人机语音交互应用爆发，英飞凌MEMS麦克风创新发展
2019-12-07 09:28:28   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

微访谈：英飞凌传感器产品线高级总监Roland Helm博士

据麦姆斯咨询报道，语音个人助理（VPA），例如苹果（Apple）的Siri、亚马逊（Amazon）的Alexa和谷歌（Google）的Google Assistant，走入大众日常生活之中，正在将音频技术融入创新智能系统。这些系统采用语音个人助理作为新的人机交互界面，智能音箱和真无线立体声（TWS）耳机就是最明显的两个例子。在过去两年里，智能音箱和TWS耳机市场均以令人瞠目的速度迅速增长。

得益于新系统中音频功能的渗透，MEMS麦克风、微型扬声器和音频集成电路（IC）市场将从2018年的141亿美元增长到2024年的208亿美元，复合年增长率（CAGR）为6.6%。在Yole最新发布的报告《MEMS麦克风、微型扬声器和音频解决方案-2019版》中提到，在音频市场中，2024年MEMS麦克风的市场规模将达到16亿美元。

音频行业生态系统市场预测（2018~2024年）

为了深入了解音频市场及其新技术，Yole的MEMS市场与技术分析师Alexis Debray、Dimitrios Damianos采访了英飞凌传感器产品线高级总监、MEMS麦克风芯片行业主要领导人之一Roland Helm博士。

英飞凌传感器产品线高级总监Roland Helm博士

Alexis Debray（以下简称：AD）：英飞凌是全球MEMS麦克风芯片制造领域的领导者。您能否简要介绍英飞凌的业务？您主要担任什么职位？

Roland Helm（以下简称：RH）：英飞凌正在开发和制造MEMS麦克风成品、MEMS麦克风裸芯片和用于MEMS麦克风的专用集成电路（ASIC）。

我们的MEMS麦克风产品组合非常丰富，包括针对专用高质量音频需求，成本优化的语音拾取等。该产品组合专门针对智能手机、TWS蓝牙耳机、医疗设备、笔记本电脑、平板电脑以及语音控制设备等应用进行了优化。

MEMS麦克风是我们众多传感器产品组合的一员。英飞凌的传感器业务还包括汽车类传感器、基于飞行时间（ToF）原理的3D传感器、雷达或超声波传感器、压力传感器、光学传感器和环境传感器。

我担任英飞凌传感器产品线高级总监，负责MEMS麦克风、压力传感器、光学传感器和环境传感器等消费类产品业务。

英飞凌高性能数字MEMS麦克风IM69D130

Dimitrios Damianos（以下简称：DD）：MEMS麦克风业务具有特殊性：利润低、年出货量大。我们观察到这个行业即将发生改变。您对压电式MEMS麦克风和光学麦克风等有什么看法？是否有硬件和软件的差异出现？英飞凌将如何从竞争中脱颖而出？

RH：我们正在加大对MEMS技术的研发投入。我们也正在与研究组织和初创公司合作，进行一些技术创新项目。目前我们看到了电容式传感原理的优势。考虑到信噪比（SNR）、动态范围、鲁棒性或电流损耗，压电式MEMS麦克风的提案仍未确定是最优选择。诸如光学麦克风的其它技术可能在利基应用（例如嘈杂的环境）展示出优势。

在MEMS麦克风行业中，英飞凌的产品以高性能和低成本著称。我们的高性能MEMS麦克风是第三代全新开发的技术，可不断降低噪声。在成本方面，我们的技术能够减少制造层数、减小芯片尺寸，从而实现高性价比。在ASIC方面，我们以最低的电流损耗获得最佳的声学性能，从而提供具有特定差分功率和工作性能模式的模拟接口或数字接口。

在软件和算法方面，我们已经看到并实现了快速发展，特别是与人工智能（AI）、机器学习（ML）有关的发展。通过软件可以在短期内改善声学系统性能，但是长期来看，更好的软件需要硬件改进才能实现更好的信号输入。

AD：从传统意义上的MEMS麦克风裸芯片和ASIC销售开始，英飞凌也转向提供完整的MEMS麦克风解决方案。英飞凌的业务模式会从MEMS麦克风制造商，转变为制造、封装、测试和销售的垂直整合厂商吗？

RH：为推动创新，英飞凌除了提供现有MEMS麦克风裸芯片以外，还提供最佳性能的MEMS麦克风成品。英飞凌仍保留现有的业务模式，保证客户的MEMS麦克风裸芯片供应。此外，现在英飞凌还提供最佳声学性能MEMS麦克风成品。

为了进一步减小封装尺寸，将MEMS麦克风的声学性能提高到物理极限，需要以MEMS和ASIC作为整体开发，才能构建成功的MEMS麦克风成品。对极低噪声水平的测试正成为日益严峻的技术挑战。英飞凌也在推动这方面的创新。

通过提供英飞凌自有的MEMS麦克风成品，我们还拉近了与创新驱动客户的关系，通过这种方式，我们可以更好地协作，以确保改善声学系统性能，并确保编解码器、算法与麦克风性能的提升同步进行。

DD：英飞凌的双背板技术（DBP）赋予了MEMS麦克风超高的灵敏度，信噪比可达到70dB。英飞凌已经宣布将在2019年底推出采用双膜技术的MEMS麦克风，信噪比提高到75dB。请介绍哪些市场和应用需要这么高灵敏度的MEMS麦克风？销售价格如何？

RH：尽管双背板技术定义了一种真正不同的MEMS系统，并具有出色的动态范围，但是由于背板与外界的连通会引起内部噪声，成为噪声主要来源。借助下一代密封双膜（SDM）技术，我们将利用真正不同的方法来实现高动态范围，并消除双背板技术带来的噪声源。小型模拟接口模组的信噪比将达到75dB（A）。

所有需要高信噪比、极低外界噪音的应用都对我们的SDM技术翘首以盼。需求最旺盛的应用有具有主动降噪（ANC）功能的头戴式耳机，用于电话会议的笔记本电脑，用于智能手机视频的高质量压缩音频以及所有高质量音频系统。

对于高端产品，增加芯片面积和制造层数，成本会增加，销售价格也相应提高。对于中低端产品，我们将继续改进技术，在保证性能不变的前提下做到成本更加合理化。

AD：语音正在改变我们的日常生活，成为人机交互的基础。Siri、Alexa等语音个人助理已成为智能手机和智能音箱的标配。您认为MEMS麦克风将如何去适应基于语音的物联网？

RH：MEMS麦克风是语音用户界面的推动者。我们看到许多客户增加语音功能，甚至用语音作取代触摸屏，成为主要交互界面。特别是在恶劣的声学环境、充斥噪声的背景、混响、低音量环境以及远距离录音等情况下，英飞凌对用户体验进行了定义。

DD：请谈谈您看到的其它新兴市场和应用？

RH：我们看到许多新领域可能成为下一批通过MEMS技术实现的消费类应用，但并不是很特殊的应用。从专业音乐录制开始，到增强现实（AR）和虚拟现实（VR）的用户音频体验与视频体验的匹配，并止于诸如智能眼镜的设备。我们还看到了在医疗、汽车、制造领域的许多新兴用例。例如，自动驾驶汽车需要“聆听”周围环境，比如救护车的声音。

AD：请您谈谈英飞凌的MEMS麦克风技术路线图，是否包括其它技术、ASIC、边缘计算、预处理或算法开发？

RH：我们将不断完善产品组合，从最佳的音频性能，到具有模拟接口和数字接口且最具成本效益的音频传感器。我们将确保传感器不仅为人工智能、机器学习和边缘计算而设计，还集成智能低功耗边缘计算传感器系统所需的音频处理。我们还将在超声波传感应用等相邻领域拓展业务。此外，还将驱动其它通过声音传感的传感器创新，例如声光环境传感器。

DD：您还有什么希望向读者分享？比如您认为重要但未得到解决的问题。

RH：MEMS麦克风业务令人兴奋，我们可以通过增加MEMS麦克风的数量，提高性能，满足更多的功能并改善用户体验。业界的呼声是进一步改善硬件和软件的音频处理能力。这包括传感器融合、获得其它来源的信息，通过了解情景（例如是否在户外），跟随声音源（例如某人说话）来扩展和改进音频系统，还有检测到诸如玻璃窗破裂等事件。

延伸阅读：

《MEMS麦克风、微型扬声器和音频解决方案-2019版》

《USound Achelous MEMS扬声器：UT-P 2016》

《Vesper压电式MEMS麦克风：VM1000》

《苹果iPhone X中的MEMS麦克风》

《欧胜MEMS麦克风：WM7121和WM7132》