De iPhone bevat drie microfoons: twee in de telefoon zelf en één in de meegeleverde Apple oortjes. Gezien de oriëntatie van de microfoons in het apparaat gaan we ervan uit dat de ene bedoeld is voor het voeren van gesprekken en de andere voor het opnemen van video en voor ruisonderdrukking.

Het iPhone 4-toestel heeft Knowles S1950- en Infineon 1014-microfoons (afgebeeld aan de linkerkant), terwijl de oortjes een Knowles S199-microfoon bevatten.

De eerste van de twee microfoons in de iPhone (degene waar je in spreekt) is de Knowles S1950.

Knowles beschrijft zijn MEMS-microfoons als opgebouwd met een gepatenteerde CMOS/MEMS-technologie die zeer kleine afmetingen, lagere profielen en verschillende montagemogelijkheden mogelijk maakt.

Vertaling: deze microfoon is zeer klein -- een afmeting van 3 mm x 4 mm! En het is surface mount, wat betekent dat een machine hem gewoon voor je op het logic board plaatst.

Vanuit productieoogpunt is een surface mount-ontwerp waardevol omdat het mogelijk is de onderdelen allemaal tegelijk op het logic board te integreren. Dit elimineert kosten voor subassemblage en verlaagt de BOM-kosten. Het stelt ons ook in staat om onderdelen aan beide zijden van het bord te hebben, wat niet mogelijk is met through-hole-technologie.

De Knowles S1950 bestaat, net als de andere microfoons in de iPhone 4, uit twee hoofdonderdelen: de MEMS en de ASIC. Je kunt het zo zien: de MEMS doet al het werk en de ASIC doet al het denkwerk. Samen vormen ze een geweldige microfoon.

Als je naar de S1950 MEMS-die kijkt, krijg je een idee van hoe deze functioneert. Net als een microscopische versie van een condensatormicrofoon heeft de microfoon zelf een eenvoudig ontwerp, bestaande uit twee parallelle polysilicium platen (zeer dunne platen gemaakt van meerdere kleine siliciumkristallen) die fungeren als platen in een condensator.

De bovenste plaat is geperforeerd met een reeks kleine gaatjes en wordt van de onderste plaat gescheiden door een kleine luchtspleet. Wanneer de geluidsgolven van iemands stem deze bovenplaat raken, buigt deze heel lichtjes door. Omdat deze twee platen een elektrische lading vasthouden, veroorzaken deze doorbuigingen minieme veranderingen in het elektrische veld tussen de twee platen. De vaste onderste condensatorplaat detecteert deze veranderingen en geeft ze door als een analoog signaal.

De S1950 ASIC-chip interpreteert de analoge signalen die worden afgegeven door de MEMS-chip. Dit deel van de microfoon decodeert en verwerkt het analoge signaal dat vanuit de MEMS wordt verzonden en stuurt het resultaat naar de processor van de iPhone 4.

Omdat de microfoon deze ingebouwde analoog-digitaalomzetter heeft, is de microfoonbehuizing zeer eenvoudig te integreren met andere digitale circuits.

Infineon produceert de 1014, de tweede microfoon in de handset. De gigantische chipfabrikant is een relatief nieuwe speler op de MEMS-markt, die tot ongeveer een jaar geleden werd gedomineerd door start-ups.

De sector heeft de afgelopen tijd veel veranderingen ondergaan, nu MEMS-apparaten de massamarkt hebben bereikt. Grote fabrikanten zoals Infineon zijn begonnen met het maken van MEMS-microfoons en Akustica (een van de oorspronkelijke start-ups) is overgenomen door Bosch.

De Infineon-unit ziet er extern behoorlijk vergelijkbaar uit met de Knowles-unit. Toch verricht elk bedrijf aan de binnenkant zijn eigen magie.

De Infineon 1014 MEMS-chip heeft een vergelijkbare membraanstructuur als het Knowles-apparaat, met heel mooi artistiek werk op de chipmarkeringen -- maar ze hadden dan ook veel ruimte om mee te werken.

De chipfoto van de Infineon 1014 ASIC onthult niet al te veel over de functionele lay-out; er ligt een grote metaallaag over het circuit.

De metaallaag zou kunnen fungeren als aardvlak of gebruikt kunnen worden voor RF-afscherming; of misschien zorgt het er simpelweg voor dat mensen niet naar de chipcircuits kunnen kijken nu demontages populair worden.

Maar maak je geen zorgen, we hebben je ontdekt gedekt. Chipworks had er geen moeite mee de metaallaag te verwijderen om de ASIC-chip bloot te leggen.

De tweede ontwerpoverwinning voor Knowles is de S199 microfoon die zich in de headset bevindt die bij de iPhone 4 wordt geleverd.

De fysieke locaties van de microfoons zijn verschillend, dus de behuizing is waarschijnlijk een eenvoudige kwestie van het aanpassen van het apparaat aan de beoogde toepassing.

Let op: de twee microfoons hebben verschillende pakketmarkeringen, maar delen identieke ASIC- en MEMS-chipmarkeringen.

Röntgenfoto's: links zien we de Knowles 1950 en rechts de Infineon 1014.

De röntgenfoto's laten duidelijk de gelijkenis zien tussen de Knowles 1950- en de Infineon 1014-units. Ze lijken zelfs zo erg op elkaar dat je ze gemakkelijk met elkaar kunt verwisselen als je niet oppast.

Hier is de Knowles S199 röntgenfoto. Deze is absoluut niet zo vergelijkbaar als de units van Knowles of Infineon.

Veel dank aan Chipworks voor het aanleveren van de foto's voor deze demontage!