[发明专利]选择性微机电麦克风读出电路与其读出方法

说明书

技术领域

本发明有关于一种微机电麦克风读出电路，且特别是有关于一种综合的选择性微机电麦克风读出电路与其读出方法。

背景技术

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，底下简称MEMS)技术是一以微小化机械结构为出发点的设计。在众多的微机电技术中，主要应用在制作微传感器(Micro sensor)、微致动器(Micro actuator)、与微结构(Micro structure)元件等三大领域里。其中，微传感器由于可以使用相关半导体制造工艺技术，进而言之可以实现与集成电路的综合，因此，提升了该技术的竞争力，也普遍较受到重视。微传感器是一种具有传感器特性的微元件，将外界物理或化学的状态量(如光、热、磁、声音、压力、位置等)转换成电信号以供任何信号的处理，通常为电压或电流等容易控制与处理的信号。微传感器利用微机电系统制造工艺，除了具有传统检测元件的功能外，甚至对于传统检测元件所无法达到的检测功能，却可藉由微小化的微检测元件而达到。

目前已有许多微传感器利用微机电系统制造工艺技术来制作，如压力传感器(Pressure sensor)、加速度计(Accelerometer)、红外线传感器(IRsensor)、温度传感器(Temperature sensor)、化学传感器(Chemicalsensor)、流量传感器(Flow sensor)及声音传感器(Acoustic sensor)等皆已纷纷具体实现了。

微机电麦克风元件的出现，发展出许多的新类型的应用。由于该类型的麦克风的出现，具有缩小化的特性，且易于与IC芯片综合信号处理，增加了人类对于声音传感的多样化，例如以阵列形式完成的麦克风，可以使麦克风具有方向性的判别。例如多样化检测单元(multi-sensor)，可以增加检测机制的使用功能等。

微机电麦克风，在现今的使用中，区分为两大类，第一类是驻极体式微机电麦克风(Electret condenser microphone，底下简称为ECM)，另一类电容式微机电麦克风(Condenser Microphone)。该驻极体式微机电麦克风的结构，是将一材料层，如特弗龙(Teflon)植入为驻极体类型的麦克风之中，由于该材料层有着可以累积电荷的功能，因此，该种类型的麦克风不需要额外的偏置，便可以直接感受声压的变化，进而转换电气信号以供后续信号处理的使用。

而另一类的电容式微机电麦克风，该种类型的麦克风，即是不具备驻极体材料而得名的，换句话说，在使用该类型的麦克风时，需要施以一外加偏置，通常需要12V以上的电压，因此，该类型的麦克风在与后续电路配合上，整体芯片的功率消耗会提高。但由于该种类型的结构具备有较佳的传感灵敏度与对温度反应较低的特性，因此，成为研究发展的主要目标。

在图1中，所示的为一种公知的电容式微机电麦克风(MEMS CondenserMicrophone)检测读出电路100。电路在初始状态下，电容式微机电麦克风元件110在端点N1通过电源供应源VDD经过偏置电阻120提供所需的偏置，而电容式微机电麦克风元件110的另一端会连接到地端GND。偏置电阻120与电容麦微机电克风元件110可以形成滤波器，用以阻隔不必要的噪声信号与提供音频所需的频带的信号。当声压传递至电容式微机电麦克风元件110时，电容上的位移产生变化，因此累积在电容上的电荷产生变化，进而产生了信号的变化，通过直流阻隔电容130后输入至前级缓冲放大器140的输入端，进而将信号放大后传递至输出端Vout完成信号的获取。

在图2中所示为一公知的驻极体微机电麦克风(MEMS ECM)读出电路200。在读出电路200中，该驻极体式微机电麦克风元件210为一内建累积电荷层的元件，在不提供外加偏置下，便可以产生累积电荷的功能。驻极体式微机电麦克风元件210通过端点N2直接连接到直流阻隔电容230的一端，而另一端则是通过端点N2连接到接地端GND。而在端点N1与N2之间加上电阻220，可以形成滤波器用以阻隔不必要的噪声信号与提供音频所需的频带的信号。驻极体式微机电麦克风元件210内累积电荷层的材料，多半为特氟龙(Teflon)。当声压传递至驻极体式微机电麦克风元件210时，便会产生累积电荷量的改变，进而改变信号的大小。信号会经由直流阻隔电容230传递至前级缓冲放大器240的输入端，进而将信号传递至输出端Vout。