[发明专利]具有高声学过载点的麦克风系统

说明书

麦克风偏置电路包括：麦克风，连接在第一节点和第一DC偏置电压之间，麦克风被配置为响应于声音而在第一节点处提供感测电压；第一二极管和第二二极管，第一二极管和第二二极管在第一节点和第二节点之间彼此反向并联连接，第二节点具有第二DC偏置电压；放大器，具有连接到第一节点的输入和连接到第三节点的输出，放大器被配置为基于第一节点处的感测电压而向第三节点提供输出电压；以及反馈路径，从第三节点连接到第二节点。反馈路径包括至少一个元件，该至少一个元件被配置为将第三节点处的输出电压的交流分量耦合到第二节点。

本申请要求于2017年2月16日提交的美国临时申请系列号62/459,813的优先权的权益，通过引用将所述美国临时申请的公开内容在其整体上并入本文。

技术领域

本文档中公开的器件涉及麦克风偏置电路，并且更具体地，涉及具有高声学过载点的麦克风偏置电路。

背景技术

麦克风是将声音转换为电信号的换能器。麦克风用于众多不同的应用中，诸如录音、电话、助听器以及各种传感器系统。麦克风一般在特定声级范围内最精确地操作，所述特定声级范围取决于麦克风的灵敏度和配置。在非常喧吵的声音环境中，麦克风的输出信号通常将变得失真。特别地，基本上任何麦克风都将具有声学过载点（AOP），所述声学过载点是在其处麦克风不再能够有效地在实际声音信号和噪声/失真之间进行区分的声级。例如，AOP可以被定义为在其处输出信号中的失真达到10％的声压级。

诸如电容麦克风和电容式MEMS（微机电系统）麦克风之类的一些类型的麦克风需要DC偏置电压以便操作。MEMS麦克风附加地需要非常高的电阻以建立适当的DC偏置。该电阻大约是几百千兆欧姆。

图1a示出了用于使MEMS麦克风10偏置的麦克风电路1。麦克风电路1包括为麦克风10提供DC偏置电压的电荷泵5。电路1包括在电荷泵5和节点50之间彼此反向并联耦合的二极管25和35。电容器60连接在节点50和接地之间。麦克风10连接在节点50和节点40之间。麦克风10响应于声音而调制节点40处的电压以提供感测电压。电路1还包括二极管20和30，二极管20和30在节点40和接地之间彼此反向并联耦合。最后，电路1包括具有连接到节点40的输入的前置放大器70，前置放大器70基于感测电压在输出节点80处提供输出信号。

电路1的一个缺点在于：节点40处的感测电压通常具有不期望的DC偏移。特别地，由于麦克风10的寄生电阻R_寄生，小的泄漏电流通过麦克风10从节点50流动到节点40。泄漏电流然后通过二极管20、30从节点40流动到接地。作为泄漏电流的结果，感测电压可能具有移动的DC偏移。例如，针对感测电压的DC偏移可能略微地移动近似300 mV。

电路1的另一个缺点在于：在高信号电平处，二极管20、30将削减感测电压，这大幅减小电路的AOP。特别地，二极管20、30中的每一个具有正向电压V_F（例如，700 mV），在该正向电压V_F处它将导通。在高信号电平处，二极管20、30开始导通，这使感测电压失真。当感测电压降至-V_F以下时，二极管20将导通并削减感测电压。类似地，当感测电压上升至+ V_F以上时，那么二极管30将导通并削减感测电压。

图1b示出了响应于麦克风10经受高SPL的20 Hz声学信号在电路1的节点40处的感测电压的示例性波形90。如可以看到的那样，由于二极管20、30导通，当信号电平太高时，波形90失真（被削减）。如显然的那样，由二极管20、30的导通导致的这种削减效应大幅限制麦克风电路1的AOP。图2示出了图示波形90的频谱95的绘图。如可以看到的那样，频谱95包括20 Hz处的尖峰，其对应于实际声音（即20 Hz声学信号）。然而，如还可以看到的那样，频谱95还包括40 Hz、60 Hz、80 Hz、100 Hz、120 Hz、140 Hz和180 Hz处的附加大尖峰，其对应于由二极管20、30的导通引入的失真。如显然的那样，由二极管20、30的导通导致的这种削减效应大幅限制麦克风电路1的AOP。