[发明专利]防止电容式装置中的静电吸合

说明书

背景技术

本发明涉及对诸如麦克风的机电系统中的电容式装置的监控和控制。诸如非永电体电容式麦克风的一些机电系统包括用于在正常工作情况下施加接近恒定的电荷的偏置电压源。然而，如果这种系统的电极彼此之间靠得太近，那么电荷可能流向一个或多个电极或者从一个或多个电极流出。这种电荷流能够引起一个电极在物理上吸引到另一个电极，从而导致装置的工作性能的改变。这种现象被称作静电吸合。一些现有系统通过降低系统的灵敏度来解决静电吸合问题。其他现有系统在将要发生或者已经发生静电吸合时检测到静电吸合，并且随后仅调整装置的电压或者灵敏度来防止发生崩溃事件或者从崩溃事件中恢复。

发明内容

除了其他方面，本发明通过将偏置网络两端之间的电势调整为等于零伏，实现了无论电极的相对位置如何，均防止多余的电荷流到系统中的电极上或者从系统中的电极流出。因为偏置网络两端之间的电势恒定地保持为约为零伏，所以降低了系统经历吸合的倾向。因此，不需要通过调整系统的灵敏度或者偏置电压来从检测到的或者预期的吸合事件中恢复。因此，在装置的整个工作期间，系统都能够提供更高的灵敏度。

在一个实施例中，本发明提供了一种机电系统，例如，麦克风系统，其包括机电装置，例如，具有第一电极和第二电极的音频传感器。电压源耦合到所述第一电极和所述第二电极。高阻抗偏置网络耦合到所述电压源和所述机电装置的所述第一电极之间。附加电子装置基于所述机电装置的所述第一电极的状态进行操作。反馈系统被配置为将所述高阻抗偏置网络两端之间的电势保持为约零伏。

所述机电装置包括电容式装置，例如，电容式麦克风。所述附加电子装置监控所述麦克风的电压并且传送表示所述麦克风的电压变化的电信号。所述系统还可以包括位于所述电压源和所述高阻抗偏置网络之间的电荷泵。所述电荷泵将来自所述电压源的电压调整为提供给所述高阻抗偏置网络的目标电压。

在一些实施例中，所述反馈系统向所述电压源提供输入，从而改变由所述电压源提供的电压，以使得所述高阻抗偏置网络两端之间的电势约等于零。在其它实施例中，所述反馈系统向所述电荷泵提供输入，从而改变所述电荷泵的输出电压，以使得所述高阻抗偏置网络两端之间的电势约等于零。在再一实施例中，所述反馈系统改变所述电荷泵的电压输出，以使得所述高阻抗偏置网络两端之间的电势约等于零。

通过考虑详细的说明以及附图，本发明的其他方面将变得显而易见。

附图说明

图1A是根据本发明一个实施例的麦克风顶表面的透视图。

图1B是图1A的麦克风的底表面的透视图。

图2是图1A的麦克风的截面图。

图3是用于图1A的麦克风的控制系统的示意图。

图4是用于图1A的麦克风的替代控制系统的示意图。

图5是用于图1A的麦克风的另一替代控制系统的示意图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明的应用并不限于下面的描述所阐述的或者下面的附图所示出的部件的结构和配置。本发明能够以其他实施例实现，或者能够以各种方式实践或者执行。

图1A示出了CMOS-MEMS麦克风1的顶表面。麦克风1包括由支撑结构3支撑的振动膜或者振动膜阵列4。支撑结构由硅或者其他材料制造。如图1B所示，麦克风结构1的背侧包括蚀刻到硅支撑结构3内部的背腔5。背腔5的顶部是背板6。

图2是图1A和1B的麦克风结构1的截面示意图。如图2所示，背板6和振动膜4二者均由硅支撑结构3支撑。然而，在一些实施例中，支撑结构可以包括多层的不同材料。例如，CMOS层可以沉积在硅支撑结构3的顶部。在一些实施例中，振动膜4由CMOS层支撑，而不是直接耦合到硅支撑结构3。

定位振动膜4和背板6以使得这两个构件之间存在间隙。在这种配置中，振动膜4和背板6用作电容器。当声压(例如，声音)施加到振动膜4时，振动膜4将会振动，而背板6相对于硅支撑结构3保持静止。随着振动膜4移动，振动膜4和背板6之间的电容也将发生变化。通过这种配置，振动膜4和背板6用作用于对声压进行检测并且定量的音频传感器。