Title of article :
A MEMS Capacitive Microphone Modelling for Integrated Circuits
Author/Authors :
Ahmadnejad, J Electrical and Computer Engineering Department - Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran , AzizollahGanji, B Electrical and Computer Engineering Department - Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran , Nemati, A Electrical and Computer Engineering Department - Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
Abstract :
In this paper, a model for MEMS capacitive microphone is presented for integrated circuits. The microphone has a diaphragm thickness of 1 μm, 0.5 × 0.5 mm2 dimension, and an air gap of 1.0 μm. Using the analytical and simulation results, the important features of MEMS capacitive microphone such as pull-in voltage and sensitivity are obtained 3.8v and 6.916 mV/Pa, respectively while there is no pressure on the diaphragm. The microphone also has a capacitance of 2.3 pF. Using the relation between the capacitance and pressure signal, a 3 ports model for the MEMS microphone is proposed. To bias the microphone, a 2.3 V DC and a 1 GΩ resistor is used. The voltage and current signal of the microphone is proportional to the applied pressure of the acoustic wave. A RC filter is added to circuit to eliminate the low band frequency (≤ 20 Hz) noises. The microphone shows good response to amplitude and frequency changes versus applied pressure signal.
Farsi abstract :
در اين مقاله يك مدل براي ميكروفون خازني MEMS ، جهت استفاده در مدارهاي مجتمع نشان داده شده است. ميكروفون داراي يك ديافراگم با ضخامت1 μm و ابعاد 0.5 × 0.5 mm و فاصله هوايي 1 μm مي باشد. با استفاده از نتايج تحليلي و شبيه سازي، مشخصات اساسي و مهم ميكروفون خازني MEMS، مانند ولتاژ pull-in و حساسيت، هنگامي كه هيچ گونه فشاري به ديافراگم وارد نمي شود، به ترتيب برابر با 3.8 V و 6.916 mV/Pa مي باشد. همچنين در اين حالت ظرفيت ميكروفون برابر 2.3 pF مي گردد. با استفاده از روابط ميان ظرفيت و سيگنال فشار، يك مدل با سه پورت براي ميكروفون MEMS نشان داده مي شود. براي باياس كردن ميكروفون از يك منبع ولتاژ 2.3 V و يك مقاومت 1 GΩ استفاده شده است. سيگنال ولتاژ و جريان ميكروفون متناسب با فشار اعمال شده به عنوان امواج آكوستيك مي باشد. از يك فيلتر RC براي از بين بردن نويزهايي با فركانس كمتر از 20 Hz استفاده مي شود. مدل ارائه شده براي ميكروفون پاسخ مناسبي به تغييرات دامنه و فركانس سيگنال فشار اعمال شده، مي دهد.
Keywords :
MEMS , modeling , capacitive microphone , integrated circuits
Journal title :
Astroparticle Physics
