專利名稱：一種集成的麥克風(fēng)偏置電壓控制方法和偏置電壓生成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子聲音采集器件麥克風(fēng)，更確切地說，涉及一種集成的對麥克風(fēng)的偏置電壓進(jìn)行控制的方法和麥克風(fēng)的電壓偏置電路。
背景技術(shù)：
在電容式麥克風(fēng)，尤其是電容式硅麥克風(fēng)中，需要一個額外的電路從麥克風(fēng)電源產(chǎn)生高電壓偏置，以得到合適的麥克風(fēng)靈敏度。典型的硅麥克風(fēng)構(gòu)成原理圖如圖1所示，其中，硅麥克風(fēng)包括外殼101、由上下兩層極板構(gòu)成的電容組件102、偏置電壓生成電路103 和麥克風(fēng)緩沖放大器電路104。電源105和“接地”端106分別連接于緩沖放大器電路104 和偏置電壓生成電路103以給二者提供工作電壓；由偏置電壓生成電路103生成一高電位的偏置電壓供給電容組件102的一輸入端以控制麥克風(fēng)靈敏度；電容組件102的輸出端則連接到緩沖放大器電路104的輸入端，經(jīng)放大后供給輸出端107作為麥克風(fēng)的輸出。對于手機(jī)等便攜式設(shè)備而言，一般情況下，麥克風(fēng)電源的電壓范圍為1.5V 3.6V，而高壓偏置電壓則需要為8V 14V左右。現(xiàn)有技術(shù)中，一般主要是通過電荷泵電路從低電源電壓生成高壓偏置。圖2A是現(xiàn)有技術(shù)的偏置電壓生成電路的一種典型結(jié)構(gòu)的原理框圖。其主要由電荷泵升壓電路222、整流電路2 和濾波電容227構(gòu)成。電荷泵升壓電路222的兩個輸入端220、221分別連接電源電壓VDD和接地端GND，升壓后的脈沖輸出電壓被送入整流電路226，經(jīng)整流后形成直流輸出，該直流輸出經(jīng)由濾波電容227過濾除去高頻成分后，作為高壓輸出端228的最終輸出VHigh。設(shè)置整流和濾波電路主要是由于電荷泵升壓電路的工作原理是按照一周期性的時鐘信號，將電荷從低電壓端泵送到高電壓端。因為電荷泵是周期工作的，其輸出節(jié)點2221 電壓存在較大的波動。因此需要額外的整流和濾波電路濾除這些電壓波動，從而在輸出端節(jié)點2222得到比較穩(wěn)定的高壓偏置電壓。其中整流電路一般采用二極管或者工作在二極管模式的其它器件(例如PMOS管等)。圖2B到2E給出了現(xiàn)有技術(shù)中典型的偏置電壓生成電路的電路圖及時鐘信號時序和節(jié)點電壓變化。圖2B為現(xiàn)有技術(shù)中典型的偏置電壓生成電路的基本電路原理圖，其中電容Cl C4、二極管Dl D4構(gòu)成了電荷泵升壓電路；二極管D5為整流電路，電容Cf為濾波電容。時鐘輸入端201、203分別接第一和第二時鐘信號CK1、CK2 ；電壓輸入端202接電源電壓VDD ；高偏置電壓VHigh經(jīng)由輸出端208輸出。也可以使用另外的元件來代替圖2B 中的二極管。例如使用肖特基二極管，或者使用浮柵NMOS管或者PMOS管，或者使用襯底電壓可以調(diào)節(jié)的兩個或多個PMOS構(gòu)成的等價二極管電路。無論是用何種方法來代替，其基本的工作原理和等效電路不變。圖2C為偏置電壓生成電路的另一實施例。其中，通過使用二極管接法的PMOS管替換圖2B中的二極管得到同樣類似的結(jié)果。其中電容Cl C4、PMOS晶體場效應(yīng)管Pl P4構(gòu)成了電荷泵升壓電路；PMOS晶體場效應(yīng)管P5為整流電路，電容Cf為濾波電容。時鐘輸入端211、213分別接第一和第二時鐘信號CK1、CK2 ；電壓輸入端212接電源電壓VDD ；高偏置電壓VHigh經(jīng)由輸出端218輸出。如圖2D所示，在圖2B和圖2C中，第一和第二時鐘信號CKl和CK2為相位相反的兩相時鐘信號。它們的低電平為0V，高電平為電源電壓Vdd。圖2E給出了圖2B和圖2C的電路的各節(jié)點電壓波形。其中當(dāng)CKl上升時，節(jié)點20A和20C的電壓被分別充電到2 X Vdd-Vth和 4 X Vdd-3 X Vth。而當(dāng)CK2上升時，節(jié)點20B和節(jié)點20D的電壓分別被充電到3 X Vdd-2 X Vth 和5XVdd-4XVth。節(jié)點20D的電壓通過整流電路后，由于整流二極管存在著導(dǎo)通壓降，因此最后的輸出電壓VHigh為5X (Vdd-Vth)。其中Vdd為輸入電源電壓，Vth為二極管的閾值電壓。要說明的是，以上的節(jié)點電壓只是理想元件情況下的近似估值，列舉于此目的在于大致說明電荷泵的工作原理，以便于后續(xù)對本發(fā)明技術(shù)方案的理解。關(guān)于電荷泵電路的更為精確的動態(tài)分析可以參見文獻(xiàn)1 Joru Tanzawa, Tomoharu Tanaka, ‘‘ A Dynamic Analysis of the Dickson Charge Pump Circuit “ ， IEEE Journal of Solid-state Circuits, Vol. 32, No. 8, August 1997。圖3給出了如圖2B、2C那樣的現(xiàn)有偏置電壓生成電路的電流/電壓輸出特性曲線。參見圖3，在麥克風(fēng)正常工作狀態(tài)下，麥克風(fēng)電容組件的兩個極板間的電阻非常高，典型直流電阻大于IOG歐姆(Ohm)，因此正常工作狀態(tài)下，從偏置電壓引腳輸出的電流為零；此時即對應(yīng)圖3中輸出電流為“O”之處，輸出電壓即為麥克風(fēng)的正常偏置電壓(例如12V)。在圖3中可以看出，由于整流二極管的影響，在輸出電流接近O安培時，輸出電壓上升速度變緩，曲線的斜率迅速下降，即輸出阻抗迅速增加。從而在正常偏置電壓工作點附近，偏置電壓生成電路的輸出阻抗很高，導(dǎo)致輸出偏置電壓隨輸出電流的波動變化很大，由此給麥克風(fēng)帶來以下不利的影響1、當(dāng)麥克風(fēng)工作在潮濕環(huán)境中時，例如耳道式或內(nèi)耳式助聽器中使用的麥克風(fēng)，其輸出電流會增加，由此帶來偏置電壓的波動。而偏置電壓的變化會引起麥克風(fēng)的靈敏度波動。2、現(xiàn)有技術(shù)的整體麥克風(fēng)的靈敏度隨工藝波動帶來的電荷泵輸出電流的波動也會直接導(dǎo)致較大的偏置電壓的波動。為了克服上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中采用了增加電荷泵驅(qū)動能力的方式，以期將輸出阻抗控制在一定范圍之內(nèi)，但是這種方式顯然需要較大的電路功耗，對于靠電池供電的移動設(shè)備來說并不可取。并且，當(dāng)電荷泵驅(qū)動能力增加時，如果麥克風(fēng)在工作狀態(tài)中由于沖擊或者吹氣等原因造成麥克風(fēng)的兩個電容極板碰撞時，高壓偏置端的電荷難以通過兩個電容極板導(dǎo)通而產(chǎn)生的放電通路泄放掉，從而導(dǎo)致兩個電容極板被靜電力吸合在一起，易造成麥克風(fēng)無聲等可靠性方面的故障。另一類防止偏置電壓波動的方法是引入反饋回路，通過監(jiān)測偏置電壓輸出生成反饋信號，并通過適當(dāng)?shù)姆答伩刂扑惴ǎ\用調(diào)整電荷泵的時鐘等方式來改變電荷泵的輸出。例如，申請?zhí)?US2006062406A1，名為“ Voltage supply circuitand microphone unit comprising the same”的美國專利公開了這樣一種電路，其包括一電壓控制電路，用于根據(jù)傳感器測量的偏壓和基準(zhǔn)電壓來輸出偏置電壓控制信號；以及一電壓生成電路，用于根據(jù)所述偏置電壓控制信號生成偏置電壓。但是，控制電路的引入勢必導(dǎo)致電路復(fù)雜度的增加，隨之帶來集成電路布圖面積的增加和成本的提高，同時，反饋和控制電路會引入額外的噪聲，造成輸出偏置電壓的噪聲增加，從而是麥克風(fēng)性能惡化。甚至復(fù)雜的控制邏輯還需要有運算能力的芯片的參與，更不適于應(yīng)用到對成本和噪聲性能有著苛刻限制的麥克風(fēng)芯片中。另外，這種反饋控制方式雖然解決了潮濕環(huán)境中麥克風(fēng)靈敏度下降的問題，但對于極板碰撞導(dǎo)致的靜電力吸合的可靠性問題無能為力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是有鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，力求解決麥克風(fēng)電路中偏置電壓隨工作點變動而波動的問題，同時避免能耗和電路復(fù)雜性的增加。為此，本發(fā)明提出了一種麥克風(fēng)偏置電壓控制方法，用于硅麥克風(fēng)的偏置電壓生成電路，所述偏置電壓生成電路包括電荷泵升壓電路、整流電路和濾波電路，其中，電荷泵升壓電路的兩個電壓輸入端分別連接電源電壓VDD和接地端GND ；其輸出端連接到整流電路的輸入端；在整流電路的輸出端與接地端GND之間并聯(lián)連接有濾波電路，所述方法包括 控制所述偏置電壓生成電路的輸出電壓和輸入電流之間的關(guān)系，使其在電流為0值的鄰域內(nèi)，輸入電流隨輸出電壓的增加而增加，并且其增加的斜率隨電壓增加而快速增加。其中， 所述控制所述偏置電壓生成電路的輸出電壓和電流之間的關(guān)系是通過在整流電路的輸出端與接地端GND之間并聯(lián)連接一補償電路實現(xiàn)，且所述補償電路具有這樣的功能在電流接近于0的區(qū)域，其工作點電壓在麥克風(fēng)的偏置電壓附近，補償電路的輸入電流隨著補償電路兩端電壓的增加而增加，且電流增長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于電壓增長率。優(yōu)選地，所述補償電路為一金屬氧化物場效應(yīng)管，且在麥克風(fēng)正常工作狀態(tài)下，其工作較弱的電場擊穿區(qū)，在電路斷電后該場效應(yīng)管可恢復(fù)至正常狀態(tài)，不會由于擊穿而損壞。優(yōu)選地，所述補償電路為一采用CMOS工藝或BiCMOS工藝所制造的集成金屬-半導(dǎo)體型肖特基二極管，且在麥克風(fēng)正常工作狀態(tài)下，其工作在反向非飽和區(qū)。且其中，所述麥克風(fēng)的額定偏置電壓是在所述穩(wěn)壓二極管的反向擊穿電壓的正向鄰域內(nèi)?；蛘哒f近似地，該反向擊穿電壓為偏置電路的輸出電壓，也即所述麥克風(fēng)的額定偏置電壓。優(yōu)選地，所述補償電路為一采用CMOS工藝或BiCMOS工藝所制造的寄生的P/N結(jié)型二極管，且在麥克風(fēng)正常工作狀態(tài)下，其工作在反向非飽和區(qū)。且其中，所述麥克風(fēng)的額定偏置電壓是在所述穩(wěn)壓二極管的反向擊穿電壓的正向鄰域內(nèi)。或者說近似地，該反向擊穿電壓為偏置電路的輸出電壓，也即所述麥克風(fēng)的額定偏置電壓。同時本發(fā)明還提供了一種麥克風(fēng)偏置電壓生成電路，其包括電荷泵升壓電路、整流電路和濾波電路，其中，電荷泵升壓電路的兩個電壓輸入端分別連接電源電壓VDD和接地端GND ；其輸出端連接到整流電路的輸入端；在整流電路的輸出端與接地端GND之間并聯(lián)連接有濾波電路，所述電路還包括一并聯(lián)在整流電路的輸出端與接地端GND之間的補償電路，且所述補償電路具有這樣的功能在電流接近于0的區(qū)域，且麥克風(fēng)的偏置電壓工作點電壓附近，其輸出電壓節(jié)點的輸入電流隨著補償電路兩端電壓的增加而增加，且電流增長率快于電壓增長率。優(yōu)選地，所述補償電路為一穩(wěn)壓二極管，且在麥克風(fēng)正常工作狀態(tài)下，其工作在反向非飽和區(qū)。且其中，所述麥克風(fēng)的額定偏置電壓是在所述穩(wěn)壓二極管的反向擊穿電壓的正向鄰域內(nèi)。作為補償電路的該穩(wěn)壓二極管可為一采用CMOS工藝或BiCMOS工藝所制造的集成金屬-半導(dǎo)體型肖特基二極管，或者是一采用CMOS工藝或BiCMOS工藝所制造的寄生的P/N結(jié)型二極管。且在麥克風(fēng)正常工作狀態(tài)下，其工作在反向非飽和區(qū)。且其中，所述麥克風(fēng)的額定偏置電壓是在所述穩(wěn)壓二極管的反向擊穿電壓的正向鄰域內(nèi)。或者說近似地，該反向擊穿電壓為偏置電路的輸出電壓，也即所述麥克風(fēng)的額定偏置電壓。優(yōu)選地，所述補償電路為一金屬氧化物場效應(yīng)管，且在麥克風(fēng)正常工作狀態(tài)下，其工作在擊穿區(qū)。在電路斷電后該場效應(yīng)管可恢復(fù)至正常狀態(tài)，不會由于擊穿而損壞。特別是，所述補償電路為一 NMOS金屬氧化物場效應(yīng)管，且其柵極、襯底和源極均連接到所述接地端GND，其漏極連接到整流電路的輸出端。此外，本發(fā)明還提供了使用上述各種偏置電壓生成電路的麥克風(fēng)產(chǎn)品，以及應(yīng)用此類麥克風(fēng)產(chǎn)品的手機(jī)、多媒體播放器等消費電子產(chǎn)品以及汽車電子產(chǎn)品。應(yīng)用本發(fā)明的偏置電壓生成方法和偏置電壓生成電路，可以有效抑制電路輸出阻抗的增加，即減小輸出偏置電壓隨電流變化的波動，從而提高麥克風(fēng)靈敏度的穩(wěn)定性。并且，由于本發(fā)明巧妙地利用了不同電路元件工作區(qū)間的電路特性，使得可以在僅增加極少的元件的前提下，完成預(yù)定的功能，即減少了能量消耗，也節(jié)約了生產(chǎn)成本。


圖1是典型的硅麥克風(fēng)構(gòu)成原理圖；圖2A是現(xiàn)有的偏置電壓生成電路的一種典型結(jié)構(gòu)的原理框圖；圖2B是現(xiàn)有的偏置電壓生成電路的電路圖一；圖2C是現(xiàn)有的偏置電壓生成電路的電路圖二 ；圖2D是圖2B、2C中時鐘信號的時序圖；圖2E是圖2B、2C中電荷泵各節(jié)點電壓的時序圖；圖3是是現(xiàn)有的偏置電壓生成電路的輸出電壓-電流曲線；圖4是根據(jù)本發(fā)明的偏置電壓生成電路的原理框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的偏置電壓生成電路的第一實施例的電路圖；圖5A是N溝道耗盡型MOS管的輸出特性曲線；圖6是根據(jù)本發(fā)明的偏置電壓生成電路的第二實施例的電路圖；圖6A、6B分別是穩(wěn)壓二極管的電壓-電流特性和動態(tài)電阻特性；圖7是根據(jù)本發(fā)明的偏置電壓生成電路的輸出電壓-電流曲線；圖8是現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的偏置電壓生成電路的輸出電壓-電流曲線比較。
具體實施例方式針對現(xiàn)有技術(shù)中對于麥克風(fēng)偏置電壓的控制思想主要是通過且增大電荷泵的驅(qū)動功率，被動地使電壓電流曲線起點移動來改變圖3中電流為0點附近的曲線斜率，效果有限，控制的能量成本也高的問題，本發(fā)明提出了一種不同的控制思路。發(fā)明人通過多年的實踐，發(fā)現(xiàn)如果能對偏置電壓生成電路的輸出電壓進(jìn)行控制而使得能在不改變電荷泵驅(qū)動輸出功率的前提下，使得圖3中電流為0點附近的曲線斜率改變，將能夠有效的改進(jìn)偏置電壓的穩(wěn)定性。因此，本發(fā)明提出了這樣一種控制思想和控制方法控制所述偏置電壓生成電路的輸出電壓和電流之間的關(guān)系，使其在電流為0值的鄰域內(nèi)，電壓隨電流的變化率減小。例如，使所述偏置電壓生成電路的輸出電壓和電流之間的關(guān)系從圖3的形態(tài)改變?yōu)閳D7的形態(tài)。更進(jìn)一步地，本發(fā)明提出了通過在現(xiàn)有的偏置電壓生成電路(或簡稱偏壓電路) 的輸出端增加并聯(lián)的補償電路來使輸出偏置電壓隨電流波動變化趨緩的偏壓調(diào)節(jié)方法。根據(jù)本發(fā)明的方法，該補償電路應(yīng)具有這樣的功能在電流接近于0的區(qū)域，且在麥克風(fēng)的偏置電壓工作點電壓附近，其輸入電流隨著補償電路兩端電壓的增加而增加，且電流增長率快于電壓增長率。在本發(fā)明中，所述補償電路或是偏置電壓生成電路的輸入電流，作為簡稱指的是輸出節(jié)點的輸入電流，其定義為在相應(yīng)電路的兩個輸出端點之間，輸出電流的互補電流，即輸出電流的反向形式，如此以便于描述。例如，電路的兩個輸出端點之間的對外輸出電流為I，則輸入電流為-I。從而，當(dāng)偏置電壓生成電路的輸入電流增大時，大部分的增加的電流將通過補償電路，而不會給輸出偏置電壓VHigh帶來很大影響。應(yīng)用上述方法的思路的偏置電壓生成電路的原理框圖如圖4所示。其包括電荷泵升壓電路422、整流電路426、濾波電路427和補償電路429。其中，電荷泵升壓電路422 的兩個電壓輸入端420、421分別連接電源電壓輸入端電源電壓VDD和接地端GND ；其輸出端連接到整流電路似6的輸入端，經(jīng)整流后形成直流輸出；在整流電路似6的輸出端與接地端GND之間并聯(lián)連接有濾波電路427和補償電路429 ；整流電路426的直流輸出經(jīng)由濾波電路427過濾除去高頻成分后，作為高壓輸出端4 的最終輸出VHigh。補償電路應(yīng)具有這樣的性質(zhì)在電流接近于0的區(qū)域，且麥克風(fēng)的偏置電壓工作點電壓附近，其偏置電壓輸出節(jié)點的輸入電流隨著補償電路兩端電壓的增加而增加，且電流增長率快于電壓增長率。其中，電荷泵升壓電路422、整流電路426、濾波電路427可應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)中成熟的結(jié)構(gòu)，例如，采用與圖2B和圖2C中整流電路和濾波電容類似的結(jié)構(gòu)，在此不再贅述。應(yīng)理解的是，實際上本發(fā)明的方法適用于并將延及所有類似于圖3所示的電壓電流特性的偏壓電路，并能通過改善整體電路在工作點附近的曲線特性而解決穩(wěn)定輸出麥克風(fēng)偏置電壓的問題。因此，在各種現(xiàn)有麥克風(fēng)電壓偏置電路基礎(chǔ)上應(yīng)用本發(fā)明的方法，均將落入本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍，而不僅僅以本案背景技術(shù)以及具體實施方式
所列舉的實現(xiàn)形式為限。下面以本領(lǐng)域最常見的標(biāo)準(zhǔn)電荷泵電路為例來說明本發(fā)明的方法和電路結(jié)構(gòu)。且以二極管為整流電路，單個電容為濾波電路為例。雖然未曾列舉，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)知曉， 各種常見的整流電路，例如橋式整流電路、相應(yīng)接法的MOS晶體管、可控硅等等均可應(yīng)用于圖4中的整流電路426 ；以及常用的濾波電路如一階或高階阻容濾波電路等均可應(yīng)用于圖4 中的濾波電路427。這種常見技術(shù)手段的等同替換亦將落入本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。接下來分別介紹補償電路的兩種優(yōu)選實現(xiàn)形式。圖5是根據(jù)本發(fā)明的偏置電壓生成電路的第一實施例的電路圖。電容Cl C4、二極管Dl D4構(gòu)成了電荷泵升壓電路；二極管D5為整流電路，電容Cf為濾波電容。時鐘輸入端411、413分別接第一和第二時鐘信號CKl、CK2 ；電壓輸入端412接電源電壓VDD ；電荷泵升壓電路的輸出連接到二極管D5的反向端，二極管D5的正向端連接到高偏置電壓VHigh的輸出端418 ；且在輸出端418與接地端GND之間并聯(lián)有濾波電容Cf和補償電路419。其中，補償電路419為一 NMOS晶體管。 NMOS晶體管419的襯底和源極一起連接到接地端GND，其漏極連接到高偏置電壓VHigh的輸出端418 ；其柵極也連接到接地端GND。圖5A是圖5中用到的N溝道耗盡型MOS管的輸出特性曲線。較佳的是，本發(fā)明中，NMOS晶體管419工作在弱擊穿區(qū)，特別是C點的正向鄰域δ (C+)內(nèi)，亦即，偏置電壓的絕對值大于NMOS的夾斷電壓的絕對值，且偏置電壓的絕對值略大于NMOS的漏源擊穿電壓的絕對值。并且在電路斷電后該場效應(yīng)管可恢復(fù)至正常狀態(tài)，不會由于擊穿而損壞。圖6是根據(jù)本發(fā)明的偏置電壓生成電路的第二實施例的電路圖。圖6中，電容 Cl C4、二極管Dl D4構(gòu)成了電荷泵升壓電路；二極管D5為整流電路，電容Cf為濾波電容。時鐘輸入端401、403分別接第一和第二時鐘信號CK1、CK2 ；電壓輸入端402接電源電壓VDD ；電荷泵升壓電路的輸出連接到二極管D5的反向端，二極管D5的正向端連接到高偏置電壓VHigh的輸出端408 ；且在輸出端408與接地端GND之間并聯(lián)有濾波電容Cf和補償電路409。其中，補償電路409為一普通穩(wěn)壓二極管或肖特基穩(wěn)壓二極管。并且，在麥克風(fēng)的工作電壓點，該穩(wěn)壓二極管并非工作于穩(wěn)壓區(qū)，而是工作在反向擊穿電壓以下。圖6Α、6Β分別是穩(wěn)壓二極管的電壓-電流特性和動態(tài)電阻特性。實際上本發(fā)明利用的是穩(wěn)壓二極管在I<izmin范圍內(nèi)的工作特性，因此，也就穩(wěn)壓二極管的反向擊穿電壓Uz 最好略大于偏置電壓VHigh。特別是令穩(wěn)壓二極管工作在A點附近的正向鄰域δ (A+)內(nèi)將是本發(fā)明較佳的實施方式。此時，其動態(tài)電阻將落入于圖6Β中的AUzK對應(yīng)的區(qū)間。本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可在本發(fā)明的教導(dǎo)下，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上選擇或搭建具有類似電壓電流特性的元件或電路來實現(xiàn)補償電路，這種修改或變化屬于對本發(fā)明的等同替換， 將會落入本發(fā)明權(quán)利要求的范圍。圖7是根據(jù)本發(fā)明的偏置電壓生成電路的輸出電壓-輸入電流曲線。圖8是現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的偏置電壓生成電路的輸出電壓-輸入電流曲線比較。其中，實現(xiàn)為本發(fā)明的情況，虛線為現(xiàn)有技術(shù)未應(yīng)用本發(fā)明之前。從圖8可見，應(yīng)用本發(fā)明的補償電路后，能夠在不過多增大電荷泵輸出功率的前提下，使曲線整體性能得以改善。例如，當(dāng)麥克風(fēng)的電容組件發(fā)生極板接觸時，對應(yīng)Pl和Ρ2點，其中，本發(fā)明電壓下降更多，從而減小靜電力，使極板釋放更容易。而當(dāng)麥克風(fēng)在工作電壓12V附近，由于某種因素導(dǎo)致電流增大，例如濕度加大時，偏壓電路的輸出電壓對應(yīng)Ρ3和Ρ4點，可見，在同樣的電流變動條件下，本發(fā)明的電壓下降更少，從而對麥克風(fēng)靈敏度影響更小。此外，本發(fā)明還將延及結(jié)合了現(xiàn)有公知麥克風(fēng)生產(chǎn)技術(shù)和工藝與本發(fā)明的上述各種偏置電壓生成電路的麥克風(fēng)產(chǎn)品，以及應(yīng)用此類麥克風(fēng)產(chǎn)品的手機(jī)、多媒體播放器等消費電子產(chǎn)品以及汽車電子產(chǎn)品。以上對本發(fā)明的描述是說明性的，而非限制性的，本專業(yè)技術(shù)人員理解，在權(quán)利要求限定的精神與范圍之內(nèi)可對其進(jìn)行許多修改、變化或等效，但是它們都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種麥克風(fēng)偏置電壓控制方法，用于硅麥克風(fēng)的偏置電壓生成電路，所述偏置電壓生成電路包括電荷泵升壓電路、整流電路和濾波電路，其中，電荷泵升壓電路的兩個電壓輸入端分別連接電源電壓VDD和接地端GND ；其輸出端連接到整流電路的輸入端；在整流電路的輸出端與接地端GND之間并聯(lián)連接有濾波電路，其特征在于，所述方法包括控制所述偏置電壓生成電路的輸出電壓和輸入電流之間的關(guān)系，使其在電流為0值的鄰域內(nèi)，其輸出節(jié)點的輸入電流隨輸出電壓的增加而增加，并且其增加的斜率隨電壓增加而快速增加。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述偏置電壓生成電路的輸出電壓和輸出節(jié)點的輸入電流之間的關(guān)系是通過在整流電路的輸出端與接地端GND之間并聯(lián)連接一補償電路實現(xiàn)，且所述補償電路具有這樣的功能在電流接近于0的區(qū)域，其工作點電壓在麥克風(fēng)的偏置電壓附近，補償電路的輸出節(jié)點的輸入電流隨著補償電路兩端電壓的增加而增加，且電流增長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于電壓增長率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述補償電路為一金屬氧化物場效應(yīng)管， 且在麥克風(fēng)正常工作狀態(tài)下，其工作在較弱的電場擊穿區(qū)，在電路斷電后該場效應(yīng)管可恢復(fù)至正常狀態(tài)，不會由于擊穿而損壞。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述補償電路為一集成在CMOS或者 BiCMOS集成電路工藝中的金屬-半導(dǎo)體二極管，且在麥克風(fēng)正常工作狀態(tài)下，其工作在反向擊穿區(qū)域，該反向擊穿電壓為偏置電路的輸出電壓，也即所述麥克風(fēng)的額定偏置電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述補償電路為一集成在CMOS或者 BiCMOS集成電路工藝中的P-N半導(dǎo)體二極管，且在麥克風(fēng)正常工作狀態(tài)下，其工作在反向擊穿區(qū)域。該反向擊穿電壓為偏置電路的輸出電壓，也即所述麥克風(fēng)的額定偏置電壓。
6.一種麥克風(fēng)偏置電壓生成電路，其包括電荷泵升壓電路、整流電路和濾波電路，其中，電荷泵升壓電路的兩個電壓輸入端分別連接電源電壓VDD和接地端GND ；其輸出端連接到整流電路的輸入端；在整流電路的輸出端與接地端GND之間并聯(lián)連接有濾波電路，其特征在于，所述電路還包括并聯(lián)在整流電路的輸出端與接地端GND之間的補償電路，且所述補償電路具有這樣的功能在電流接近于0的區(qū)域，且麥克風(fēng)的偏置電壓工作點電壓附近，其輸出節(jié)點的輸入電流隨著補償電路兩端電壓的增加而增加，且電流增長率快于電壓增長率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，所述補償電路為一穩(wěn)壓二極管，且在麥克風(fēng)正常工作狀態(tài)下，其工作在反向非飽和區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于，所述麥克風(fēng)的額定偏置電壓是在所述穩(wěn)壓二極管的反向擊穿電壓的正向鄰域內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，所述補償電路為一金屬氧化物場效應(yīng)管， 且在麥克風(fēng)正常工作狀態(tài)下，其工作在弱擊穿區(qū)；在電路斷電后該場效應(yīng)管可恢復(fù)至正常狀態(tài)，不會由于擊穿而損壞。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其特征在于，所述補償電路為一NMOS金屬氧化物場效應(yīng)管，且其柵極、襯底和源極均連接到所述接地端GND，其漏極連接到整流電路的輸出端。
11.一種麥克風(fēng)，其特征在于，所述麥克風(fēng)的偏置電壓生成電路為根據(jù)上述權(quán)利要求6到 10中任意一項所述的電路或者是使用了上述權(quán)利要求1-5任意一項所述的偏置電壓控制方法。
全文摘要
一種集成的麥克風(fēng)偏置電壓控制方法和偏置電路，采用CMOS或者BiCMOS集成電路生產(chǎn)工藝實現(xiàn)，用于包括電荷泵升壓電路、整流電路和濾波電路的硅麥克風(fēng)的偏置電壓生成電路，所述方法包括控制所述偏置電壓生成電路的輸出電壓和輸入電流之間的關(guān)系，使其在電流為0值的鄰域內(nèi)，其輸出節(jié)點的輸入電流隨輸出電壓的增加而增加，并且其增加的斜率隨電壓增加而快速增加。其電路實現(xiàn)為在整流電路的輸出端與接地端之間并聯(lián)連接一補償電路實現(xiàn)，且所述補償電路具有這樣的功能在電流接近于0的區(qū)域，且麥克風(fēng)的偏置電壓工作點電壓附近，其輸出節(jié)點的輸入電流隨著補償電路兩端電壓的增加而增加，且電流增長率快于電壓增長率。
文檔編號H04R3/02GK102271300SQ20101019912
公開日2011年12月7日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者楊少軍 申請人:北京卓銳微技術(shù)有限公司