[發明專利]壓電MEMS揚聲系統

在審

• 申請號: 202110786779.4
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113840217A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 張孟倫
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04R17/00
• 分類號: H04R17/00;B81B7/02
• 代理公司: 北京漢智嘉成知識產權代理有限公司 11682
• 代理人: 姜勁;谷惠敏

本發明提出一種壓電MEMS揚聲系統，包括：至少一個壓電MEMS揚聲器；以及，至少一個變壓器，所述變壓器用于接收音頻信號輸入，以及用于驅動所述壓電MEMS揚聲器。該壓電MEMS揚聲系統，基于變壓器對壓電MEMS揚聲器進行驅動，由于變壓器是無源器件因此與傳統功率放大器這種有源方案相比，其功耗極低，具有結構簡單，適用于集成小型化器件等優點。

技術領域

本發明涉及微納機電系統(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)技術領域，特別地涉及一種壓電MEMS揚聲系統。

背景技術

壓電MEMS揚聲器的工作原理是利用壓電薄膜層的壓電效應，將電學信號轉化為機械振動，進而產生聲音。其厚度很薄，尺寸很小，能效出色，響應快速，音頻性能優異，可以覆蓋20Hz-20kHz的整個頻率范圍。得益于現代芯片制造技術，利用硅材料來開發MEMS揚聲器具有很大的優勢，半導體材料硅可進行大批量超微結構加工，非常適用于揚聲器這種市場需求極大的微型電子器件，并且，還具有很高的成本效益。但是目前的壓電MEMS揚聲器驅動需要高電壓(一般10V)，現有技術大多利用功率放大器對信號進行放大，這為電路增加了額外的功耗負擔，限制了其在耳機等具有長續航需求領域的應用。因此，亟需提出一種使用低電壓、小功率的方式驅動MEMS揚聲器。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種功耗低的壓電MEMS揚聲系統。

根據本發明實施方式的壓電MEMS揚聲系統，包括：至少一個壓電MEMS揚聲器；以及，至少一個變壓器，所述變壓器用于接收音頻信號輸入，以及驅動所述壓電MEMS揚聲器。

可選地，所述壓電MEMS揚聲器的數量不少于所述變壓器的數量。

可選地，所述系統中還包括動圈揚聲器和/或動鐵揚聲器。

可選地，所述音頻信號輸入與所述動圈揚聲器和/或動鐵揚聲器直接相連；或者，所述音頻信號輸入經過所述變壓器與所述動圈揚聲器和/或動鐵揚聲器間接相連。

可選地，所述變壓器的初級線圈或者次級線圈，與如下的一種元件或多種元件串聯或者并聯：電容、電阻、電感。

可選地，所述變壓器的初級線圈連接所述音頻信號輸入，所述變壓器的次級線圈連接所述壓電MEMS揚聲器，所述變壓器的初級線圈匝數小于等于次級線圈匝數。

可選地，所述壓電MEMS揚聲器的邊長小于等于20mm。

可選地，所述變壓器為音頻變壓器，其最大面的面積小于等于所述壓電MEMS揚聲器任一面面積的2倍，或其最大邊長小于等于所述壓電MEMS揚聲器最大邊長的2倍。

可選地，所述壓電MEMS揚聲器的工作頻率為20Hz至20kHz。

可選地，所述變壓器的初級線圈匝數與次級線圈匝數的比值為1:1至1:10000。

可選地，所述壓電MEMS揚聲器的電容值為0.1nF至1μF。

可選地，所述變壓器的初級電感為0.01mH至5H或者0.1mH至10mH。

可選地，所述系統的輸入阻抗大于20歐姆或者大于100歐姆。

可選地，所述系統的諧振點fr處的輸入阻抗大于200歐姆或者大于2000歐姆。

可選地，所述壓電MEMS揚聲器為振膜垂直振動型或者振膜平面振動型。

可選地，還包括基板，所述壓電MEMS揚聲器和所述變壓器設置在所述基板兩側。

可選地，所述壓電MEMS揚聲器包括壓電薄膜，以及包括硅基底或硅框架。