كيف تصمم مقياس مستوى الصوت بناءً على نظام MEMS؟
MEMS هي أنظمة كهروميكانيكية دقيقة يتم تصنيعها باستخدام نفس المواد (عادةً السيليكون) وتقنيات الحفر المستخدمة في صنع الدوائر الإلكترونية الدقيقة. يمكن لهذه التقنيات بناء هياكل ميكروسكوبية ونانوية بدقة عالية وقابلية التكاثر. ميكروفونات MEMS صغيرة جدًا ولكنها حساسة للغاية (الضوضاء الأرضية عادة أفضل من 30 ديسيبل). تدمج العديد من ميكروفونات MEMS التضخيم وشرائح العينات الرقمية على مستوى الجهاز (حتى مستوى الرقاقة) ، مما يوفر إشارات رقمية مباشرة ويقلل من تكلفة الأجزاء الأخرى من النظام أو الجهاز. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التكامل المباشر للدوائر التناظرية إلى الرقمية على مستوى الجهاز يلغي الضوضاء الكهرومغناطيسية المقترنة بخطوط الإدخال التناظرية في التصميمات التقليدية.
يتم تصنيع ميكروفونات MEMS باستخدام عملية إحضار دقيق يتم التحكم فيها بإحكام ، وبالتالي فإن الخصائص الفردية لكل ميكروفون MEMS متسقة للغاية. إنها خطية جدًا (0. 1 في المائة إجمالي التشوه التوافقي (HD) أو أفضل عند 1 كيلو هرتز / 94 ديسيبل SPL) ولديها نطاق ديناميكي واسع (عادةً أفضل من 30 ديسيبل إلى 120 ديسيبل). بالإضافة إلى ذلك ، فإن ميكروفونات MEMS لديها حساسية قليلة لتغيرات درجة الحرارة ، وبالمثل ، فإن أغشية الميكروفون الخاصة بها صغيرة جدًا ورقيقة لدرجة أنها أقل حساسية للاهتزاز بأكثر من 10 مرات من الميكروفونات الكهروستاتيكية. بالإضافة إلى ذلك ، تتوفر ميكروفونات MEMS على نطاق واسع في سوق الإلكترونيات الاستهلاكية ، لذا فهي أيضًا رخيصة جدًا. تظل حساسيتها مستقرة جدًا بمرور الوقت ولا تتطلب عادةً إعادة معايرة للبقاء ضمن مواصفات النوع الأول.
هذه المزايا تجعل ميكروفونات MEMS مثالية للتصميمات. بالطبع ، تحتوي ميكروفونات MEMS على بعض أوجه القصور التي يجب تعويضها إذا كانوا يريدون تصميم مقياس مستوى صوت فعال.
نظرًا لأن ميكروفونات MEMS توفر إشارات رقمية على مستوى الجهاز ، فلا يمكن إزالة التجويف الحساس للضغط من الدائرة واختبار الارتباط التناظري بشكل منفصل. تمت كتابة جميع المعايير ذات الصلة لعدادات مستوى الصوت في السبعينيات وافترضت أن تصميم مقياس مستوى الصوت يتكون من تجويف واحد للميكروفون يقود سلسلة معالجة تمثيلية أو محول تناظري إلى رقمي (ADC) متبوعًا بسلسلة معالجة رقمية. يتطلب ذلك استخدام إشارات كهربائية بدلاً من الميكروفونات لاختبار عدادات مستوى الصوت. من ناحية أخرى ، تكمل ميكروفونات MEMS التحويل من التناظرية إلى الرقمية على مستوى الجهاز ، مما يعني أنه على الرغم من أن مقياس مستوى الصوت قد يكون لديه الأداء المطلوب للتوافق مع معيار ، إلا أنه لا يمكن اختباره باستخدام الطرق المحددة في هذا المعيار.
نظرًا للحجم الصغير جدًا لهياكل السيليكون لميكروفونات MEMS ، يمكن حتى لجزيئات الغبار الصغيرة الدخول بسهولة إلى تجويف الميكروفون وإتلافها. يمكن أن تتسبب الضغوط الساكنة والديناميكية العالية للغاية (عادة أعلى من 160 ديسيبل- SPL) في إتلاف هياكل السيليكون الصغيرة هذه.
عادةً ما يكون لميكروفونات MEMS صدى حاد في نطاق 10 كيلو هرتز إلى 20 كيلو هرتز. يلزم تصحيح هذا الرنين بحيث تقع استجابة التردد لمقياس مستوى الصوت ضمن حدود المعيار المناسب.
