[发明专利]包括输入信号限制网络的放大电路

说明书

本发明涉及包括半导体衬底的用于换能器信号的集成放大电路。半导体衬底包括信号限制网络，该信号限制网络包括耦合在前置放大器的输入和集成放大电路的第一预定电位之间的第一和第二平行支路。第一支路包括被耦合为通过限制网络沿第一方向传导电流的多个级联的半导体二极管，以及第二支路包括被耦合通过限制网络沿第二方向传导电流的多个级联的半导体二极管。电流阻挡件被配置为中断在第一支路或者第二支路的半导体二极管的阳极或者阴极和半导体衬底之间的寄生电流路径。

背景技术

具有大信号幅值的换能器信号的可接受处理对集成放大电路（尤其是处理来自电容性驻极体或者电容换能器元件的信号的放大电路）的输入提出了重大挑战。微型ECM可以包括这种微型电容性驻极体或者电容换能器元件用于在如移动端子、助听器、头戴式耳机、录音摄影机等的便携式设备中执行声音获取或者记录。

由换能器提供的大信号幅值必须由前置放大器的输入级以基本线性的方式处理至期望的最大幅值。在期望的最大幅值之上，换能器信号必须被限制以避免对耦合至集成放大电路的输入的前置放大器和/或其它有源或无源电路组件的输入设备造成不可逆的损伤。限制输入信号最大幅值的已知方法是将包括一对反向并联二极管的输入信号限制网络放置在前置放大器的输入和接地之间，或者设置电源电压和接地之间的任何其它合适的电位，以便超过大约+/-一个二极管压降（通常为+/-0.5-0.6V）的输入信号幅值被限制至后者的峰值电平。然而，该最大幅值电平远低于由当代微型ECM和其它类型的电容性麦克风传递的最大未失真幅值电平。当用于电容性麦克风（例如微型ECM）的麦克风前置放大器时，输入信号限制网络的较低的最大幅值处理能力导致过早失真和音频信号限幅。过早失真和音频信号限幅意味着电容性麦克风的动态范围的上部分（例如，高于110、120或者130dB SPL等的声压级，该声压级取决于麦克风灵敏度）变得毫无用处。

因此，人们非常需要提供能够在大约+/-0.5-0.6V的上述峰-峰电平之上处理好最大幅值的输入信号限制网络。输入信号限制网络应当优选地在现有集成半导体工艺（例如亚微米CMOS）中可实现并且占据小的半导体管芯面积以保持低成本。

在前置放大器的输入处增加最大输入信号能力的一个可能的方法是将多于一个二极管或者其它非线性组件串联放置在输入信号限制网络的每个支路中。然而，由于在阱中制造的任何扩散二极管受到耦合在阱和半导体衬底之间的寄生二极管的不良影响，因此这在标准半导体工艺中是不可行的。由于半导体衬底耦合至接地，因此当被正向偏置时，寄生二极管创建从阳极或者阴极至接地的寄生电流路径，并且破坏了对于大输入信号幅值（例如，高于前述大约+/-0.5-0.6V的峰-峰电平）的输入信号限制网络的半导体二极管的预期操作。根据本发明，这一问题得到了规避，在本发明中电流阻挡件被配置为中断从半导体二极管的阳极或者阴极至半导体衬底的寄生电流路径。

本发明的一个实施例基于包括电流阻挡件的二极管拓扑或者设计的提供，所述电流阻挡件创建除了朝向半导体衬底的第一寄生二极管以外的第二寄生二极管。该第二、附加的寄生二极管与第一寄生二极管串联耦合并且被安排用于沿第一寄生二极管的相反方向向前传导，从而阻挡向半导体衬底的寄生电流的任何流动或者来自半导体衬底的寄生电流的任何流动。与标准半导体工艺相比，该半导体二极管拓扑优选地基于提供额外阱扩散的半导体工艺。

本发明的另一个实施例基于二极管拓扑或者设计的提供，所述二极管拓扑或者设计包括第一极性的第一多晶硅件和第二极性的第二多晶硅件，其被设置为在厚氧化层的与半导体衬底相反的顶部上电接触。厚氧化层起电流阻挡件的作用，以使得二极管拓扑的阴极端子和阳极端子与半导体衬底绝缘，并且相应地阻止到接地的任何寄生二极管电流路径的创建。

现有技术

US2011/0026739A1描述了双路径麦克风前置放大器结构，其包括耦合至放大电路的输入端的信号限制网络。该信号限制网络包括一对支路，其中每个支路包括沿正向传导的相同方向耦合的2至5个级联二极管。

发明内容

本发明的第一方面涉及包括半导体衬底的用于换能器信号的集成放大电路。半导体衬底包括第一极性的半导体材料并且所述半导体衬底进一步包括：

-前置放大器，包括用于接收所述换能器信号的输入，