“技術創(chuàng)新+質(zhì)量管理”成就英飛凌MEMS領先地位

微訪談：英飛凌電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部大中華區(qū)產(chǎn)品管理經(jīng)理楊慶

采訪背景：隨著消費類音頻電子設備對用戶體驗的孜孜追求、對各種功能的推陳出新，同時也得益于蘋果AirPods等爆款產(chǎn)品的潮流引領，業(yè)界對MEMS麥克風（或稱為硅麥克風）的性能要求不斷提高。例如，指向性降噪及遠場語音識別功能需要一致性好（靈敏度、相位、頻率響應）、信噪比（SNR）高（68dB以上）的MEMS麥克風；主動降噪功能對于在大聲壓、低失真場景下的應用也提出了要求，為此MEMS麥克風需要具有更高的聲學過載點（130dB以上）和更好的低頻響應（15~20Hz保持平坦），以避免輸出信號的失真，從而保證降噪系統(tǒng)正常工作；此外，采用電池供電的可穿戴設備還對MEMS麥克風的低功耗具有強烈的需求。為滿足上述日益增長的性能要求，MEMS麥克風芯片市場領導者英飛凌（Infineon）近日舉辦了一場“英飛凌XENSIV硅麥克風”主題線上研討會，為大家介紹了支持更高信噪比和IP57級別防護的XENSIV硅麥克風新產(chǎn)品及目標應用領域。麥姆斯咨詢會后采訪了英飛凌電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部大中華區(qū)產(chǎn)品管理經(jīng)理楊慶。

英飛凌電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部大中華區(qū)產(chǎn)品管理經(jīng)理楊慶

麥姆斯咨詢：楊經(jīng)理，您好！感謝您接受麥姆斯咨詢的采訪！首先請您做一下自我介紹，以及在英飛凌的業(yè)務職責。

楊慶：大家好，我是楊慶，目前任職于英飛凌電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部大中華區(qū)產(chǎn)品管理經(jīng)理，主要負責MEMS聲學傳感器和壓力傳感器，多年從事音頻開發(fā)和MEMS麥克風的研究工作，對MEMS麥克風產(chǎn)品以及相關應用有著豐富的經(jīng)驗。

麥姆斯咨詢：據(jù)研究機構Omdia在2022年末發(fā)布的MEMS麥克風市場報告顯示，2021年英飛凌的MEMS麥克風裸芯片市場份額已經(jīng)提升至驚人的45%，連續(xù)多年穩(wěn)居全球MEMS麥克風裸芯片市場領導地位，英飛凌保持領先背后的核心優(yōu)勢有哪些？

楊慶：在我看來，英飛凌的領先優(yōu)勢一方面取決于英飛凌對核心技術的不斷創(chuàng)新，對更高聲學性能的不斷追求；另一方面在于英飛凌對產(chǎn)品質(zhì)量的嚴格管控和高效的技術支持，這兩方面因素使得英飛凌的MEMS產(chǎn)品具備更強的競爭力，同時也穩(wěn)定了英飛凌在MEMS麥克風行業(yè)內(nèi)的領先地位。

麥姆斯咨詢：請簡要介紹英飛凌XENSIV系列產(chǎn)品線，以及MEMS芯片技術的演進。

楊慶：XENSIV是英飛凌的產(chǎn)品商標，我此次研討會分享的就是XENSIV系列的MEMS麥克風。MEMS麥克風由最早的單背板（Single-back plate）技術發(fā)展到現(xiàn)在經(jīng)歷了將近20年。簡單來說，單背板結構就是一塊兒背極板配合著一層振膜，當振膜受到聲壓作用時會在背極板上方振動，利用振膜與背極板之間的距離變化關系傳遞電容信號的變化，這就是MEMS麥克風將空氣振動的機械能轉(zhuǎn)換為電能的基本感測原理。單背板架構如下圖所示：

英飛凌單背板（Single-back plate）架構示意圖

由于單背板MEMS麥克風輸出的是一個單端信號，為了增強MEMS麥克風的抗干擾能力，降低本底噪音，提高MEMS麥克風的信噪比，2017年，英飛凌成功量產(chǎn)了采用雙背板（Dual-back plate）技術差分輸出的MEMS麥克風產(chǎn)品，例如IM69D130、IM69D120等，將MEMS麥克風的信噪比提升到了69dB。

英飛凌雙背板（Dual-back plate）架構示意圖

為了能夠在消費級電子產(chǎn)品中實現(xiàn)錄音棚級別的音頻用戶體驗，同時進一步提高MEMS麥克風產(chǎn)品的可靠性，增強抗污染及防水能力，英飛凌于2021年又成功量產(chǎn)了采用密封雙振膜（Sealed dual-membrane， SDM）技術的新產(chǎn)品：IM73A135，信噪比進一步提高到了73dB，同時MEMS麥克風單體就能具備IP57級別的防塵和防水能力。

英飛凌密封雙振膜（Sealed dual-membrane， SDM）架構示意圖

麥姆斯咨詢：此次帶來的新款MEMS麥克風IM69D128S有何特性和性能優(yōu)勢？

楊慶：IM69D128S采用的就是SDM密封雙振膜的MEMS架構，主打低功耗和高性能。這款MEMS麥克風特別適合對功耗要求比較高的便攜式電子設備。MEMS麥克風要同時滿足高信噪比、低功耗、IP57防護這三方面的需求，對MEMS技術、制造工藝和產(chǎn)品管理提出了非常高的挑戰(zhàn)。IM69D128S不僅具備69dB的信噪比，同時在高性能模式下工作電流只有520μA，而且產(chǎn)品自身就能支持IP57級別的防塵和防水。

IM69D128S產(chǎn)品圖

麥姆斯咨詢：IM69D128S要面向哪些應用場景和用戶需求而開發(fā)？請舉例一些潛在的應用終端產(chǎn)品。

楊慶：主動降噪（ANC）、透傳、高清錄音、遠距離語音交互等應用都需要高信噪比MEMS麥克風。同時，便攜式電子產(chǎn)品期望具備更長的電池續(xù)航能力，而通話過程至少需要兩顆甚至三顆麥克風的參與。因此，長時間通話以及永久在線（Always on）語音喚醒等場景，使麥克風的能耗非常高，所以降低麥克風功耗也是英飛凌的重點研發(fā)方向之一。

憑借高性能和低功耗的優(yōu)勢，IM69D128S理想地適用于具備主動降噪功能的TWS耳機和頭戴式無線耳機，以及增強現(xiàn)實（AR）眼鏡、無線麥克風、智能平板等多種終端產(chǎn)品。

麥姆斯咨詢：請您詳細講解IM69D128S采用的核心技術，例如英飛凌的密封雙振膜（SDM）MEMS技術。

楊慶：如下圖所示，在密封雙振膜（SDM）結構中，有兩層振膜分布在背極板的上下兩側(cè)，這兩層振膜與基板（Substrate）之間的連接是完全密封的，異物無法侵入，而且整個振動區(qū)域接近真空，這提供了一個非常好的振動環(huán)境，有效降低了因振動引起的噪聲。同時，差分輸出抑制了信號傳輸線上的共模干擾，將MEMS麥克風的底噪控制做到了極致。受益于這種密封雙振膜的設計，我們在MEMS麥克風單體上實現(xiàn)了IP57級別的防護。

英飛凌MEMS芯片（左）和密封雙振膜結構示意圖（右）

麥姆斯咨詢：除了IM69D128S這一顆麥克風以外，請問英飛凌還有其它高性能麥克風可以推薦嗎？

楊慶：目前，我們主推的產(chǎn)品包括4顆數(shù)字麥克風和3顆模擬麥克風，它們的信噪比在68dB~73dB之間，聲學過載點（AOP）都在128 dB SPL以上，甚至達到135 dB SPL。下面我為大家簡單介紹一下這幾款產(chǎn)品的特性和應用。

MEMS數(shù)字麥克風系列：英飛凌目前量產(chǎn)的MEMS數(shù)字麥克風共有4款產(chǎn)品，分別是IM72D128、IM73D122、IM69D128S和IM70D122?！癐M”是Infineon MEMS的縮寫，緊隨其后的兩位數(shù)字（例如72）指的是信噪比（72dB），“D”意味著這是一顆數(shù)字麥克風，最后3位數(shù)字（例如128）指的是產(chǎn)品的AOP，所以從產(chǎn)品名稱上大家就能看出基本的性能指標。

IM72D128和IM73D122的外觀尺寸都是3 mm x 4 mm x 1.2 mm，而且pin腳完全兼容，它們的區(qū)別主要在于器件的靈敏度。IM72D128的靈敏度為-36dB FS，AOP達到128dB SPL，同時信噪比高達72dB。IM73D122的靈敏度雖然提高了10dB FS，但信噪比仍然提升到了73dB。

IM69D128S和IM70D122的尺寸更小一些，都是2.65 mm x 3.5 mm x 0.98 mm，二者的pin腳定義完全兼容，區(qū)別一方面在于靈敏度（前者的靈敏度為-37dB FS，后者為-26dB FS），另一方面AOP和信噪比也有些差異。除此以外，IM69D128S的ASIC芯片采用了全新的設計，可以把高性能模式下的功耗降低至約520μA，盡可能降低了MEMS麥克風單體端的能耗。

MEMS模擬麥克風系列：英飛凌目前共有3款MEMS模擬麥克風產(chǎn)品，分別是IM73A135、IM70A135和IM68A130。從物料名稱上就可以看出，這三款產(chǎn)品的信噪比從73dB逐個降低到68dB，這主要是因為產(chǎn)品尺寸越來越小，從3 mm x 4 mm x 1.2 mm縮小到3.35 mm x 2.5 mm x 1.0 mm。在有限的空間內(nèi)，我們盡可能的把聲學性能發(fā)揮到極致。IM73A135的信噪比高達73dB，AOP最高支持135dBSPL，同時THD可以控制在10%以內(nèi)，其實小于1% THD的AOP仍然可以支持到132dB SPL。IM70A135的尺寸更小，但AOP保持135dB SPL，在這樣的條件下信噪比仍然能夠?qū)崿F(xiàn)70dB。IM68A130的尺寸只有3.35 mm x 2.5 mm x 1.0 mm，具備68dB的信噪比和130dB SPL的AOP，它的功耗最低，CF-Low Frequency Cutoff Point也是最低，低頻可以支持到10Hz。

目前，在消費電子領域，英飛凌XENSIV麥克風的目標應用市場主要有4大類：耳機、筆記本電腦、會議系統(tǒng)和手機。除此以外，我們也在關注智能家居產(chǎn)品應用的語音控制、專業(yè)錄音器材以及安防設備應用的高清錄音等更廣泛的應用。我們期待英飛凌的產(chǎn)品能夠為用戶帶來更豐富、更美好的音頻體驗。

麥姆斯咨詢：為助力客戶應用開發(fā)及加速產(chǎn)品上市，英飛凌提供哪些技術支持？包括軟硬件、開發(fā)工具等。

楊慶：在項目研發(fā)初期，英飛凌可以提供一系列的MEMS麥克風評估板供客戶評估測試，以確定最佳的選型。

在研發(fā)設計階段，英飛凌提供全面的Review工作，包括原理圖、layout以及結構設計。同時，我們還可以根據(jù)客戶的設計圖紙做出聲學仿真，輸出可行性的改善建議。在英飛凌音頻實驗室，我們還能夠協(xié)助客戶做麥克風相關的測試。

在項目試產(chǎn)和量產(chǎn)階段，英飛凌則能夠為客戶提供產(chǎn)線支持，排除產(chǎn)線上的不良隱患，提高生產(chǎn)組裝效率。

麥姆斯咨詢：預計何時正式開放訂購這些高性能的MEMS麥克風，客戶可以通過哪些渠道獲得樣品？

楊慶：這些MEMS麥克風都已經(jīng)正式量產(chǎn)，客戶可以通過英飛凌官網(wǎng)或者直接聯(lián)系英飛凌的銷售窗口申請樣品以及訂購。未來我們還會繼續(xù)努力，開發(fā)出更多優(yōu)秀的MEMS麥克風產(chǎn)品，助力客戶的音頻性能提升到更高的水平。