[發(fā)明專(zhuān)利]用于電容信號(hào)源放大器的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210245008.5
• 申請(qǐng)日: 2012-07-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102882481A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 西格弗里德·阿爾貝爾;喬斯·路易斯·塞巴洛;邁克爾·克羅普菲奇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H03F3/45
• 分類(lèi)號(hào): H03F3/45
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體電路和方法，更具體地涉及用于電容信號(hào)源的放大器。

背景技術(shù)

音頻麥克風(fēng)通常用在諸如蜂窩電話、數(shù)字音頻錄音機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)和電話會(huì)議系統(tǒng)的各種消費(fèi)者應(yīng)用中。特別地，成本較低的駐極體電容式麥克風(fēng)（ECM）用在批量生產(chǎn)成本敏感的應(yīng)用中。ECM麥克風(fēng)通常包括安裝在具有聲音端口和電氣輸出端子的小封裝中的駐極體材料的膜。駐極體材料粘附于隔膜或本身構(gòu)成隔膜。大部分ECM麥克風(fēng)還包括可以連接至在諸如蜂窩電話的目標(biāo)應(yīng)用內(nèi)的音頻前端放大器的前置放大器。前端放大器的輸出可以耦接至另一模擬電路或用于數(shù)字處理的A/D轉(zhuǎn)換器。因?yàn)镋CM麥克風(fēng)是由離散的部分構(gòu)成的，所以制造處理涉及復(fù)雜的制造處理內(nèi)的多個(gè)步驟。因此，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生高水平聲音質(zhì)量的高產(chǎn)量低成本的ECM麥克風(fēng)。

在微型機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）麥克風(fēng)中，在集成電路上直接蝕刻壓敏隔膜。這樣，麥克風(fēng)被包含在單個(gè)集成電路上而不是由單獨(dú)的離散部分構(gòu)成。MEMS麥克風(fēng)的一體性產(chǎn)生了更高的產(chǎn)量、較低的成本的麥克風(fēng)。

然而，由于麥克風(fēng)的非常高的輸出阻抗，所以MEMS麥克風(fēng)或傳感器與電氣系統(tǒng)的連接造成大量的困難。例如，通過(guò)前置放大器的加載可潛在地減弱麥克風(fēng)的輸出信號(hào)，并且MEMS麥克風(fēng)的高電阻性使得由于較低的電源抑制比（PSRR）易于受到EMI干擾和電源干擾。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)實(shí)施方式，一種用于放大由電容信號(hào)源提供的信號(hào)的系統(tǒng)包括第一級(jí)和第二級(jí)。第一級(jí)具有：電壓跟隨器裝置，包括被配置為耦接至電容信號(hào)源的第一端子的輸入端子；以及第一電容器，具有耦接至電壓跟隨器裝置的輸出端子的第一端和被配置為耦接至電容信號(hào)源的第二端子的第二端。第二級(jí)包括電容耦接至電壓跟隨器裝置的輸出端子的差分放大器。

在以下附圖和說(shuō)明中闡述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的細(xì)節(jié)。從說(shuō)明和附圖以及從權(quán)利要求，本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

為了更徹底的理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在將結(jié)合附圖來(lái)參考以下說(shuō)明，其中：

圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的放大器；

圖2a至圖2b示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的放大器；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施方式的放大器；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一可選實(shí)施方式的放大器；

圖5示出了實(shí)施方式的第一級(jí)放大器；

圖6示出了實(shí)施方式的第二級(jí)放大器；

圖7a至圖7d示出了實(shí)施方式的MEMS麥克風(fēng)偏置電路的示意圖和時(shí)序圖；

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

以下將詳細(xì)討論當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方式的制造和使用。然而，應(yīng)理解，本發(fā)明提供可以各種具體環(huán)境實(shí)施的許多可應(yīng)用的發(fā)明概念。所討論的具體實(shí)施方式僅表示制造和使用本發(fā)明的具體方式，但不限制本發(fā)明的范圍。

將關(guān)于在具體環(huán)境中的實(shí)施方式描述本發(fā)明，即，用于諸如MEMS或駐極體電容式麥克風(fēng)（ECM）的電容信號(hào)源的放大器。然而，本發(fā)明也可應(yīng)用于其他類(lèi)型的電路和諸如音頻系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)和連接至高阻抗信號(hào)源的其他系統(tǒng)的系統(tǒng)。

在實(shí)施方式中，用于MEMS麥克風(fēng)的放大器具有第一級(jí)，該第一級(jí)包括電容耦接的增益升壓（boosted）源跟隨器級(jí)。該第一級(jí)提供對(duì)于MEMS器件的高阻抗接口和在源跟隨器級(jí)的輸出端的低輸出阻抗。此外，放大器具有第二級(jí)，該第二級(jí)包括耦接至增益升壓源跟隨器級(jí)的輸出端的電容耦接差分放大器。通過(guò)使用非常高電阻的偏置網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)從幾mHZ擴(kuò)展到幾十KHz的帶寬的放大器，從而使實(shí)施方式適于低頻傳感器和音頻應(yīng)用。應(yīng)理解，雖然所述實(shí)施方式中的一些針對(duì)MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)，但是本發(fā)明的實(shí)施方式也可針對(duì)MEMS傳感器、電容傳感器以及其他電容和高阻抗信號(hào)源。

圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的與電容源104連接的電容傳感器放大器100。可以是MEMS麥克風(fēng)、ECM麥克風(fēng)或其他類(lèi)型的電容信號(hào)源的電容源104由與電容器Cmic（通常具有約1pF到約10pF之間的電容）串聯(lián)耦接的電壓源Vmic表示。放大器100的帶內(nèi)增益約Am=C1/C2。放大器100的傳輸特性具有約1/（2*pi*C2*R2）的下角頻率，以及Gm/（2*pi*cl*Am）的上角頻率。C1的值通常比傳感器電容Cmic更小以最小化信號(hào)的衰減。