一种两线硅麦克风放大器制造技术

本发明专利技术公开一种两线硅麦克风放大器，其具有四个端口，输入端和高压偏置端与硅麦克风器件接口相连，输出端和地端提供电流信号输出；电源稳压器隔绝输出端的电压信号并给其它内部模块包括电荷泵、输入缓冲器、放大器、阻抗转换模块以及动态直流偏置和交流反馈模块提供稳压电源；电荷泵产生高压偏置电压；输入缓冲器将硅麦克风的电容信号转换为电压信号；放大器对输入缓冲器产生的电压信号进行放大；动态直流偏置和交流反馈模块根据输入信号的幅度动态调整放大器的直流偏置电压，并且提供交流反馈回路调整放大器的放大增益；阻抗转换模块将放大器放大的电压信号转换为输出端和地之间的电流信号，此电流信号流经麦克风外部的偏置电阻产生电压信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硅麦克风领域，具体而言，涉及一种两线硅麦克风放大器。
技术介绍
硅麦克风具有体积小，可回流焊表面贴装等优点而被广泛应用于手机、笔记本电脑、平板电脑等消费电子领域。硅麦克风系统的核心由硅麦克风器件和放大器芯片两部分组成。硅麦克风器件完成声音信号到电容变化信号的转换，放大器芯片完成电容变化信号到电压信号的转换和放大。目前常用的硅麦克风系统有三线系统和两线系统。所谓三线麦克风系统是因为麦克风有电源，地和输出三个端口，常用于手机，笔记本和平板电脑等电子产品；所谓两线麦克风系统是因为麦克风只有地和输出两个端口，使用时上位机的电源端通过一个偏置电阻，一般为2.2k，接到麦克风的输出端，既为麦克风提供电源又能将芯片内部的电流信号转换为电压信号输出。两线娃麦克风系统沿袭传统的两线驻极体麦克风系统，一般用于带有麦克风的耳机。虽然两线娃麦克风系统相比于三线娃麦克风系统信噪比比较低，但是受限于3.5mm耳机接口标准，两线麦克风仍然有不可取代的地位。由于娃麦克风和驻极体麦克风都是将声音信号转换为电容信号，区别仅在于娃麦克风的高压偏置需要放大器芯片产生而驻极体麦克风的高压偏置由驻极体提供。所以驻极体麦克风的放大器结构同样适用于娃麦克风。一般地，驻极体麦克风使用JFET放大器或者PMOS源极跟随器，可以直接实现电压信号到电流信号的转换。然而无论是JFET放大器还是PMOS源极跟随器都只能提供负增益，这对于高灵敏度的驻极体麦克风不成问题。但对于灵敏度较低的硅麦克风，负增益的放大器会使得灵敏度达不到一般的_42dB或者-38dB的标准，信噪比也不能满足要求。为了解决上述问题，具有正增益的三线硅麦克风系统会被改造一下，变成具有正增益的两线硅麦克风系统。如附图1所示，这是一种公知的两线麦克风系统原理图。这个系统由三线硅麦克风系统进行电压电流转换而得到。该系统由三线麦克风系统101和电压电流转换模块102组成。三线麦克风系统101由硅麦克风器件102和放大器芯片104组成。电压电流转换模块102由电阻R1107，电容C105和电阻R2106组成。三线麦克风系统有三个端口，电源108，地109和输出110。输出端口 110输出的电压信号中的直流成分在电阻R1107上产生电流的直流成分,输出端口 110输出电压信号的交流成分即表征声音信号的部分通过电容C105和电阻R2106转换为交流电流。这样，通过麦克风封装之外的三个阻容器件实现了电压到电流的转换，这个交流电流再通过上层系统的偏置电阻，一般为2.2k，实现电流信号到电压信号的转换。以上这种方案可以通过三线麦克风系统来对信号进行放大,从而使得麦克风的灵敏度达到_42dB或者-38dB的标准。但是也有一些问题。首先麦克风封装之外的三个阻容元件不仅增加了系统的体积，难以适应小型化的趋势，而且增加了麦克风的物料成本。其次为了得到合乎要求的动态范围，电阻Rl上的偏置直流电流一般有10uA,再加上三线放大器自身的静态工作电流，系统的静态工作电流有接近200uA，这在系统外部的2.2k偏置电阻上产生440mV的静态电压降。这就对该麦克风系统的最低工作电压提出了更高的要求，而无法应用在一些低电源电压的应用。再次电阻Rl上的直流偏置电流在小声音输入或者无声音输入时仍然消耗，是对电能的巨大浪费。最后，在输出的电流信号中，麦克风静态电流远大于音频信号电流，因此整体麦克风的噪声水平较高，限制了系统的信噪比。
技术实现思路
本专利技术提供一种两线硅麦克风放大器，用以克服现有技术中存在的至少一个问题。为达到上述目的，本专利技术提供了一种两线硅麦克风放大器，所述硅麦克风放大器具有四个端口，分别为输入端、高压偏置端、输出端和地端，其中所述输入端和所述高压偏置端与娃麦克风器件接口相连，所述输出端和所述地端用于信号输出；所述娃麦克风放大器的输出信号为所述输出端和所述地端两个端口之间的电流信号。进一步地，所述两线硅麦克风放大器包括:电源稳压器，电荷泵，输入缓冲器，放大器，动态直流偏置和交流反馈模块以及阻抗转换模块，其中:所述电源稳压器用于隔绝所述输出端的电压信号并给所述电荷泵、所述输入缓冲器、所述放大器、所述阻抗转换模块以及所述动态直流偏置和交流反馈模块提供稳压电源；所述电荷泵用于产生高压偏置电压，将硅麦克风器件偏置于合适的工作状态； 所述输入缓冲器与所述输入端相连，用于将硅麦克风器件的电容信号转换为电压信号；所述放大器用于对所述输入缓冲器产生的电压信号进行放大；所述动态直流偏置和交流反馈模块用于根据输入信号的幅度动态调整所述放大器的直流偏置电压，并提供交流反馈回路调整所述放大器的放大增益；所述阻抗转换模块用于将所述放大器放大的电压信号转换为电流信号，该电流信号中的交流成分流经外部的偏置电阻形成交流输出电压信号。进一步地，所述动态直流偏置和交流反馈模块包括动态直流偏置单元和交流反馈回路，所述动态直流偏置单元根据输入信号幅度调整所述放大器的直流输出电压；所述交流反馈回路用于利用电容调整所述放大器的放大增益。进一步地，所述阻抗转换模块为一电阻。进一步地，所述阻抗转换模块包括相连接的源跟随器和负载电阻，所述源跟随器用于降低负载电阻上的电压，提高动态直流偏置的效率。进一步地，所述源跟随器为N型场效应晶体管。进一步地，所述输入缓冲器可以为两个，分别为第一输入缓冲器和第二输入缓冲器，所述第一输入缓冲器用于将娃麦克风的电容信号转换为电压信号；所述第二输入缓冲器用于将高压偏置中的噪声信号进行缓冲，以与所述第一输入缓冲器形成差分连接，以抵消高压偏置的噪声；所述放大器用于对所述第一输入缓冲器产生的电压信号进行放大，同时对高压偏置的噪声进行消除。进一步地，所述阻抗转换模块包括电平移动电路和可配置负载电阻阵列，所述电平移动电路包括N型场效应晶体管、P型场效应晶体管和第一电阻，所述N型场效应晶体管用于将所述放大器的输出直流电压降低VgS ;所述P型场效应晶体管和所述第一电阻用于保证所述N型场效应晶体管的Vgs不随流经它的电流而变化；所述可配置负载电阻阵列包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一选择开关和第二选择开关，所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻依次串联，所述第一选择开关和所述第二电阻并联，所述第二选择开关和所述第三电阻并联。本专利技术运用动态直流偏置技术,在输入信号幅度小时，放大器的直流输出电压较低，则进行电压电流转换后直流偏置电流小，可以降低功耗；输入信号幅度大时，放大器的直流输出电压高，则进行电压电流转换后直流偏置电流大，可以提高动态范围。本专利技术的两线石圭麦克风放大器具有低噪声，低功耗的优点，而且相对于普通两线娃麦克风具有体积小，成本低的优点。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为一种公知的两线麦克风系统TJK意图；图2为本专利技术一个实施例的两线硅麦克风放大器模块框图；图3为本专利技术一个较佳实施例的两线娃麦克风放大器TJK意图；图4为本专利技术一个较佳实施例的两线硅麦克风放大器示意图；...

【技术保护点】
一种两线硅麦克风放大器，其特征在于，所述硅麦克风放大器具有四个端口，分别为输入端、高压偏置端、输出端和地端，其中所述输入端和所述高压偏置端与硅麦克风器件接口相连，所述输出端和所述地端用于信号输出；所述硅麦克风放大器的输出信号为所述输出端和所述地端两个端口之间的电流信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丽娜，杨少军，
申请(专利权)人：北京卓锐微技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11