“技術(shù)創(chuàng)新+質(zhì)量管理”成就英飛凌MEMS領(lǐng)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?xiàng)顟c

采訪背景：隨著消費(fèi)類音頻電子設(shè)備對(duì)用戶體驗(yàn)的孜孜追求、對(duì)各種功能的推陳出新，同時(shí)也得益于蘋果AirPods等爆款產(chǎn)品的潮流引領(lǐng)，業(yè)界對(duì)MEMS麥克風(fēng)（或稱為硅麥克風(fēng)）的性能要求不斷提高。例如，指向性降噪及遠(yuǎn)場(chǎng)語(yǔ)音識(shí)別功能需要一致性好（靈敏度、相位、頻率響應(yīng)）、信噪比（SNR）高（68dB以上）的MEMS麥克風(fēng)；主動(dòng)降噪功能對(duì)于在大聲壓、低失真場(chǎng)景下的應(yīng)用也提出了要求，為此MEMS麥克風(fēng)需要具有更高的聲學(xué)過(guò)載點(diǎn)（130dB以上）和更好的低頻響應(yīng)（15~20Hz保持平坦），以避免輸出信號(hào)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(shè)備還對(duì)MEMS麥克風(fēng)的低功耗具有強(qiáng)烈的需求。為滿足上述日益增長(zhǎng)的性能要求，MEMS麥克風(fēng)芯片市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者英飛凌（Infineon）近日舉辦了一場(chǎng)“英飛凌XENSIV硅麥克風(fēng)”主題線上研討會(huì)，為大家介紹了支持更高信噪比和IP57級(jí)別防護(hù)的XENSIV硅麥克風(fēng)新產(chǎn)品及目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域。麥姆斯咨詢會(huì)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?xiàng)顟c。

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?xiàng)顟c

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(qǐng)您做一下自我介紹，以及在英飛凌的業(yè)務(wù)職責(zé)。

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(fù)責(zé)MEMS聲學(xué)傳感器和壓力傳感器，多年從事音頻開發(fā)和MEMS麥克風(fēng)的研究工作，對(duì)MEMS麥克風(fēng)產(chǎn)品以及相關(guān)應(yīng)用有著豐富的經(jīng)驗(yàn)。

麥姆斯咨詢：據(jù)研究機(jī)構(gòu)Omdia在2022年末發(fā)布的MEMS麥克風(fēng)市場(chǎng)報(bào)告顯示，2021年英飛凌的MEMS麥克風(fēng)裸芯片市場(chǎng)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(fēng)裸芯片市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位，英飛凌保持領(lǐng)先背后的核心優(yōu)勢(shì)有哪些？

楊慶：在我看來(lái)，英飛凌的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)一方面取決于英飛凌對(duì)核心技術(shù)的不斷創(chuàng)新，對(duì)更高聲學(xué)性能的不斷追求；另一方面在于英飛凌對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)格管控和高效的技術(shù)支持，這兩方面因素使得英飛凌的MEMS產(chǎn)品具備更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也穩(wěn)定了英飛凌在MEMS麥克風(fēng)行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先地位。

麥姆斯咨詢：請(qǐng)簡(jiǎn)要介紹英飛凌XENSIV系列產(chǎn)品線，以及MEMS芯片技術(shù)的演進(jìn)。

楊慶：XENSIV是英飛凌的產(chǎn)品商標(biāo)，我此次研討會(huì)分享的就是XENSIV系列的MEMS麥克風(fēng)。MEMS麥克風(fēng)由最早的單背板（Single-back plate）技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在經(jīng)歷了將近20年。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，單背板結(jié)構(gòu)就是一塊兒背極板配合著一層振膜，當(dāng)振膜受到聲壓作用時(shí)會(huì)在背極板上方振動(dòng)，利用振膜與背極板之間的距離變化關(guān)系傳遞電容信號(hào)的變化，這就是MEMS麥克風(fēng)將空氣振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的基本感測(cè)原理。單背板架構(gòu)如下圖所示：

英飛凌單背板（Single-back plate）架構(gòu)示意圖

由于單背板MEMS麥克風(fēng)輸出的是一個(gè)單端信號(hào)，為了增強(qiáng)MEMS麥克風(fēng)的抗干擾能力，降低本底噪音，提高M(jìn)EMS麥克風(fēng)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(shù)差分輸出的MEMS麥克風(fēng)產(chǎn)品，例如IM69D130、IM69D120等，將MEMS麥克風(fēng)的信噪比提升到了69dB。

英飛凌雙背板（Dual-back plate）架構(gòu)示意圖

為了能夠在消費(fèi)級(jí)電子產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)錄音棚級(jí)別的音頻用戶體驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)一步提高M(jìn)EMS麥克風(fēng)產(chǎn)品的可靠性，增強(qiáng)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(shù)的新產(chǎn)品：IM73A135，信噪比進(jìn)一步提高到了73dB，同時(shí)MEMS麥克風(fēng)單體就能具備IP57級(jí)別的防塵和防水能力。

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

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

楊慶：IM69D128S采用的就是SDM密封雙振膜的MEMS架構(gòu)，主打低功耗和高性能。這款MEMS麥克風(fēng)特別適合對(duì)功耗要求比較高的便攜式電子設(shè)備。MEMS麥克風(fēng)要同時(shí)滿足高信噪比、低功耗、IP57防護(hù)這三方面的需求，對(duì)MEMS技術(shù)、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(shí)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(jí)別的防塵和防水。

IM69D128S產(chǎn)品圖

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

楊慶：主動(dòng)降噪（ANC）、透?jìng)?、高清錄音、遠(yuǎn)距離語(yǔ)音交互等應(yīng)用都需要高信噪比MEMS麥克風(fēng)。同時(shí)，便攜式電子產(chǎn)品期望具備更長(zhǎng)的電池續(xù)航能力，而通話過(guò)程至少需要兩顆甚至三顆麥克風(fēng)的參與。因此，長(zhǎng)時(shí)間通話以及永久在線（Always on）語(yǔ)音喚醒等場(chǎng)景，使麥克風(fēng)的能耗非常高，所以降低麥克風(fēng)功耗也是英飛凌的重點(diǎn)研發(fā)方向之一。

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

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

楊慶：如下圖所示，在密封雙振膜（SDM）結(jié)構(gòu)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(wú)法侵入，而且整個(gè)振動(dòng)區(qū)域接近真空，這提供了一個(gè)非常好的振動(dòng)環(huán)境，有效降低了因振動(dòng)引起的噪聲。同時(shí)，差分輸出抑制了信號(hào)傳輸線上的共模干擾，將MEMS麥克風(fēng)的底噪控制做到了極致。受益于這種密封雙振膜的設(shè)計(jì)，我們?cè)贛EMS麥克風(fēng)單體上實(shí)現(xiàn)了IP57級(jí)別的防護(hù)。

英飛凌MEMS芯片（左）和密封雙振膜結(jié)構(gòu)示意圖（右）

麥姆斯咨詢：除了IM69D128S這一顆麥克風(fēng)以外，請(qǐng)問(wèn)英飛凌還有其它高性能麥克風(fēng)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(fēng)和3顆模擬麥克風(fēng)，它們的信噪比在68dB~73dB之間，聲學(xué)過(guò)載點(diǎn)（AOP）都在128 dB SPL以上，甚至達(dá)到135 dB SPL。下面我為大家簡(jiǎn)單介紹一下這幾款產(chǎn)品的特性和應(yīng)用。

MEMS數(shù)字麥克風(fēng)系列：英飛凌目前量產(chǎn)的MEMS數(shù)字麥克風(fēng)共有4款產(chǎn)品，分別是IM72D128、IM73D122、IM69D128S和IM70D122。“IM”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(fēng)，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(biāo)。

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(dá)到128dB SPL，同時(shí)信噪比高達(dá)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(shè)計(jì)，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(fēng)單體端的能耗。

MEMS模擬麥克風(fēng)系列：英飛凌目前共有3款MEMS模擬麥克風(fēng)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(gè)降低到68dB，這主要是因?yàn)楫a(chǎn)品尺寸越來(lái)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(xué)性能發(fā)揮到極致。IM73A135的信噪比高達(dá)73dB，AOP最高支持135dBSPL，同時(shí)THD可以控制在10%以內(nèi)，其實(shí)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(fèi)電子領(lǐng)域，英飛凌XENSIV麥克風(fēng)的目標(biāo)應(yīng)用市場(chǎng)主要有4大類：耳機(jī)、筆記本電腦、會(huì)議系統(tǒng)和手機(jī)。除此以外，我們也在關(guān)注智能家居產(chǎn)品應(yīng)用的語(yǔ)音控制、專業(yè)錄音器材以及安防設(shè)備應(yīng)用的高清錄音等更廣泛的應(yīng)用。我們期待英飛凌的產(chǎn)品能夠?yàn)橛脩魩?lái)更豐富、更美好的音頻體驗(yàn)。

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

楊慶：在項(xiàng)目研發(fā)初期，英飛凌可以提供一系列的MEMS麥克風(fēng)評(píng)估板供客戶評(píng)估測(cè)試，以確定最佳的選型。

在研發(fā)設(shè)計(jì)階段，英飛凌提供全面的Review工作，包括原理圖、layout以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)，我們還可以根據(jù)客戶的設(shè)計(jì)圖紙做出聲學(xué)仿真，輸出可行性的改善建議。在英飛凌音頻實(shí)驗(yàn)室，我們還能夠協(xié)助客戶做麥克風(fēng)相關(guān)的測(cè)試。

在項(xiàng)目試產(chǎn)和量產(chǎn)階段，英飛凌則能夠?yàn)榭蛻籼峁┊a(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(yù)計(jì)何時(shí)正式開放訂購(gòu)這些高性能的MEMS麥克風(fēng)，客戶可以通過(guò)哪些渠道獲得樣品？

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