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新锐丨打破技术壁垒,全球第一颗单芯片MEMS喇叭问世

2020-07-20 14:18
Ai芯天下
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前言:

基于MEMS技术的微型扬声器或将变革移动通讯设备的语音和音乐播放。新创公司xMEMS发表全球第一款的单芯片微机电喇叭,将彻底颠覆当前市场上最普遍的音圈喇叭。

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打破动圈扬声器的技术壁垒

目前市场上绝大多数运动传感器都基于20世纪80年代开发的多芯片工艺。这种传感器涉及的微机电传感部分芯片(MEMS)和驱动电路部分芯片(IC)分别由不同的厂家使使用不同的处理工艺制成。用这种工艺制成的传感器存在一些劣势, 包括尺寸、成本、产量和性能限制等。

近日,据外媒消息,美国xMEMS公司近日发布了一款采用MEMS(微机电系统)技术打造的单片式扬声器单元,取名为“Montara”,与传统动圈式扬声器相比,MEMS扬声器体积小巧,具有更高的频率响应和更低THD(总谐波失真),可以实现主动降噪功能,对于真无线耳机市场是一个重大的利好消息。

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后起之秀新一代单片式扬声器

xMEMS公司成立于2017年,总部位于美国加州圣克拉拉,在台湾设有分公司。据悉,该公司的创始人具有在多家MEMS设计公司积累的深厚经验,想要用全新的纯硅解决方案重塑声音,打破动圈扬声器的技术壁垒。

xMEMS公司没有透露Montara的实际制程节点(Process Node),只确认其所采用的是8.4 x 6.06 mm的硅模(50.9mm),有6个所谓的扬声器 "单元",是在整个芯片上重复出现的单个扬声器MEMS元件,扬声器的频率响应覆盖了从10Hz到20KHz的全部范围。

据称,这种设计具有极好的失真特性,能够与平面磁性设计相比。采用单芯片式设计不仅可以简化生产线,另一方面MEMS扬声器的制造精度和可重复性也要优于传统动圈设计。据悉Montara具有极佳的失真控制特性,能够确保在200Hz–20KHz 时只有0.5% 的THD。由于这些喇叭皆属电容式压电驱动而不是电流驱动,因此功耗只有42μW 的程度。

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电容式压电驱动的一个关键面向在于,它需要一个与传统喇叭不同的功率扩大器设计。Montara 可以驱动高达30V 的峰值到峰值(peak-to-peak)输出讯号电压,这远远高于现有扩大器设计的能耐范围。因此,客户希望为Montara 部署一个需要额外辅助芯片的MEMS 喇叭设计。

这无疑会成为阻碍该技术能被普遍采用的最大障碍之一,因为它将限制其使用能提供适当扩大器设计来驱动喇叭的更高效IC 解决方案。

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其它MEMS扬声器厂商

①Audio Pixels

Audio Pixels是扬声器数字化全球领导者,它开发了一项技术平台,能够利用MEMS结构而非传统扬声器元件,直接将数字音频流转化为声波。该技术平台的基础——数字声音重建技术(Digital Sound Reconstruction,DSR)实现了基于硅芯片的音频扬声器的量产,并使扬声器更小、更薄、声音更清晰、能效更高,而且具有更好的兼容性,能够满足现代电子制造和器件的各种要求。

Audio Pixels目前已开发出革命性技术平台来再现声音,从而能够生产出新一代的MEMS扬声器,其性能将超出世界顶级消费电子制造商的性能规格和设计要求。Audio Pixels专注于制造一种基于MEMS技术的硅芯片,既能够作为一个独立的微型扬声器使用,又能够实现多倍级联以满足几乎所有的扬声器应用。

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②USound

目前,市场上领先的压电MEMS扬声器开发商是奥地利的USound。USound是全球首家发布压电MEMS扬声器的厂商。USound为耳机、可穿戴/耳戴产品开发的压电MEMS扬声器已经完成设计定型、产能爬坡,以及首批量产前产品的出货。

据麦姆斯咨询报道,USound广泛的合作伙伴包括:Austria Technologie & Systemtechnik AG(AT&S,奥地利科技与系统技术股份公司)、ISIT(获得了ISIT在微系统功率电子制造方面的经验);Institute for Electronic Music(IEM,电子音乐研究所);STMicroelectronics(意法半导体),利用意法半导体产业领先的薄膜压电技术(TFP),双方合作进行全球首款微型压电MEMS扬声器的产业化和生产制造。

TWS产业将迎来新方向

目前xMEMS公司还在生产一种能让声音从封装里呈垂直角度向外发出的标准封装解决方案,该封装尺寸为8.4×6.05×0.985 mm,这可以让TWS耳机的内部设计变得更有创造力。TWS会是Montara 的主要目标市场,因为其可在设计上解决扩大器方面的问题,而且这类产品可以充分利用新喇叭技术在尺寸、重量和功率上的优势。

目前xMEMS公司还没有透露相关的价格信息,但是已有样品给供应商,预计2021年春季正式量产。

结尾:

随着微机电系统技术的发展,不仅半导体制造变得更加普及,我们也可以借以设计出特性上与传统动圈式单体或平衡电枢式单体截然不同的喇叭。xMEMS 全新Montara设计很可能成为这样的替代方案。

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