[发明专利]用于操作集成MEMS麦克风设备的方法和集成MEMS麦克风设备

说明书

提出一种用于操作集成MEMS麦克风设备（1）的方法。所述集成MEMS麦克风设备（1）包括包围内部腔（16）的封装壳体（10），其中，在内部腔（16）内设置有具有可移动膜（19）的集成MEMS麦克风管芯（12）、至少一个环境传感器（13）和热去耦电路（14）。所述方法包括以下步骤：在测量模式（MM）中重复操作环境传感器（13）；对于环境传感器（13）的测量模式（MM）之前和/或之后的过渡阶段（TP1、TP2），激活热去耦电路（14）。在过渡阶段（TP1、TP2）期间，逐渐调整进入内部腔（16）的热耗散。

技术领域

本发明涉及一种用于操作集成MEMS麦克风设备的方法，并且还涉及一种集成MEMS麦克风设备。

背景技术

微机电系统MEMS麦克风在许多音频应用中起着关键作用。MEMS麦克风是使用复杂的封装设计的高度集成部件，并兼有小尺寸、高音质、可靠性以及可承受性。在传感器技术方面正在进行的努力试图将附加传感器概念进一步集成到单个集成MEMS麦克风设备中。例如，MEMS麦克风能够补充有一个或更多个环境传感器，例如温度、压强、湿度、气体或空气质量传感器。这些传感器与音频功能无关，但采用与MEMS麦克风相同的封装件。封装件具有向大气开放的音孔，能够使用所述音孔来测量来自大气的信息。

图5示出了示例性集成MEMS麦克风设备。MEMS麦克风1包括封装壳体10、盖子11以及集成MEMS麦克风管芯12。封装壳体10具有音孔15，所述音孔设置在壳体中并穿过壳体，使壳体通向其环境。内部腔16由安装到封装壳体的衬底18的盖子11限定。MEMS麦克风管芯包括可移动膜19，例如MEMS隔膜。集成电路管芯17设置成靠近集成MEMS麦克风管芯。集成电路管芯和集成MEMS麦克风管芯借助于引线接合件21彼此电连接并且电连接到衬底18。

可移动膜19配置成从封装壳体的外部并通过音孔接收声音。可移动膜响应于内部腔内的压强变化，所述压强变化例如可以源自经由音孔从外部接收的声音或通过内部源产生的声音。压强变化还能够通过改变腔内的温度引起，例如借助于进入腔的热耗散。

图6示出了设置在本领域中已知的集成MEMS麦克风设备中的环境传感器的操作方案。环境传感器能够设置在腔内。传感器连接到电源电压VDD、VSS，并以操作电流Iq操作。附图补充有示出环境传感器的测量模式MM的时序图。通常，在测量模式的持续时间内重复启用传感器。例如，每1s至100s启动持续时间为几微秒到几毫秒的测量模式。实际持续时间在很大程度上取决于特定的应用。实际上，持续时间能够是可变长度。例如，客户可能希望根据特定的情况调整测量的准确性。在这种情况下，持续时间可以变化。在一些实施例中，更长的持续时间能够有助于准确性。

环境传感器能够导致进入腔的热耗散。例如，当启动或终止测量模式时，基本上瞬时开启或关闭传感器。这分别导致存在于内部腔的相当小的后部空间中的空气的快速加热或快速冷却。这些温度变化导致压强p的对应的变化或者腔中空气的快速膨胀。最后，这些变化能够在MEMS麦克风中引起可听见的信号。即使在环境传感器由于刚才描述的热耦合路径而与音频功能部分电隔离时，该可听见的信号也可能表现为“砰”或“咔哒”噪声。因此，环境传感器的功耗能够调节腔内的温度。

示例性封装壳体具有3.23mm的长度、1.90mm的宽度以及0.72mm的高度。这等于腔内的、约为1.09 mm³的后部空气体积V。假设腔内是理想气体，则其遵循：

，

其中，p₁、T₁和p₂、T₂分别表示在启动测量模式之前或终止测量模式之后腔内的压强和温度。结合大气压强p和压强差∆p表示所引起的温度差ΔT。就能量而言，该结果能够表示为：