[發明專利]校準微機電話筒

有效

• 申請號: 200710161208.1
• 申請日: 2007-09-25
• 公開（公告）號: CN101155442A
• 公開（公告）日: 2008-04-02
• 發明（設計）人: 卡斯坦·法萊森;延斯·K.·波爾森;拉斯·J.·斯坦博格;約澤夫·J.·G.·博世
• 申請（專利權）人: 桑尼奧公司
• 主分類號: H04R29/00
• 分類號: H04R29/00;H04R3/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 董莘

技術領域

本發明涉及校準話筒，具體而言，涉及包括存儲器的微機電話筒，所述存儲器具有用于設置話筒的電學參數的校準數據。

背景技術

在正常操作期間，通常在振動膜與底板結構之間對微機電(“MEMS”)話筒提供固定DC偏壓。在EP?1599607A2中，提出和公開了在話筒缺省條件下，與所謂的振動膜塌陷相結合，用于去除或減少振動膜與底板之間靜電引力的DC偏壓特定操作。

US?2006/062406A1披露了一種電容式話筒，其包括用于話筒電容換能器的可編程DC偏壓和用于存儲DC偏壓設置值的存儲器。WO?01/78446A1披露了一種駐極體話筒，其包括連接在駐極體換能器與緩沖器放大器之間的可變靈敏度/可變增益電路。

關于校準話筒系統和方法的其他參考文獻有：US?4,631,749，US5,051,799，US?5,029,215，US?2003/0198354A1，和US?2005/0175190A1。

在以高產量制造MEMS電容式話筒中的明顯問題是，MEMS話筒振動膜的柔性或張力隨難以精確控制的多個制造參數而變化。硅晶片的物理或機械參數(例如，機械硬度、電阻、晶體管跨導)的絕對值會很容易地變化+/-20％或更多。這對于很好控制MEMS話筒制造而言是很不利的。

MEMS話筒的其他物理參數也會變化，例如，振動膜區、空氣間隙高度，即振動膜與底板之間的距離。與標準“宏觀(macroscopic)”話筒(其中，空氣間隙高度高于30或50μm)相比，MEMS換能器中的空氣間隙高度通常為5-10μm或甚至更小。MEMS話筒的小尺度嚴重限制了如何調節DC偏壓以補償非標稱聲靈敏度。將DC偏壓調節到較高值可導致塌陷閾值(以dB?SPL為單位)移動到不可接受的低值。

在集成半導體電路(例如，CMOS電路)的制造過程中遇到的電學部件可變參數的影響，對MEMS話筒的性能和一致性而言通常微不足道。然而，對諸如放大器增益和阻抗之類的性能參數具有一定影響。在大音量、低成本的MEMS話筒(其中，低復雜性放大器拓撲對于保持模片區的成本較低至關重要)中很難消除該影響。因此，補償這些性能參數變化將會有益。

發明內容

本發明的第一方面涉及包括話筒外殼的MEMS話筒組件，所述話筒組件包括：

-聲音入口；

-MEMS換能器元件，具有底板和相對于底板可更換的振動膜；

-可控偏壓發生器，用于在振動膜與底板之間提供DC偏壓；

-存儲器，用于存儲信息；

-可控放大器，用于接收來自MEMS換能器元件的電信號，以及提供輸出信號，所述可控放大器用于根據放大器增益設置將來自MEMS換能器的電信號放大；

-處理器，用于從存儲器檢索信息，以及用于：

-根據來自存儲器的放大器增益設置信息，控制放大器的增益，和

-根據來自存儲器的信息，控制偏壓發生器以提供DC偏壓。

在本發明的上下文中，基于MEMS的換能器是完全或至少部分地通過施加Micro?Mechanical?System?Technology制造的換能器元件。小型換能器元件可包括諸如硅或砷化鎵之類半導體材料與導電和/或絕緣材料，如氮化硅、多晶硅、氧化硅和玻璃相組合。或者，換能器元件可僅包括導電材料，如鋁、銅等，可選性地與絕緣材料(如玻璃和/或氧化硅)相組合。優選地，根據本發明的MEMS話筒組件是小型或超小型部件，諸如，其在振動膜平面中具有小于7.0mm×5.0mm或小于5.0mm×4.0mm(如3.5mm×3.5mm)或最好是小于3.0mm×3.0mm的延伸部分。這些尺寸適于將MEMS話筒組件集成到廣泛的便攜式通信設備(例如，移動終端、移動電話、監聽設備、耳機、有源噪聲保護設備等)中。

根據本發明，DC偏壓調節和增益調節的組合允許提供具有良好定義塌陷閾值的MEMS話筒組件，同時保持所需預定或標稱聲靈敏度。

優選地，MEMS換能器元件從底板到振動膜(在非偏置狀態)具有1-10μm(例如，2-5μm)的距離，通常稱為空氣間隙高度。此外，用于MEMS換能器的可控偏壓發生器通常用于生成區間在5-20V的DC偏壓。

本存儲器可包括任何類型的存儲器電路，例如，RAM、PROM、EPROM、EEPROM、閃存，且通常是非易失性的。尤其是，感興趣的存儲器類型為一次可編程存儲器，例如，基于熔絲連接技術的存儲器。優選地，這樣的存儲器在話筒組件中安裝時可進行編程。