[发明专利]放大设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括ESD(静电放电)保护元件或ESD保护设备的放大设备，并且具体涉及一种连接到具有高内部阻抗的信号源的放大设备。

背景技术

在使用诸如声压传感器的电容性信号源的领域中，通常使用连接到具有高内部阻抗的信号源的放大设备。声压传感器的典型示例包括麦克风，并且在这里将以驻极体电容式麦克风(以下成为ECM)为例来描述传统技术。

ECM已在诸如移动电话的小型便携设备中普遍使用。电容式麦克风被配置为将振动膜(diaphragm)与电极相对，并且从外部向电极施加电压并给电极充电。通过这一配置，声压引起的振动膜的位移导致振动膜和电极之间的电容的改变，并且导致振动膜和电极之间的电势的改变。

电容式麦克风通过提取该电势改变作为电信号，来将声音转换为电信号。在电容式麦克风的电极中使用驻极体，在所述驻极体中，在诸如聚合材料的电介质内部引起半永久性的极化，并且电荷被保持在表面上，由此，ECM消除了从外部施加电压的需要。

ECM的特性或灵敏度取决于振动膜和电极之间的电容，并且输出与振动膜的振幅成比例。ECM的电容取决于振动膜和电极的尺寸以及振动膜和电极之间的结构，并且通常约为几pF到几十pF。此外，当负载电阻大时，频率特性从更低的频率起变得平坦。因此，需要将负载电阻设为极大的值以便使语音频带(20Hz至20kHz)处的频率特性变得平坦。因而，在ECM的负载阻抗中使用具有极高输入阻抗的场效应晶体管或CMOS放大器。

另一方面，当输入阻抗过高时，出现这样的问题，即，在检测到大声的语音或接通ECM的电源之后返回期望DC操作电压的响应时间变晚，因而通常将输入阻抗设置为大约几GΩ至几十GΩ。

在试图将几GΩ至几十GΩ的电阻合并到CMOS放大器的相同芯片中的情况下，传统上使用一种用于利用MOS晶体管的亚阈值区域的微小电流来单体地(monolithically)构造等效的高电阻的方法。将使用图11和12来描述这种传统上使用的技术。

图11是在ECM中使用的CMOS放大器的电路示例，图12是放大设备的示例，在该放大设备中，使用N沟道MOS晶体管的亚阈值区域而将输入阻抗设置为几GΩ至几十GΩ。

在图11中，1是正输入端，2是负输入端，3是第一输出端，4是第一P沟道MOS晶体管，5是第二P沟道MOS晶体管，6是第三P沟道MOS晶体管，7是第四P沟道MOS晶体管，8是第一N沟道MOS晶体管，9是第二N沟道MOS晶体管，10是第三N沟道MOS晶体管，11是第四N沟道MOS晶体管，12是第一电阻器，13是第二电阻器，14是第三电阻器，15是第一电流源，16是第二电流源，17是第三电流源，18是电源端子，19是地线端子。

差分电路由第一P沟道MOS晶体管4和第二P沟道MOS晶体管5组成，并且从正输入端1和负输入端2输入的信号被第一电阻器12、第二电阻器13和第三P沟道MOS晶体管6、第四P沟道MOS晶体管7、第一N沟道MOS晶体管8、第二N沟道MOS晶体管9、第四N沟道MOS晶体管11放大，并且从第一输出端3输出。

在图12中，20是图11所示的CMOS放大器电路，21是输入端，22是第二输出端，23是反馈电路，24是电压源，25是第五N沟道MOS晶体管，26是第六N沟道MOS晶体管。此外，将相同的标号分配给具有图11所述的相同动作和作用的部件，并且省略详细描述。

图12的放大设备是使用反馈电路23的示例，并且通过使用处于亚阈值区域中的第五N沟道MOS晶体管25和第六N沟道MOS晶体管26将输入阻抗设置为几GΩ至几十GΩ。

ECM连接到输入端21，频率特性通过CMOS放大器的高输入阻抗而对于语音频带变得平坦，并且输入阻抗被设置为几GΩ至几十GΩ，由此，在检测到大声的语音或接通ECM的电源之后的响应时间加快，并且实现期望的电特性。

发明内容

<本发明要解决的问题>

然而，在传统配置的放大设备中，满足了ECM所需的期望电特性，但是需要将输入阻抗设置为几GΩ至几十GΩ，使得它配置为由具有低ESD(静电放电)耐受(withstand)额定电流的MOS的栅极接收。此外，当将诸如二极管的ESD保护元件连接到输入端21以防止ESD击穿时，输入阻抗减小。由于除非在输入端21中将输入阻抗保持为高否则不能检测来自连接到输入端21的ECM的信号特性，因此不能将用于减小输入阻抗的元件(例如ESD保护元件)连接到输入端21。