[發明專利]一種兩線硅麥克風放大器

有效

• 申請號: 201410384007.8
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN105450191B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 孫麗娜;楊少軍
• 申請（專利權）人: 山東共達電聲股份有限公司
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨;陳士騫

本發明公開一種兩線硅麥克風放大器，其具有四個端口，輸入端和高壓偏置端與硅麥克風器件接口相連，輸出端和地端提供電流信號輸出；電源穩壓器隔絕輸出端的電壓信號并給其它內部模塊包括電荷泵、輸入緩沖器、放大器、阻抗轉換模塊以及動態直流偏置和交流反饋模塊提供穩壓電源；電荷泵產生高壓偏置電壓；輸入緩沖器將硅麥克風的電容信號轉換為電壓信號；放大器對輸入緩沖器產生的電壓信號進行放大；動態直流偏置和交流反饋模塊根據輸入信號的幅度動態調整放大器的直流偏置電壓，并且提供交流反饋回路調整放大器的放大增益；阻抗轉換模塊將放大器放大的電壓信號轉換為輸出端和地之間的電流信號，此電流信號流經麥克風外部的偏置電阻產生電壓信號。

技術領域

本發明涉及硅麥克風領域，具體而言，涉及一種兩線硅麥克風放大器。

背景技術

硅麥克風具有體積小，可回流焊表面貼裝等優點而被廣泛應用于手機、筆記本電腦、平板電腦等消費電子領域。硅麥克風系統的核心由硅麥克風器件和放大器芯片兩部分組成。硅麥克風器件完成聲音信號到電容變化信號的轉換，放大器芯片完成電容變化信號到電壓信號的轉換和放大。目前常用的硅麥克風系統有三線系統和兩線系統。所謂三線麥克風系統是因為麥克風有電源，地和輸出三個端口，常用于手機,筆記本和平板電腦等電子產品；所謂兩線麥克風系統是因為麥克風只有地和輸出兩個端口，使用時上位機的電源端通過一個偏置電阻，一般為2.2k，接到麥克風的輸出端，既為麥克風提供電源又能將芯片內部的電流信號轉換為電壓信號輸出。兩線硅麥克風系統沿襲傳統的兩線駐極體麥克風系統，一般用于帶有麥克風的耳機。雖然兩線硅麥克風系統相比于三線硅麥克風系統信噪比比較低，但是受限于3.5mm耳機接口標準，兩線麥克風仍然有不可取代的地位。

由于硅麥克風和駐極體麥克風都是將聲音信號轉換為電容信號，區別僅在于硅麥克風的高壓偏置需要放大器芯片產生而駐極體麥克風的高壓偏置由駐極體提供。所以駐極體麥克風的放大器結構同樣適用于硅麥克風。一般地，駐極體麥克風使用JFET放大器或者PMOS源極跟隨器，可以直接實現電壓信號到電流信號的轉換。然而無論是JFET放大器還是PMOS源極跟隨器都只能提供負增益，這對于高靈敏度的駐極體麥克風不成問題。但對于靈敏度較低的硅麥克風，負增益的放大器會使得靈敏度達不到一般的-42dB或者-38dB的標準，信噪比也不能滿足要求。

為了解決上述問題，具有正增益的三線硅麥克風系統會被改造一下，變成具有正增益的兩線硅麥克風系統。如附圖1所示，這是一種公知的兩線麥克風系統原理圖。這個系統由三線硅麥克風系統進行電壓電流轉換而得到。該系統由三線麥克風系統101和電壓電流轉換模塊102組成。三線麥克風系統101由硅麥克風器件102和放大器芯片104組成。電壓電流轉換模塊102由電阻R1 107，電容C 105和電阻R2 106組成。三線麥克風系統有三個端口，電源108，地109和輸出110。輸出端口110輸出的電壓信號中的直流成分在電阻R1 107上產生電流的直流成分，輸出端口110輸出電壓信號的交流成分即表征聲音信號的部分通過電容C 105和電阻R2 106轉換為交流電流。這樣，通過麥克風封裝之外的三個阻容器件實現了電壓到電流的轉換，這個交流電流再通過上層系統的偏置電阻，一般為2.2k，實現電流信號到電壓信號的轉換。

以上這種方案可以通過三線麥克風系統來對信號進行放大，從而使得麥克風的靈敏度達到-42dB或者-38dB的標準。但是也有一些問題。首先麥克風封裝之外的三個阻容元件不僅增加了系統的體積，難以適應小型化的趨勢，而且增加了麥克風的物料成本。其次為了得到合乎要求的動態范圍，電阻R1上的偏置直流電流一般有100uA，再加上三線放大器自身的靜態工作電流，系統的靜態工作電流有接近200uA，這在系統外部的2.2k偏置電阻上產生440mV的靜態電壓降。這就對該麥克風系統的最低工作電壓提出了更高的要求，而無法應用在一些低電源電壓的應用。再次電阻R1上的直流偏置電流在小聲音輸入或者無聲音輸入時仍然消耗，是對電能的巨大浪費。最后，在輸出的電流信號中，麥克風靜態電流遠大于音頻信號電流，因此整體麥克風的噪聲水平較高，限制了系統的信噪比。

發明內容