随着智能手机的兴起，对于声音品质和轻薄短小的需求越来越受到大家的重视，近年来广泛应用的噪声抑制及回声消除技术均是为了提高声音的品质。相比于传统的驻极体式麦克风（ECM），电容式微机电麦克风采用硅半导体材料制作，这便于集成模拟放大电路及ADC（∑-Δ ADC）电路，实现模拟或数字微机电麦克风元件，以及制造微型化元件，非常适合应用于轻薄短小的便携式装置。本文将针对CMOS微机电麦克风的设计与制造进行介绍，并比较纯MEMS与CMOS工艺微导入麦克风的差异。
电容式微麦克风原理
MEMS微麦克风是一种微型的传感器。其原理是利用声音变化产生的压力梯度使电容式微麦克风的声学振膜受声压干扰而产生形变，进而改变声学振膜与硅背极板之间的电容值。该电容值的变化由电容电压转换电路转化为电压值的输出变化，深圳pcb抄板再经过放大电路将MEMS传感器产生得到电压放大输出，从而将声压信号转化成电压信号。在此必须采用一个高阻抗的电阻为MEMS传感器提供一个偏置电压VPP，借以在MEMS传感器上产生固定电荷，最后的输出电压将与VPP及振膜的形变Δd成正比。振膜的形变与其刚性有关，刚性越低则形变越大；另一方面，输出电压与d（气隙）成反比，因此气隙越低，则输出电压及灵敏度越优，但这都将受限于MEMS传感器的吸合电压，也就是受限于MEMS传感器静电场的最大极限值（图1）。
CMOS微机电麦克风电路设计
在CMOS微麦克风设计中，电路是一个非常重要的环节，它将影响到微麦克风的操作、感测，以及系统的灵敏度。以图2为例，驻极式电容微麦克风的感应电荷由驻极体材料本身提供的驻极电荷所产生，而凝缩式电容微麦克风则是采用从CMOS的操作电压中抽取一个偏置电压，再通过一个高阻抗电阻提供给微麦克风的声学振膜来提供固定的电荷源。此时，若声学振膜受到声压驱动而产生位移变化，则电极板（感测端）的电压将会发生变化。最后，通过电路放大器将信号放大，则可实现模拟麦克风的电路设计；如果再加上一个∑-Δ ADC模数转换电路，便可完成数字麦克风的电路设计（一般数字麦克风的输出信号为1比特PDM输出）。