211service.com
Billigere MEMS mikrofoner
Mikroprocessorer og hukommelseschips er blevet mindre, efterhånden som deres ydeevne er steget. Men for det meste har mikrofonteknologien haltet bagefter. Nu en Pittsburgh-baseret virksomhed, Akustik , er også med til at bringe disse enheder op til hastighed, ved at bygge mikrofoner direkte ind i integrerede kredsløb ved at bruge en proces, der er næsten identisk med den måde, chipproducenter masseproducerer mikroprocessorer på.
Fremstillingen af en mikrofon til en chip vil føre til mindre, billigere mikrofoner, der kunne tilbyde lydoptagere af bedre kvalitet til mobiltelefoner, kameraer og voice-over-internet protokol (VoIP) opkald, siger Ken Gabriel, Akusticas medstifter og chef. teknologiofficer.
I årevis har forskere bygget små mikrofoner og andre enheder med mekaniske og elektriske komponenter – gyroskoper, accelerometre, tryksensorer – ved hjælp af halvledermaterialer. Disse enheder er kendt som MEMS (til mikroelektrisk-mekaniske systemer). Producenter af MEMS-mikrofoner fremstiller enhederne ved at afsætte lag af silicium. Derefter fuldfører de fleste af dem et separat trin: at forbinde mikrofonen til en chip, der indeholder kredsløb for at manipulere lyden, når den er indsamlet.
Gabriel mener, at hans virksomheds tilgang forenkler processen ved at fremstille mikrofonen og kredsløbet på den samme chip på samme tid og bruge de samme materialer.
MEMS-mikrofonmarkedet vokser, især for bærbare computere, fordi et stigende antal mennesker bruger VoIP-tjenester på deres bærbare computere, siger Gabriel. Og han fastholder, at den traditionelle ikke-MEMS-mikrofon i de fleste bærbare computere ikke er ideel til VoIP.
Disse konventionelle systemer er lavet af Electret-kondensatormikrofoner, eller ECM'er, samt ledninger og kredsløb, der transporterer lydsignalet og behandler det. En ECM fanger lyd i sin analoge form. Dette analoge signal sendes til kredsløb, der konverterer det til digital information. Undervejs er det analoge signal dog udsat for interferens fra elektriske felter produceret af en computers skærm og Wi-Fi-antenne. For at undgå forringet lydkvalitet skal en ECM isoleres fra disse felter. Denne isolering gør systemet omfangsrigt og begrænser dets placering i en bærbar computer; ECM'er findes ofte i nærheden af tastaturet, et akavet sted at dirigere samtale, når du bruger VoIP eller videokonferencer.
Akusticas system er mere kompakt end traditionelle mikrofonsystemer, fordi det fanger lyd og konverterer det til et digitalt signal på den samme chip. Når lydbølger rammer mikrofonens membran - et tyndt metalnet i midten af chippen - vibrerer den og producerer en spænding, der indeholder information om det analoge lydsignal. Men da det analoge signal produceres og omdannes til et digitalt signal på den samme chip, behøver det aldrig at opleve det barske elektromagnetiske miljø uden for kredsløbet. Og fordi interferens er mindre af et problem, er isolering ikke nødvendig. Dette giver ingeniører mulighed for at placere mikrofonen hvor som helst, hvor en chip kan passe ind i en bærbar computer; flere Akustica-mikrofoner kan endda passe ind i rammen omkring en bærbar computers skærm siger Gabriel.
For at bygge sine mikrofoner har virksomheden indgået et samarbejde med faciliteter, der fremstiller andre typer chips. Som med andre chips er Akustica's lavet af lag af halvledermaterialer, isoleringsmaterialer og metaller. For at tilføje en mikrofon ændrede ingeniørerne designet af et par lag for at lave en membran af det samme metal, der blev brugt i kredsløbet. Efter dette, siger Gabriel, er chippen efterbehandlet, hvilket inkluderer trin til at ætse noget af siliciumet på chippen væk for at afsløre den nedgravede metalmembran. Denne endelige behandling, tilføjer han, kan udføres billigt og hurtigt.
Fordi det er relativt billigt at masseproducere halvledere, kan Akustica-teknikken blive den billigste metode til at bygge en mikrofon, siger Jonathan Bernstein, en forsker ved Cambridge, MA-baseret Draper Laboratory , som fungerer med små mikrofonsystemer. Han tilføjer dog, at der er en afvejning, når man bruger en halvlederproces til at lave en enhed som en mikrofon. Et potentielt højere kvalitet akustisk system kunne laves, siger han, hvis designet ikke var begrænset til de samme materialer, der blev brugt i kredsløbet.
Og selvom at integrere en mikrofon i et kredsløb kan være fordelagtigt for nogle applikationer, er det måske ikke nødvendigt for andre, siger Levent Degertekin , professor i maskinteknik ved Georgia Institute of Technology i Atlanta. Høreapparatproducenter vil ikke have disse muligheder indbygget, siger han, fordi de har deres eget digitale kredsløb, der fungerer godt. I stedet, siger han, er den bedste applikation lige nu til single-chip mikrofoner markedet for bærbare computere.
Akustica, der udsprang af et Carnegie Mellon University forskningsprojekt i 2001, begyndte at sende sin første mikrofon tidligere i år. Enheden bruges i øjeblikket i nogle Fujitsu bærbare computere, og i sidste måned annoncerede virksomheden et andet produkt, der kombinerer to mikrofoner på én ledning for at fange mere lyd. Det forventes at blive vist i produkter ved årets udgang.