[發明專利]一種自校準硅麥克風裝置和校準方法

有效

• 申請號: 201410490133.1
• 申請日: 2014-09-23
• 公開（公告）號: CN105491492B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 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: H04R19/04
• 分類號: H04R19/04;H04R29/00
• 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

本發明公開一種自校準硅麥克風裝置和校準方法，該自校準方法包括：將一校準正弦電壓施加在MEMS器件的偏置端，同時控制電荷泵輸出電壓即MEMS器件偏置端的直流電壓V1等于0，此時檢測到放大器的輸出信號幅度為OUT1；控制電荷泵的輸出電壓為V2，其中V2大于0且小于MEMS器件的吸合電壓值一定范圍，此時檢測得到放大器的輸出信號幅度為OUT2；根據OUT1和OUT2計算得出MEMS器件的最優工作電壓Vop；控制電荷泵的輸出電壓為Vop，同時關閉校準正弦電壓，此時給入麥克風標準聲音信號，得到放大器的輸出信號幅度OUT3；比較OUT3和目標靈敏度之間的差值，并根據該差值調整放大器的增益，使得麥克風的靈敏度達到目標值。

技術領域

本發明涉及硅麥克風領域，具體而言，涉及一種自校準硅麥克風裝置和校準方法。

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。硅麥克風由硅麥克風器件和放大器芯片兩部分組成。硅麥克風器件的制造是由淀積，光刻，刻蝕，釋放等一系列硅微機械加工工藝組成，每個硅片上可以有成千上萬只麥克風器件。由于加工工藝過程的非一致性以及同一硅片上由于空間分布導致的不均勻性，加工出的硅麥克風器件其最優偏置電壓和靈敏度都有較大的離散。如果放大器芯片使用同樣的偏置電壓和放大增益，則最終得到的硅麥克風靈敏度就會有更大的離散，導致成品率和信噪比的降低。

硅麥克風微機械加工的工藝波動有很多方面，其中振動膜和背極的薄膜應力，空氣間隙和防碰撞結構的高度等因素通過影響初始電容大小和機械剛度，進而改變麥克風的吸合電壓和靈敏度。通過優化結構設計降低麥克風器件對工藝波動的敏感性和提高工藝一致性可以減小麥克風性能的離散度。但受限于當前的技術能力和工藝水平，麥克風性能的離散度仍然不容小覷。如何降低硅麥克風器件性能的離散對成品率和信噪比的影響仍然是本領域技術工作人員亟需解決的問題。

目前公知的做法是對圓片級的麥克風器件進行CV(電容電壓)測試。利用精密的電容測量探針臺，掃描一系列偏置電壓(最高電壓要高于設計的吸合電壓一定范圍)，得到該偏置電壓下的靜態電容。偏置電壓越高，由于靜電力的吸引，電容兩極板的間距越小，靜態電容越大。當偏置電壓達到吸合電壓后，麥克風吸合，靜態電容隨偏置電壓增大的速度變緩。低于吸合電壓的兩個偏置點電容值的差與靈敏度正相關。綜合以上理論基礎，分析大概四，五個偏置點的電容數據，就可以得到吸合電壓和靈敏度的相關信息。根據一定的標準，對圓片級的麥克風器件進行分bin標記。不同的分bin對應于麥克風放大器不同的偏置電壓和放大增益，這樣就能降低最終麥克風靈敏度的離散程度，同時得到較優的信噪比。這種校準方法實施起來比較靈活，麥克風放大器的設計比較簡單。但問題在于這種精密電容測量探針臺對寄生電容敏感，電容測量的誤差會引起分bin的偏差，使得靈敏度設定不準。另外探針臺的成本高，效率低，大大提高了校準測試的成本。美國專利文獻US 2013/0136267 A1給出了一種更高效的麥克風裝置和麥克風校準方法。如圖1所示。該硅麥克風由硅麥克風器件110，AC偏置電壓模塊130和DC偏置電壓模塊160，放大器120和數字控制模塊140組成。數字控制模塊140可以控制AC偏置電壓模塊，改變AC偏置電壓，也可以控制放大器120，改變其放大增益，還可以檢測麥克風輸入端的信號，得到吸合電壓和釋放電壓。校準時，保持DC偏置電壓恒定，逐漸增加AC偏置電壓的直流成分直到麥克風芯片110的兩個基板112和114吸合，測到吸合電壓；再逐漸降低AC偏置電壓的直流成分，測到釋放電壓。根據釋放和吸合電壓，數字控制模塊140計算得到麥克風的工作電壓。之后將AC偏置電壓設定到一定工作電壓，給入標準的聲音信號測試靈敏度，根據目標靈敏度和所得靈敏度的差設定放大器的增益，這樣就可以將麥克風調整到目標靈敏度。該方法相比于探針臺CV測試的方法成本大大降低，效率也提高很多，是一種非常有吸引力的測試校準方法。但是該方法要先測到吸合電壓和釋放電壓，測量點較多，在一定程度上影響了測試效率。

發明內容

本發明提供一種自校準硅麥克風裝置和校準方法，用以提高硅麥克風的成品率和信噪比。