logotypen
 
 

IN FOCUS

IP suojaan ulkoiseen muistiin

Monet markkinoilla olevat mikro-ohjaimet tarjoavat tallennuskapasiteettia muutamien megatavujen verran, mikä vaikuttaa merkittävästi tuotteen hintaan. Sopiva vaihtoehtoinen ratkaisu on käyttää ulkoista muistia, jota voidaan hankkia suuremmissa määrissä selvästi edullisempaan hintaan ja useilla eri kapasiteettivaihtoehdoilla – yleensä muutamasta megatavusta satoihin megatavuihin.

Lue lisää...

Kun järjestelmä sisältää yhden tai useampia mikrofoneja, suunnittelijan täytyy valita, käyttääkö MEMS- vai ECM-rakenteista mikrofonia. Kummallakin on omat etunsa käyttökohteesta riippuen. Audiokomponentteja valmistava CUI tukee kumpaakin tekniikkaa ja tarjoaa suunnittelijoille laajan valikoiman sekä MEMS- että ECM-mikrofoneja.

Artikkelin kirjoittaja Bruce Rose toimii CUI-yhtiön päätuotteiden sovellusinsinöörinä.

Ääniviestintä kotikäyttöön tarkoitettujen digitaaliavustajien ja muiden älykkäiden koneiden kanssa on nouseva trendi. Kehitys toimii veturina uusille huipputeknisille tuotteille, jotka kykenevät kuuntelemanomaa ympäristöään, tulkitsemaan sanallisia komentoja sekä keräämään kontekstuaalista dataa ja ympäristötietoja.

Tämän vuoksi uusien MEMS-tyyppisten (Micro-Electro-Mechanical System) mikrofonien markkinat kasvavat nopeasti, mutta MEMS ei ole ainoa tämän sektorin tekninen vaihtoehto. Perinteinen elektreettikalvoon perustuva kondensaattorimikrofoni (ECM) on yhä elinkelpoinen ehdokas moniin sovelluksiin. Kummankin mikrofonityypin vahvuuksien arvioimiseksi on syytä ensin tarkastella niiden toimintaperiaatteita ja rakenteen yksityiskohtia.

MEMS-mikrofonin periaate

MEMS-mikrofonin tyypillinen rakenne (kuva 1) yhdistää MEMS-muunninsirun signaalinkäsittelystä vastaavaan ASIC-piiriin, joka on sijoitettu muuntimen viereen piirilevylle. Rakenteen päälle on asennettu sopivan muotoinen suojakotelo, esimerkiksi metallinen kannu. Jotta ääniaallot pääsevät itse anturiin, tarvitaan myös pieni reikä, joka voidaan työstää joko suojakoteloon tai piirilevyyn riippuen siitä, onko mikrofoni suunnattu ylös- vai alaspäin.

Kuva 1. MEMS-mikrofonin tyypillinen rakenne.

MEMS-muunnin on valmistettu tekemällä piistä mekaaninen kalvo ja sille tukirakenne selektiivisellä syövytysprosessilla. Kun äänenpaine saa kalvon taipumaan, tuloksena syntyvä kapasitanssin muutos muunnetaan sähköiseksi signaaliksi ASIC-piirissä. Piiri sisältää äänen esivahvistimen, jonka analoginen lähtösignaali saadaan suoraan sirulta.

Toisaalta digitaalisessa toimintamuodossa mikrofonin esivahvistimen signaali kytketään AD-muuntimeen ja kooderiin, jotka nekin on integroitu ASIC-piiriin. Pulssintiheysmodulaatio PDM on suosittu digitaalinen koodausmuoto. Sen lisäksi että se helpottaa signaalinkäsittelyä vaatiessaan vain kellosignaalin ja yhden datalinjan, se myös helpottaa vastaanottimessa suoritettavaa dekoodausta. Kuvassa 2 on vertailtu MEMS-mikrofonin käyttöä analogisessa ja digitaalisessa toimintamuodossa.

Kuva 2. Analoginen mikrofonikytkentä (vas.) takaa rakenteen yksinkertaisuuden, digitaalinen kytkentä (oik.) puolestaan tarjoaa etuna mm. hyvän kohinansiedon.

ECM-mikrofonin periaate

Kuva 3 esittää elektreettikalvoon perustuvan kondensaattorimikrofonin tyypillistä rakennetta. Elektreettimateriaalilla on kiinteä pintavaraus ja se on asennettu kalvon muotoisena metallisen aluslevyn ja muovirenkaan väliin. Kalvo on asetettu hyvin lähelle johtavaa levyä, jolloin ne muodostavat yhdessä kondensaattorin, jossa levyjen väliin jäävä ilma toimii dielektrisenä materiaalina. Äänenpaine saa kalvon taipumaan, mikä aiheuttaa muutoksen levyjen väliseen kapasitanssiin. Se taas tuottaa äänen mukaan vaihtelevan jännitteen ΔV = Q / ΔC (jossa Q = kiinteä varaus).

Kuva 3. ECM-mikrofonin tyypillinen rakenne.

Kuvassa 3 näkyvä transistori on tyypiltään liitosfetti eli JFET. Se vahvistaa ja puskuroi äänen mukaan vaihtelevan jännitesignaalin. JFET on tavallisesti asetettu yhteislähde-kytkentään (common source), jolloin ulkoinen kuormitusvastus ja DC-estokondensaattori sijaitsevat ulkopuolisessa sovelluspiirissä, kuten kuvasta 4 nähdään.

Kuva 4. Tyypillinen ECM-mikrofonin sovelluskytkentä.

Ominaisuuksien vertailua

MEMS-mikrofoni tarjoaa useita etuja. Sellainen on esimerkiksi komponentin hyvin pienikokoinen kotelo, joka tekee siitä houkuttelevan vaihtoehdon sovelluksiin, joissa tilaa on niukasti käytettävissä. Koska mukaan on integroitu sekä analogisen että digitaalisen signaalin käsittelypiiri, suunnittelussa päästään merkittäviin säästöihin sekä tarvittavassa piirilevyalassa että materiaalikustannuksissa.

Toinen tärkeä vahvuus on MEMS-mikrofonin suhteellisen alhainen lähtöimpedanssi, joten ulkopuolelta tulevat sähköiset häiriö- ja kohinasignaalit eivät juuri vaikuta digitaalipiirien toimintaan. Tämän ansiosta sitä voidaan käyttää ympäristöissä, joissa esiintyy voimakkaita sähkömagneettisia ja radiotaajuisia häiriökenttiä tai joissa tarvitaan pitkiä johtimia mikrofonin kytkemiseksi. MEMS-mikrofonilla on myös erittäin vahva immuniteetti mekaanisen värähtelyn aiheuttamia häiriöitä vastaan.

Lisäksi nykyiset ASIC-valmistusprosessit varmistavat piirin sähköisten parametrien yhtenevyyden ja erinomaisen lämpövakauden, jolloin suunnittelijat voivat luottaa erittäin yhdenmukaisiin ominaisuuksiin kaikissa sovelluksissa, joissa tarvitaan useita mikrofoneja. MEMS-mikrofoneja on myös helppo käsitellä lopputuotteiden kokoonpanossa, sillä ne soveltuvat pintaliitosprosesseihin ja tavanomaisiin lyijyttömiin reflow-juotoksiin.

Toisaalta ECM-mikrofoneillakin on useita ominaisuuksia, jotka tekevät niistä houkuttelevan vaihtoehdon joihinkin sovelluksiin. Yksi niistä on hyvin laaja valikoima sähköisen kytkennän vaihtoehtoja. Valittavissa on nastoja, johtimia, juotostäpliä ja jousikoskettimia sekä lisäksi pintaliitoskontakteja, joiden avulla suunnittelijat voivat halutessaan päästä perinteisestä piirilevyasennuksesta kokonaan eroon. Lisäksi komponentin suurempi fyysinen koko yksinkertaistaa suojaustoimia pölyä ja kosteutta vastaan. CUI:n valmistamien ECM-mikrofonien laajan valikoiman korkeat IP-luokitukset (Ingress Protection) ovat saatavissa yhteenvetona netistä.

Toisen tärkeän edun muodostavat ECM-rakenteen monipuoliset akustiset ominaisuudet. Esimerkiksi yksisuuntaiset ja kohinaa poistavat mikrofonit antavat suunnittelijoille mahdollisuuden hyödyntää epäyhtenäistä tilaherkkyyttä, jolloin voidaan varmistaa vahva immuniteetti taustalla esiintyvää audiokohinaa ja hälyääniä vastaan. ECM-mikrofonilla on yleensä myös varsin laaja käyttöjännitealue, joka takaa luotettavan toiminnan kohteissa, joissa syöttöjännitteen vakavointi on toteutettu löyhästi.

Lisäksi ECM saattaa olla edullinen valinta silloin, kun jo aiemmin valmistettua tuotetta päivitetään. Monet aiemmin valmistetut laitteet sisältävät tämän tyyppisiä mikrofoneja, ja joskus voi olla helppo ratkaisu valita jälleen sama tekniikka – nykyisten entistä laadukkaampien rakenteiden ja materiaalien eduista yleensä samalla hyötyen. Tämä virtaviivaistaa tuotteen uudelleen suunnittelua ja nopeuttaa markkinoille tuomista.

Joustavuutta suunnitteluun

Viime kädessä erilaisten rajoitteiden yhdistelmä on se tekijä, joka määrittää optimaalisen mikrofoninvalinnan mihin tahansa sovellukseen. Laaja valikoima erilaisia MEMS- ja ECM-mikrofoneja tuo suunnittelijoiden kaipaamaa joustavuutta tähän valintaan.

MEMS-tekniikka hallitsee tällä hetkellä markkinoiden kasvutilastoja lukuisten luontaisten etujensa ansiosta, mutta monipuoliset liitäntämahdollisuudet ja akustiset suuntausominaisuudet ovat ECM-mikrofonien kaksi tärkeää vahvuutta, joita suunnittelijat yhä arvostavat päivittäessään jo aiemmin tehtyjä tuotteita tai suunnitellessaan kokonaan uusia. CUI on sitoutunut kumpaankin tekniikkaan ja tulee ylläpitämään erittäin laajaa mikrofonituotteiden valikoimaa tarjotakseen parhaat mahdolliset valintamahdollisuudet asiakkailleen.

Lisätietoja

CUI:n kaikki ECM- ja MEMS-mikrofonit

MORE NEWS

Tänä vuonna jo joka viides uusi auto kulkee sähköllä

Sähköautojen suosio jatkaa kasvuaan haasteista ja epäilyksistä huolimatta. Uusimpien tilastojen mukaan vuonna 2025 jo 18 % maailmanlaajuisista autokaupoista kohdistuu sähköautoihin – kolme kertaa enemmän kuin viisi vuotta sitten.

Microsoft lähti liikkeelle 50 vuotta sitten BASIC-tulkista

Microsoft juhlii tänä vuonna 50-vuotista taivaltaan, ja juhlan kunniaksi yhtiön perustaja Bill Gates julkaisi alkuperäisen ohjelmakoodin, joka käynnisti koko teknologiayrityksen – Altair BASIC -tulkin. Gatesin mukaan kyseessä on "siistein koodi, jonka olen koskaan kirjoittanut".

Rohde lisäsi tehoa EMC-mittauksiin

Rohde & Schwarz on julkaissut päivitetyn version ELEKTRA-ohjelmistostaan, joka tuo lisää tehoa ja automaatiota EMC-mittauksiin. Uusi ohjelmistoversio tukee kaikkia ajankohtaisia EMC-standardeja eri toimialoilla – mukaan lukien kaupallinen elektroniikka, autoteollisuus, langattomat järjestelmät, puolustus ja ilmailu.

Tekoäly vaikuttaa lähes joka toiseen työpaikkaan

Tekoäly on nopeasti nousemassa maailman talouksien uudeksi moottoriksi – ja murroksen keskiössä ovat työmarkkinat. YK:n kauppa- ja kehitysjärjestön (UNCTAD) tuoreen Technology and Innovation Report 2025 -julkaisun mukaan jopa 40 prosenttia maailman työpaikoista on alttiina tekoälyn vaikutuksille. Se voi tarkoittaa joko työn automatisointia tai sitä, että työtehtävät muuttuvat perustavalla tavalla.

Tamperelaissiru purkaa useampia audiovirtoja kuin mikään muu prosessori

Tamperelainen VLSI Solution on julkaissut uuden sukupolven audioprosessorin, joka asettaa uudet standardit äänenkäsittelylle sulautetuissa järjestelmissä. VS1073-uutuuspiiri pystyy purkamaan ja käsittelemään enemmän äänenpakkausmuotoja kuin mikään muu prosessori markkinoilla – mukaan lukien uudet tuetut formaatit kuten ALAC, DSD, Opus ja AC-3.

Uusi LUMI-supertietokone yllättää: kylkeen tulee kvanttitietokone

Suomeen rakennetaan maailman tehokkainta tekoälysupertietokonetta, ja sen rinnalle kehitetään nyt myös täysin uusi kvanttilaskenta-alusta. LUMI AI Factory -hankkeen johtaja Pekka Manninen vahvistaa, että uusi huippuluokan laskentaympäristö käynnistyy keväällä 2027.

Samsungin uusin tuo tekoälyn jäässä oleville tablettimarkkinoille

Tablettimarkkinat hakevat suuntaa, mutta Samsung uskoo tekoälyyn. Yhtiö julkaisi 2. huhtikuuta uuden Galaxy Tab S10 FE -sarjan, joka tuo älykkäät ominaisuudet yhä useamman käyttäjän ulottuville. Vaikka markkina kokonaisuudessaan junnaa lähes paikallaan, Samsung pyrkii herättelemään sitä AI-pohjaisella tuottavuudella ja kevyellä muotoilulla.

Trumpin tullit aiheuttavat suurta epävarmuutta puolijohdealalla

Yhdysvaltain presidentti Donald Trump on ilmoittanut uusista tullipolitiikoista, jotka uhkaavat horjuttaa puolijohdeteollisuuden globaaleja toimitusketjuja. Trumpin hallinto on määrännyt 10 prosentin perustullin kaikkiin tuontituotteisiin ja jopa 32 prosentin tullit valikoiduille maille, kuten Taiwanille. Vaikka Taiwanin puolijohteet ovat toistaiseksi tullivapaita, alan toimijat elävät epävarmuudessa mahdollisista tulevista muutoksista.

Maailman ensimmäisessä MEMS-kompassissa ei ole liikkuvia osia

Ranskalainen teknologiayritys SBG Systems on esitellyt maailman ensimmäisen MEMS-pohjaisen gyrokompassin, joka kykenee määrittämään suunnan ilman GNSS-apua ja täysin ilman liikkuvia osia. Tämä inertianavigoinnin läpimurto avaa uuden luvun tarkassa ja kompaktissa paikannuksessa, erityisesti merenkulun ja robotiikan sovelluksissa.

Cadence demosi eurooppalaisvoimin kehitettyä ajoneuvojen SoC-piiriä

Euroopassa pitäisi vähentää riippuvuutta sekä kiinalaisesta että amerikkalaisesta tekniikasta. Muutaman viikon takaisilla Nürnbergin Embedded World -messuilla nähtiinkin tähän suuntaan kasvavia versoja. Esimerkiksi Cadence ja saksalainen Dream Chip Technologies esittelivät uuden sukupolven älykkään SoC-järjestelmäpiirin ajoneuvosovelluksiin.

LUMI-tekoälytehdas on yksi ensimmäisiä Euroopassa

LUMI-tekoälytehdas avaa uuden luvun eurooppalaisessa tekoälyn kehityksessä yhdistämällä huipputeknologian, asiantuntijuuden ja yhteistyön ainutlaatuiseksi kokonaisuudeksi. Tekoälyhubin fyysiset tilat sijoittuvat Espoon Otaniemeen Aalto-yliopiston yhteyteen, ja laskennan ydin toimii Kajaanissa, missä nykyinen LUMI-supertietokone tarjoaa maailmanluokan suorituskykyä tekoälykehitykselle.

Jyväskylän ylioppilaskylään maailman nopein opiskelijanetti

Kotimainen valokuituyhtiö Lounea toteutti Jyväskylän yliopiston ylioppilaskunnan Soihtu-asuntoihin huippumodernit nettiyhteydet. Opiskelijakylä nousi kerralla maailman kärkeen tarjoamalla asukkailleen poikkeuksellisen nopeat verkkoyhteydet. 

Painetun elektroniikan tutkija TactoTekin teknologiajohtajaksi

Oululaistaustainen elektroniikkayhtiö TactoTek on nimittänyt tekniikan tohtori Pälvi Apilon uudeksi teknologiajohtajakseen. Apilo on ollut osa TactoTekin asiantuntijatiimiä vuodesta 2018 ja toiminut viimeksi yhtiön ennakoinnin ja tutkimuksen johtajana.

Linuxista tulee parempi pelaajille

Linux-kernelin tuore 6.14-päivitys lupaa merkittäviä suorituskykyparannuksia Windows-pelejä pelaaville Linux-käyttäjille. Ytimeen on tuotu parannettu NTsync-ajuri, jonka ansiosta Wine- ja Proton-yhteensopivuuskerrosten kautta ajettavat pelit voivat hyötyä jopa satojen prosenttien teholisästä tietyissä tilanteissa.

Eficoden aprillijuttu oli hieno

Yli 600 koodaajan ohjelmistotalo Eficode päätti tänä vuonna aprillipäivän kunniaksi viedä kehittäjähuumorin uudelle tasolle julkaisemalla kuvitteellisen SUAMI-järjestelmän – Single Unified AI Metrics Indicator – joka mittaa kehittäjien tuottavuutta sielunmaiseman, eksistentiaalisen ahdistuksen ja astrologian avulla.

Maksupäätteen kosketusnäyttö vaatii vahvan tietoturvan

Kosketusnäyttö on olennainen osa jokaista nykyaikaista maksujärjestelmää ja myyntipisteen POS-päätettä (point of sale terminal). Sen tietoturvaan on kiinnitettävä erityistä huomiota.

Taivuteltavien älypuhelimien markkina kutistuu ensimmäistä kertaa

Taivuteltavien älypuhelimien maailmanlaajuinen markkina kutistuu tänä vuonna ensimmäistä kertaa historiassaan, kertoo Counterpoint Researchin tuore ennuste. Vuonna 2025 odotetaan neljän prosentin laskua, mikä katkaisee segmentin tähän asti kasvaneen trendin.

Tekoäly havaitsee poikkeamat avaruudessa

AMD on julkistanut uuden avaruuskelpoisen järjestelmäpiirin, Versal AI Edge XQRVE2302:n. Se vie tekoälypäättelyn (AI inferencing) avaruuteen. Piiri on nyt saavuttanut Class B -luokituksen, joka perustuu Yhdysvaltain puolustusvoimien MIL-PRF-38535-standardin vaatimuksiin.

Julkinen Wi-Fi altistaa hakkereille – silti miljoonat ottavat riskin

Julkiset Wi-Fi-verkot löytyvät lähes jokaisesta kahvilasta, junasta ja lentokentältä. Ne houkuttelevat nopeaan nettiyhteyteen liikkeellä ollessa, mutta uuden globaalin tutkimuksen mukaan kyseessä on digitaalinen miinakenttä. Kyberturvayhtiö NordVPN:n teettämä kysely paljastaa, että 69 % matkustajista on huolissaan kyberuhkista matkan aikana – ja pelko on perusteltu.

Uudenlainen fotonitutka sopii moneen käyttöön

Belgialainen mikroelektroniikan tutkimusorganisaatio IMEC on kehittänyt uraauurtavan tutkajärjestelmän, joka voi mullistaa niin autoteollisuuden kuin terveydenhuollonkin tarkan havainnoinnin ratkaisut. Kyseessä on maailman ensimmäinen fotoniikkaan pohjautuva, koherenttiin signaalinjakeluun kykenevä 144 gigahertsin tutkajärjestelmä.

Maksupäätteen kosketusnäyttö vaatii vahvan tietoturvan

Kosketusnäyttö on olennainen osa jokaista nykyaikaista maksujärjestelmää ja myyntipisteen POS-päätettä (point of sale terminal). Sen tietoturvaan on kiinnitettävä erityistä huomiota.

Lue lisää...

Tekoäly vaikuttaa lähes joka toiseen työpaikkaan

Tekoäly on nopeasti nousemassa maailman talouksien uudeksi moottoriksi – ja murroksen keskiössä ovat työmarkkinat. YK:n kauppa- ja kehitysjärjestön (UNCTAD) tuoreen Technology and Innovation Report 2025 -julkaisun mukaan jopa 40 prosenttia maailman työpaikoista on alttiina tekoälyn vaikutuksille. Se voi tarkoittaa joko työn automatisointia tai sitä, että työtehtävät muuttuvat perustavalla tavalla.

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
 R&S -seminaari: 5G Advanced & Beyond
Oulussa 13.5.2025
Espoossa 14.5.2025
 
R&S -seminaari: Calibration
Tampereella 22.5.2025

Seminaareihin ilmoittautuminen ja tiedustelut:
asiakaspalvelu@rohde&schwarz
 

 

LATEST NEWS

NEW PRODUCTS

 

ETNinsta

THIS SPACE TEMPORARILY LEFT BLANK
 
article