211service.com
Goedkopere MEMS-microfoons
Microprocessors en geheugenchips zijn kleiner geworden, omdat hun prestaties zijn toegenomen. Maar voor het grootste deel is de microfoontechnologie achtergebleven. Nu een in Pittsburgh gevestigd bedrijf, Akoestiek , helpt die apparaten ook op snelheid te brengen door microfoons rechtstreeks in geïntegreerde schakelingen te bouwen, met behulp van een proces dat bijna identiek is aan de manier waarop chipmakers microprocessors in massa produceren.
De fabricage van een microfoon in een chip zal leiden tot kleinere, goedkopere microfoons die audiorecorders van betere kwaliteit kunnen bieden voor mobiele telefoons, camera's en voice-over-internet protocol (VoIP)-oproepen, zegt Ken Gabriel, medeoprichter en chef van Akustica. technisch medewerker.
Jarenlang hebben onderzoekers kleine microfoons en andere apparaten gebouwd met mechanische en elektrische componenten - gyroscopen, versnellingsmeters, druksensoren - met behulp van halfgeleidermaterialen. Deze apparaten staan bekend als MEMS (voor micro-elektrisch-mechanische systemen). Fabrikanten van MEMS-microfoons maken de apparaten door laagjes silicium af te zetten. Vervolgens voltooien de meeste van hen een aparte stap: de microfoon verbinden met een chip die circuits bevat om geluid te manipuleren zodra het is verzameld.
Gabriel is van mening dat de aanpak van zijn bedrijf het proces vereenvoudigt door de microfoon en het circuit tegelijkertijd op dezelfde chip en met dezelfde materialen te fabriceren.
De markt voor MEMS-microfoons groeit, vooral voor laptops, omdat steeds meer mensen VoIP-diensten gebruiken op hun laptops, zegt Gabriel. En, stelt hij, de traditionele niet-MEMS-microfoon in de meeste laptops is niet ideaal voor VoIP.
Deze conventionele systemen zijn gemaakt van Electret-condensatormicrofoons of ECM's, evenals bedrading en circuits die het audiosignaal transporteren en verwerken. Een ECM vangt geluid op in zijn analoge vorm. Dit analoge signaal wordt naar een circuit gestuurd dat het omzet in digitale informatie. Onderweg is het analoge signaal echter onderhevig aan interferentie van elektrische velden die worden geproduceerd door een computermonitor en wifi-antenne. Om een verminderde geluidskwaliteit te voorkomen, moet een ECM worden geïsoleerd van deze velden. Deze isolatie maakt het systeem omvangrijk en beperkt de plaatsing in een laptop; ECM's bevinden zich vaak in de buurt van het toetsenbord, een onhandige plek om een gesprek te leiden bij gebruik van VoIP of videoconferenties.
Het systeem van Akustica is compacter dan traditionele microfoonsystemen omdat het geluid opvangt en op dezelfde chip omzet in een digitaal signaal. Wanneer geluidsgolven het membraan van de microfoon raken - een dun metalen gaas in het midden van de chip - trilt het en produceert het een spanning die informatie bevat over het analoge geluidssignaal. Maar aangezien het analoge signaal op dezelfde chip wordt geproduceerd en omgezet in een digitaal signaal, hoeft het nooit de harde elektromagnetische omgeving buiten het circuit te ervaren. En omdat interferentie minder een probleem is, is isolatie niet nodig. Hierdoor kunnen technici de microfoon overal plaatsen waar een chip in een laptop past; meerdere Akustica-microfoons passen zelfs in de rand rond de monitor van een laptop, zegt Gabriel.
Om zijn microfoons te bouwen, werkt het bedrijf samen met faciliteiten die andere soorten chips maken. Net als andere chips zijn Akustica's gemaakt van lagen halfgeleidermaterialen, isolatiematerialen en metalen. Om een microfoon toe te voegen, hebben de ingenieurs het ontwerp van een paar lagen aangepast om een membraan te maken van hetzelfde metaal dat in de schakelingen wordt gebruikt. Hierna, zegt Gabriel, wordt de chip nabewerkt, inclusief stappen om een deel van het silicium op de chip weg te etsen om het begraven metalen membraan te onthullen. Deze eindverwerking, voegt hij eraan toe, kan goedkoop en snel worden gedaan.
Omdat het relatief goedkoop is om halfgeleiders in massa te produceren, zou de Akustica-techniek de goedkoopste methode kunnen worden om een microfoon te bouwen, zegt Jonathan Bernstein, een onderzoeker in Cambridge, MA. Draper Laboratorium , die werkt met kleine microfoonsystemen. Hij voegt er echter aan toe dat er een compromis is bij het gebruik van een halfgeleiderproces om een apparaat als een microfoon te maken. Als het ontwerp niet beperkt zou zijn tot dezelfde materialen die in het circuit worden gebruikt, zou er een potentieel hoogwaardig akoestisch systeem kunnen worden gemaakt, zegt hij.
En hoewel het integreren van een microfoon in een circuit voor sommige toepassingen voordelig kan zijn, is het voor andere misschien niet nodig, zegt Levent Degertekin , hoogleraar werktuigbouwkunde aan het Georgia Institute of Technology in Atlanta. Fabrikanten van hoortoestellen willen die mogelijkheden niet ingebouwd hebben, zegt hij, omdat ze hun eigen digitale circuits hebben die goed werken. In plaats daarvan, zegt hij, is de laptopmarkt momenteel de beste toepassing voor microfoons met één chip.
Akustica, voortgekomen uit een onderzoeksproject van Carnegie Mellon University in 2001, begon eerder dit jaar met de levering van zijn eerste microfoon. Het apparaat wordt momenteel gebruikt in sommige Fujitsu-laptops en vorige maand kondigde het bedrijf een tweede product aan dat twee microfoons op één draad combineert om meer geluid vast te leggen. Het zal naar verwachting tegen het einde van het jaar in producten verschijnen.