[发明专利]用于微机电声换能器的接口电子电路及对应的方法

说明书

在至少一个实施例中，提供了一种用于具有感测电容器的电容式声换能器的接口电子电路。接口电子电路包括放大器、电压调节器、共模控制电路和基准生成器。放大器具有耦合到感测电容器的电极的输入。电压调节器被配置为接收调节器基准电压，基于调节器基准电压生成调节电压，并将调节电压提供给放大器的电源输入。共模控制电路基于共模基准电压控制放大器的输入上存在的共模电压。基准生成器接收电源电压并且利用根据电源电压可变的相应值生成调节器基准电压和共模基准电压。

技术领域

本公开涉及一种用于声换能器(特别是MEMS(微机电系统)类型的电容式麦克风)的接口电子电路，以及对应的方法，下面的处理将明确参考声换能器，而不意味着一般性的任何损失。

背景技术

众所周知，电容型的声换能器(特别是MEMS麦克风)一般包括：设置在半导体材料的第一裸片中的通常为硅的MEMS检测结构；通常在半导体材料的第二裸片中作为ASIC(专用集成电路)提供的读取和偏置接口电子电路；和封装，在封装中容纳两个裸片(即MEMS检测结构的裸片和接口电子电路的裸片)并且设置有用于输入声压波的孔和用于在接口电子电路和相同的封装外部之间进行电连接的适当元件。

以已知的方式，MEMS检测结构通常包括被制成膜片或薄膜的移动电极，其被布置成朝向固定的电极以提供具有可变电容的感测电容器的极板。移动电极通常借助于其外周部分锚固到基板，而其中间部分响应于由入射声压波施加的压力而自由移动或弯曲。构成移动电极的膜的弯曲引起感测电容器的电容根据待检测的声信号而变化。

接口电子电路具有电偏置MEMS检测结构的感测电容器的移动电极和固定电极的功能，并且还具有获取电容变化信号并将其转换成电输出信号(特别是模拟类型的电输出信号)的功能，在声换能器的输出处提供该电输出信号。

如图1中所示，由1指定的上述接口电子电路由处于低电压(例如，1.6V和3.6V之间)的电源电压V_DD供电，并且一般包括：电荷泵级2、放大器级4、电压调节器级5、和共模控制级6。

详细地，电荷泵级2接收电源电压V_DD和电荷泵基准电压V_{ref_CP}，并且被配置为生成相对于电源电压V_DD升压值的升压电压V_CP(例如，具有15V和20V之间的值)以用于偏置MEMS检测结构；具体地，电荷泵级2的输出耦合到MEMS检测结构(由具有可变电容的电容器C_MEMS的等效电路示意性地表示)的第一电极N₁(例如，由移动薄膜构成)，它向第一电极N₁提供升压电压V_CP。

相反，MEMS检测结构的第二电极N₂(例如，由刚性板或背板构成)耦合到放大器级4的高阻抗输入，该高阻抗输入设置在输入电压V_in(应当注意，显然，放大器级4的输入可以是差分的，而不是如在所图示的示例中那样是“单端的”)。

放大器级4具有电源输入，其从电压调节器级5接收调节电压V_r，调节电压V_r具有低于和接近电源电压V_DD的调节值，并限定了放大器级4的输出电压V_out的最大摆幅(所谓的“轨到轨”摆幅)。在接口电子电路1的输出端子Out上提供输出电压V_out，其可从声换能器的封装的外部获得(应当注意，显然，放大器级4的输出可以是差分的，而不是如在所图示的示例中那样是单端的)。

电压调节器级5接收电源电压V_DD并且还接收调节器基准电压V_{ref_reg}，并且被配置为生成具有适当值的上述调节电压V_r。具体地，电压调节器级5可以由所谓的LDO(低压降)型的调节器实施，其能够以输入电压和输出电压之间的最小差来维持输出电压(因此能耗最小)。