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자료명/저자사항
환경 및 사용자 적응형 MEMS 마이크로폰 솔루션 개발 [전자자료] = Development of environment & user adaptable MEMS microphone solution / 한국전자통신연구원 인기도
발행사항
대전 : 한국전자통신연구원(ETRI), 2017
청구기호
전자형태로만 열람가능함
자료실
전자자료
내용구분
연구자료
형태사항
1 온라인 자료 : PDF
출처
외부기관 원문
면수
70
제어번호
NONB1201813501
주기사항
연구책임자(주관): 양우석
영어 초록 있음
원문

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표제지

목차

요약문 5

ABSTRACT 7

제1장 서론 15

제1절 연구 필요성 및 중요성 15

제2절 연구 목표 및 내용 17

제3절 연구개발 추진체계 및 방법 21

제2장 본론 23

제1절 국내ㆍ외 기술개발 현황 23

제2절 디지털 고성능 MEMS 마이크로폰 기술 개발 27

1. 고감도 광대역 MEMS 음향센서 기술 개발 27

2. 디지털 High-SNR & WDR ROIC 기술 개발 36

3. 초소형 고감도 음향패키지 기술 개발 48

제3절 아날로그 MEMS 마이크로폰 칩 상용화 기술 개발 51

1. 일반급 MEMS 음향센서 양산화 기술 개발 51

2. 아날로그 High-SNR ROIC 상용화 기술 개발 55

제4절 오디오 주밍 기반 지능형 음향제어 기술 개발 58

1. 빔포밍 기반 오디오 주밍 알고리즘 기술 개발 58

2. 지능형 음향제어 마이크로폰 어레이 솔루션 기술 개발 61

제3장 연구개발결과의 활용계획 65

제4장 결론 66

제5장 연구시설ㆍ장비 현황 67

참고문헌 68

약어표 69

[표 1-1] MEMS 마이크 솔루션 주요 성능목표 18

[표 2-1] MEMS 음향센서 낙하신뢰성 35

[표 2-2] 디지털 High-SNR ROIC(Ver.1) 단계별(칩 설계치, 칩 측정치, 모듈 측정치) 성능 비교 38

[표 2-3] 디지털 High-SNR ROIC Ver.1 및 Ver.2 성능 비교 40

[표 2-4] 디지털 High-SNR ROIC Ver.3 성능 42

[표 2-5] 디지털 High-SNR & WDR ROIC 주요성능 47

[표 2-6] 초소형 일반급 음향패키지 적용 MEMS 마이크로폰 주요성능 비교 50

[표 2-7] 일반급 MEMS 음향센서 1차 양산시제품 주요성능 52

[표 2-8] 일반급 MEMS 음향센서 2차 양산시제품 주요성능 54

[표 2-9] 일반급 MEMS 음향센서 2차 양산시제품 낙하신뢰성 54

[표 2-10] 아날로그 High-SNR ROIC 연구시제품 및 상용시제품 비교 55

[표 2-11] 아날로그 High-SNR ROIC 상용시제품(1~4차) 성능 평가표 57

[표 2-12] 음원방향 추적 알고리즘의 기술적 특징 58

[그림 1-1] 환경 및 사용자 적응형 MEMS 마이크로폰 솔루션 개념도 17

[그림 1-2] MEMS 마이크 솔루션 핵심기술 구성도 20

[그림 1-3] MEMS 마이크 솔루션 연구개발 로드맵 20

[그림 1-4] 연구개발 추진체계도 (주관/참여/위탁 기관별 역할분담) 21

[그림 2-1] MEMS 마이크로폰 모듈 및 칩 세계시장 점유율 (2014년) 26

[그림 2-2] 지능형 음향제어 마이크로폰 어레이 솔루션 개발 사례 26

[그림 2-3] 이중 멤브레인 구조 고감도 광대역 MEMS 음향센서 개념도 27

[그림 2-4] 이중 멤브레인 MEMS 음향센서 구조도 28

[그림 2-5] 이중 멤브레인 MEMS 음향센서의 polyimide 희생층 기반 집적공정 흐름도(左) 및 칩 사진(右 29

[그림 2-6] Polyimide 희생층 기반 이중 멤브레인 MEMS 음향센서 낙하신뢰성 평가시 발생하는 고감도용 저강성ㆍ대형 멤브레인 파괴 문제 30

[그림 2-7] SiO₂ 희생층 기반 MEMS 음향센서 설계도(左) 및 집적공정 흐름도(右) 31

[그림 2-8] MEMS 음향센서 설계ㆍ성능 시뮬레이션 예: 멤브레인 잔류응력에 따른 성능결과 요약표(上) 및 멤브레인 변형(下) 32

[그림 2-9] MEMS 음향센서 제작시 발생한 공정불량 예제 33

[그림 2-10] MEMS 음향센서 8인치 웨이퍼(左) 및 칩(右) 33

[그림 2-11] 디지털 MEMS 마이크로폰 모듈 연구시제품 34

[그림 2-12] MEMS 음향센서의 민감도(左) 및 AOP 성능(右) 34

[그림 2-13] MEMS 음향센서의 큰 성능 편차 및 낙하신뢰성 불량 유발 집적공정 불량: 백플레이트와 백챔버의 misalign(左) 및 불완전한 SiO₂ 희생층 제거(右) 35

[그림 2-14] 디지털 High-SNR ROIC(Ver.1) 블록구조도(上) 및 레이아웃(下) 36

[그림 2-15] 디지털 High-SNR ROIC(Ver.1) 사진 37

[그림 2-16] 디지털 High-SNR ROIC 칩 성능측정 개요도 38

[그림 2-17] 디지털 High-SNR ROIC(Ver.2) 블록별 설계개선 사항 39

[그림 2-18] 디지털 High-SNR ROIC(Ver.2) 사진 40

[그림 2-19] 디지털 High-SNR ROIC(Ver.3) 블록별 설계개선 사항 41

[그림 2-20] 디지털 High-SNR ROIC(Ver.3) 사진 42

[그림 2-21] 디지털 High-SNR & WDR ROIC 개념도 43

[그림 2-22] 디지털 High-SNR & WDR ROIC 블록구조도 44

[그림 2-23] 디지털 High-SNR & WDR ROIC용 아날로그 신호처리 칩(左) 및 WDR-PDM 이득제어/인터페이스 FPGA(右) 44

[그림 2-24] 디지털 High-SNR & WDR ROIC의 Hjgh-SNR 신호처리 모드 잡음 특성: 순수 ROIC 특성(左) 및 MEMS 음향센서에 의한 한계 특성(右) 46

[그림 2-25] 디지털 High-SNR & WDR ROIC 광대역 음향신호 출력특성: 아날로그 신호처리 ROIC 출력단계(左) 및 WDR-PDM FPGA 출력단계(右) 46

[그림 2-26] 사용자보드(左) 및 내부케이스(右) 이용 초소형 고감도 음향패키지 신구조 개념도 48

[그림 2-27] 기존(左) 및 개발 초소형(右) 일반급 음향패키지 49

[그림 2-28] 초소형(右) 일반급 음향패키지용 PCB 설계도(上) 및 사진(下) 49

[그림 2-29] 기존(左) 및 개발 초소형(右) 일반급 음향패키지 적용 일반급 MEMS 마이크로폰 민감도 성능 비교 50

[그림 2-30] SiO₂ 희생층 기반 일반급 MEMS 음향센서 설계도(左) 및 집적공정 흐름도(右) 51

[그림 2-31] 일반급 MEMS 음향센서 1차 양산시제품(앞면 左上, 후면 左下) 및 이를 이용하여 제작한 MEMS 마이크로폰 모듈(右) 52

[그림 2-32] 일반급 MEMS 음향센서 1차 양산시제품 제작시 발생한 주요 공정불량 사진 53

[그림 2-33] 일반급 MEMS 음향센서 2차 양산시제품 사진: 웨이퍼(左) 및 칩(앞면 中, 후면 右) 53

[그림 2-34] 낙하신뢰성 Drop JIG 3D 도면(左) 및 Drop Test 장치(右) 54

[그림 2-35] 아날로그 High-SNR ROIC 상용시제품 레이아웃(左) 및 칩 사진(右) 56

[그림 2-36] 아날로그 High-SNR ROIC 상용시제품의 수요기업 성능평가서 예제 56

[그림 2-37] 아날로그 High-SNR ROIC 1~4차 상용시제품 칩 사진 57

[그림 2-38] T자형 4 마이크 어레이(左) 및 알고리즘 시뮬레이션 결과(右) 58

[그림 2-39] 오디오 주밍 알고리즘 실험방법 59

[그림 2-40] 오디오 주밍 알고리즘: D&S 및 MVDR 신호특성 비교(左), MVDR 방법의 far-field model(右上) 및 near-field mode(右下) 개념도 60

[그림 2-41] 일자형(左) 및 원통형(右) 마이크로폰 어레이 61

[그림 2-42] 지능형 마이크 어레이 솔루션 SNR 성능평가 방법: 측정장비 구성도(左) 및 음원 스펙트럼 처리 예(右) 62

[그림 2-43] 일자형 마이크 어레이와 음원의 거리 1.5m(左) 및 5m(右) 조건에서 오디오 주밍 알고리즘 종류에 따른 SNR 향상 정도 63

[그림 2-44] 일자형(左) 및 원통형(右) 마이크 어레이에서 입력신호의 SNR 특성 및 오디오 주밍 알고리즘 종류에 따른 음성인식률 향상 정도 64

[그림 3-1] MEMS 마이크로폰 연구개발결과의 사업화 추진계획 65

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