[實用新型]用于駐極體麥克風的高增益前置放大器及駐極體麥克風

有效

• 申請號: 201420243692.8
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN203942499U
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 淮永進;孫茂友;徐鴻卓;韋仕貢;唐曉琪;藺增金;張彥秀
• 申請（專利權）人: 北京燕東微電子有限公司;深圳市銳迪芯電子有限公司
• 主分類號: H03F3/185
• 分類號: H03F3/185
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

技術領域

本實用新型涉及微電子技術領域，更確切地，屬于CMOS集成電路,該電路用作通訊系統中駐極體(ECM)麥克風的前置放大器。

背景技術

在語音通訊系統中，目前主要還是采用駐極體(ECM)麥克風實現聲音信號到電信號的轉換。駐極體(ECM)麥克風是兩個管腳器件，其中一個管腳接地，另一個管腳用于信號輸出和給芯片供電。ECM麥克風組成包括3個部分：麥克風外殼，駐極體電容和前置放大器。麥克風外殼內有駐極體電容話筒頭，結型場效應晶體管(JFET)放大器。這種采用JFET放大器的兩個管腳ECM麥克風以其易于應用和制作成本低等特點在通訊系統中得到廣泛應用。然而，隨著便攜式電子產品體積的減小，駐極體電容話筒頭體積逐步減小，麥克風外殼直徑已經由90mm減小到30mm，駐極體電容由大約10pF減小到2.0-2.5pF左右。而JFET器件的輸入電容大小一般在10pF數量級，如果在駐極體麥克風中仍采用結型場效應晶體管(JFET)放大器，將會減弱駐極體麥克風的靈敏度，導致其信噪比(SNR)變差。因此，需要高增益，低輸入電容的前置放大器器件來替代傳統JFET放大器。

美國專利US6888408B2提出了用CMOS技術制造的一種高增益前置放大器，如圖1所示，這種放大器管腳和JFET器件管腳一致，可以直接用來替代JFET放大器。這種放大器用PMOS源極跟隨器作為輸入端，NMOS器件漏極作為放大器輸出端，并包括兩級放大電路，第一級電路包括PMOS源極跟隨器，電壓放大倍數小于或接近1，第二級電路包括共源極結構的兩個NMOS器件，電壓增益可以做得很高。PMOS器件PM1的柵極被用作放大器的輸入端，其源極輸出通過電容器C1耦合到第二電路。第二級電路中NMOS器件NM2為NMOS器件NM1提供直流偏壓。整個放大器增益主要由第二級電路決定，其輸出電壓增益可以近似估計為NM2跨導Gm2與負載電阻RL的乘積，即：Gm2*RL。為了得到高的電壓增益，NMOS器件NM2的尺寸就要做得較大以便得到高的跨導Gm2，為了不減小器件從第一級放大器到第二級放大器的增益損失，耦合電容器C1也要做得較大以減小其分壓影響，這樣整個芯片尺寸也將隨之變大。

這種放大器主要有以下幾個缺點：

1)放大器中需要集成大電容器C1，將會占用很大芯片面積；

2)放大器需要集成大阻值的電阻器R1，但在制作過程中該電阻器的阻值很難得到精確控制，也即放大器的電壓增益很難得到精確控制；

3)電阻器R1和電容器C1形成了高通濾波電路，這樣的電路結構很難同時滿足既要求濾波電路低端頻率低于50Hz，有要求放大器上電時快速地使NMOS器件NM1獲得穩定的直流偏壓的要求。

此外，美國專利US6160450提出了用BiCMOS技術制造的另一種高增益前置放大器，如圖2所示。這種放大器的管腳和JFET器件管腳一致，可以直接用來替代JFET放大器。這種放大器用PMOS晶體管M1和M2作為差分放大器輸入端，雙極器件NPN晶體管Qout作為輸出端。這個放大器主要特點是輸入端差分放大器的PMOS晶體管M1和M2采用不對稱結構，晶體管M1的源極串聯電阻器Roffset，晶體管M2的柵極可以偏置在高于M1柵極電壓，晶體管M1的柵極通過二極管Dbias接地，因沒有電流通過，該柵極的電壓大約為零伏，這樣晶體管M2柵極可以通過輸出端電阻Rgain上反饋電壓來偏置，由于輸入端PMOS放大器和放大器B的放大倍數很高，PMOS放大器，放大器B和雙極器件Qout組成的反饋回路，使得電阻器Rgain上的電壓Vgain跟隨輸入端駐極體電容上電壓變化，負載Rload上電流變化跟隨電阻器Rgain上電流變化，這樣放大器電壓增益為Rload/Rgain。調解電阻器Rgain的阻值大小可以得到不同電壓增益。這個電路的優點是電壓增益可以很好調節控制，但有下列幾點不足：

1)PMOS差分放大器和內部放大器B增加了芯片的噪聲；

2)PMOS差分放大器Miller效應引起輸入電容變大；

3)采用MOS器件和雙極器件(BJT)，提高了制造成本。

4)電阻器Roffset的存在也增加了芯片噪聲。

因此，需要一種高增益、體積小，優選能夠應用于ECM麥克風的前置放大器。

實用新型內容

針對現有駐極體(ECM)麥克風傳統放大器JFET和前面所提到的兩種放大器存在的不足，本實用新型意在提出一種新的高增益前置放大器，以滿足現在語音通訊設備中對小型駐極體放大器的高增益、小體積的要求。