanid nii väikesed ja õhukesed, et need on rohkem kui 10 korda vähem tundlikud vibratsioonile kui elektrostaatilised mikrofonid. Lisaks on MEMS-mikrofonid laialdaselt saadaval olmeelektroonika turul, seega on need ka väga odavad. Nende tundlikkus jääb aja jooksul väga stabiilseks ega vaja tavaliselt I tüüpi spetsifikatsioonide piiresse jäämiseks uuesti kalibreerimist.
Need eelised muudavad MEMS-mikrofonid disainilahenduste jaoks ideaalseks. Muidugi on MEMS-mikrofonidel mõned puudused, mis tuleb korvata, kui nad soovivad luua tõhusa helitaseme mõõturi.
Kuna MEMS-mikrofonid edastavad digitaalseid signaale seadme tasemel, ei ole võimalik rõhutundlikku õõnsust vooluringist eemaldada ja analooglinki eraldi katsetada. Kõik asjakohased helitasememõõturite standardid kirjutati 1970. aastatel ja eeldati, et helitaseme mõõturi konstruktsioon koosnes ühest mikrofoni õõnsusest, mis juhib analoogtöötlusahelat või analoog-digitaalmuundurit (ADC), millele järgnes digitaalne töötlusahel. See nõuab helitaseme mõõtjate testimiseks mikrofonide asemel elektriliste signaalide kasutamist. MEMS-mikrofonid seevastu lõpetavad analoog-digitaalmuunduse seadme tasemel, mis tähendab, et kuigi helitaseme mõõturil võib olla standardile vastamiseks vajalik jõudlus, ei saa seda testida punktis kirjeldatud meetoditega. see standard.
MEMS-mikrofonide ränistruktuuride väga väikeste mõõtmete tõttu võivad isegi pisikesed tolmuosakesed kergesti mikrofoni õõnsusse sattuda ja neid kahjustada. Äärmiselt kõrged staatilised ja dünaamilised pinged (tavaliselt üle 160 dB-SPL) võivad samuti neid väikeseid ränistruktuure kahjustada.
MEMS-mikrofonidel on tavaliselt terav resonants vahemikus 10 kHz kuni 20 kHz. Selle resonantsi korrigeerimine on vajalik, et helitaseme mõõturi sagedusreaktsioon jääks vastava standardi piiridesse.
