MEMS 麥克風的整體性能與應用相容性受到多種關鍵技術特性的影響。這些特性涵蓋了聲學表現、抗干擾能力、輸出類型以及實體整合等面向。
以下是影響 MEMS 麥克風選擇與表現的重要技術特性：
聲學性能指標 (Acoustic Performance Metrics)
這些特性直接決定了麥克風在不同聲場環境下的音訊擷取品質：
1. 信噪比 (Signal-to-Noise Ratio, S/N)：S/N 是衡量麥克風性能的關鍵指標。
◦ 商品化的類比和數位 MEMS 麥克風已可達到 60 dB S/N 或更高。
◦ 對於主動降噪（ANC）耳機等應用，通常需要 65 dB S/N 或更高。
◦ 某些類比 MEMS 麥克風可以做得更好，例如在 2017 年時，有些供應商已達到 70 dB。
2. 聲學過載點 (Acoustic Overload Point, AOP)：這是指麥克風訊號開始出現嚴重失真的聲壓級。
◦ 類比 MEMS 麥克風通常具有更好的 AOP，並且過載時的表現更為「優雅」。類比 AOP 往往會超過
120 dB，在某些 MEMS 麥克風上甚至可能達到 130 dB 或更高。
◦ 數位 MEMS 麥克風的 AOP 可能低至 116 dB，更常見的是 120 dB。
3. 指向性 (Directivity)：目前MEMS 麥克風本身大都是全向性的（Omnidirectional）。
◦ 若要實現方向特性，需要將多個 MEMS 麥克風組成陣列，或利用特定的聲學設計來達成。
◦ ZILLTEK 目前有指向性MEMS MIC
選擇類比或數位輸出，以及是否採用差分拓撲，極大地影響了應用相容性與抗雜訊能力：
1. 輸出類型 (Analog vs. Digital)：
◦ 類比 MEMS 麥克風:提供單端（single-ended）或平衡差動（balanced differential輸出。
◦ 數位 MEMS 麥克風:的 ASIC 包含模數轉換器（ADC），通常提供脈衝編碼調製（PCM）輸出，但也有些提供 I2S 數位輸出。
2. 抗干擾性 (Immunity)：
◦ 數位 MEMS 麥克風比類比 MEMS 具有更高的抗干擾能力。為了加快產品上市時間，避免因雜訊問題而調整電路板佈局，數位化是最佳選擇。
◦ 如果產品對麥克風性能要求極高，則類比通常是更好的選擇。
◦ 在會出現電磁干擾（EMI）/射頻（RF）浮動的產品中，使用平衡輸出類比 MEMS 麥克風是一種很好的防禦工程措施。
電源與雜訊抑制 (Power and Noise Rejection): 電源雜訊對麥克風的性能穩定性至關重要.
1. 電源抑制比 (Power Supply Rejection Ratio, PSRR)：
◦ PSRR 是衡量特定元件（如 MEMS 麥克風）抑制電源雜訊量的指標。
◦ 電源可能受到開關式電源供應器、繼電器、馬達等傾倒的 AC 雜物和暫態干擾（PSR）。
◦ PSRR 提供了電路抑制輸入端注入的各種頻率紋波的程度的測量。目前更受關注的干擾源通常包括移動（GSM）和分時多工（TDM）智慧型手機的脈衝。
2. 偏置與功耗：
◦ MEMS 麥克風需要一點偏置電壓。
◦ MEMS 麥克風所需的功率比駐極體電容麥克風（ECM）要少一些。
實體整合與結構 (Physical Integration and Structure): 這些特性決定了 MEMS 麥克風的應用相容性和設計要求：
1. 封裝與尺寸：
◦ MEMS 麥克風是使用表面貼裝技術（SMT）安裝的微型模組。
◦ 預設的包絡尺寸約為 3.50 mm × 2.65 mm × 0.98 mm。不過，許多供應商提供更緊湊的封裝。
2. 聲孔位置 (Port Location)：
◦ SMT 封裝的 MEMS 麥克風可以是底部端口（Bottom port）或頂部端口（Top port）。
◦ 如果採用底部端口，則流焊的電路板必須很薄（可能是柔性 PCB），並需有一個與 MEMS 麥克風端口對齊的孔。
◦ 儘管傳統上底部端口用於彌補信噪比的缺陷，但如今 MEMS 麥克風無論使用哪種方法，都可以提供高性能。
3. 元件拓撲：
◦ MEMS 麥克風通常由電容式麥克風元件連接到 ASIC 組成。
◦ 新一代 MEMS 麥克風則使用壓電麥克風元件與 ASIC 配合使用。
◦ 有些 MEMS 麥克風具有單個基板，將麥克風和前置放大器都放置在一塊矽上。
Zilltek 有上進音(Top)，下進音(Bottom)，更又獨一無二的側進音(side)數位式 MEMS MIC.
Q/A
1️⃣ 問：為什麼信噪比（S/N）對 MEMS 麥克風的性能至關重要？
答：信噪比代表麥克風擷取有用聲音訊號時，能排除背景雜訊的能力。S/N 越高，音訊品質越清晰。一般商品化 MEMS 麥克風可達 60 dB 以上，而主動降噪耳機則需 65 dB 以上，部分高階類比麥克風甚至達到 70 dB。
2️⃣ 問：什麼是聲學過載點（AOP），類比與數位 MEMS 麥克風有何差異？
答：AOP 是指麥克風開始失真時的最大聲壓級。類比 MEMS 麥克風通常有更高的 AOP（超過 120 dB，甚至達 130 dB），且失真較「優雅」；數位 MEMS 麥克風則常見於 116–120 dB。
3️⃣ 問：MEMS 麥克風的指向性如何實現？
答：單顆 MEMS 麥克風多為全向性。若要實現指向性，可透過陣列配置或特殊聲學設計。部分廠商如 ZILLTEK 已推出具指向性的 MEMS 麥克風。
4️⃣ 問：數位與類比 MEMS 麥克風在抗干擾性上有何差異？
答：數位 MEMS 麥克風因內建 ADC，抗干擾能力較強，適合快速上市的產品。類比麥克風則在高性能需求下更具優勢，尤其使用平衡差動輸出時能有效抵抗 EMI/RF 干擾。
5️⃣ 問：MEMS 麥克風的封裝與聲孔位置如何影響設計？
答：MEMS 麥克風採 SMT 安裝，常見尺寸為 3.50 × 2.65 × 0.98 mm。聲孔可設於頂部或底部，底部端口需電路板開孔配合，但現今無論哪種配置都能達到高性能。
參考來源