用于静电容型换能器的前置放大器电路制造技术

本发明专利技术涉及前置放大器电路和用于静电容型换能器的输出装置。缩短在电源接通时直流输出电压稳定为止的时间。高通滤波器(46)设置在电荷泵电路(45)的输出端和放大器(47)的输入端子之间。复位电路(48)检测电源接通时刻而向高通滤波器输出复位信号，高通滤波器在复位信号输出时和不输出时切换截止频率。复位电路包括：电容器(54)；二极管(55a)，其第一端子连接到电容器的另一端，第二端子连接到恒恒定电位点，从而从电容器的另一端向所述恒恒定电位点的方向成为正向，且用于截止区域；以及比较器(57)，其一个输入端子连接到二极管的第一端子，其另一个输入端子被施加参考电压，比较二极管的第一端子的电压和参考电压，输出复位信号。

【技术实现步骤摘要】
用于静电容型换能器的前置放大器电路
本专利技术涉及用于静电容型换能器的前置放大器电路。具体来说，涉及从电荷泵电路施加了高电压的用于静电容型换能器的前置放大器电路。
技术介绍
图1是表示用于通过MEMS技术制作的静电容型语音换能器(MEMS麦克风)的一般的前置放大电路11的结构。静电容型的语音换能器12中，如已知那样，根据声压而变形的隔膜(可动电极)与固定电极相对，由两者构成可变电容器。然后，若对语音换能器输入语音振动，则根据声压，隔膜与固定电极之间的电容发生变化，语音振动变换为电容的变化。为了使由语音换能器12检测到的语音振动(即，电容的变化)能够作为电信号来输出，在语音换能器12的一个电极(通常是隔膜)施加高压的偏置电压Vb。语音换能器12的一个电极连接到偏置端子13，该偏置端子13被从电荷泵电路15赋予偏置电压Vb。语音换能器12的另一个电极(通常为固定电极)连接到地电位的接地端子14。 电荷泵电路15的输出连接到偏置端子13。电荷泵电路15使前置放大器电路11的电源(以下，称为主电源)的输出电压Vdd升压，使其产生比电源电压Vdd高电压的偏置电压Vb，并将该偏置电压Vb提供给偏置端子13。由此，语音换能器12的一个电极被施加从电荷泵电路15输出的偏置电压Vb。 前置放大器电路11是放大从偏置端子13输出的语音换能器12的电信号而输出的电路，由高通滤波器16和放大器19构成。高通滤波器16是将电容器17和电阻18以τ形连接的滤波器，电容器17的第一端子连接到偏置端子13，电容器17的第二端子连接到放大器19的输入端子。电阻18的第一端子连接到电容器17的第二端子，电阻18的第二端子连接到电压保持为Vr的电压端子20。在电压端子20和地之间，连接有电压为Vr的电压源21。该电压Vr是对放大器19的输入端子赋予偏置电压Vr的电压。但是，根据该前置放大器电路11，从偏置端子13输出的信号中，低频分量的信号被高通滤波器滤波，只有从偏置端子13输出的高频分量的信号被放大器19放大而被输出。 在图1那样的前置放大器电路11中，当主电源从断开成为接通，从而主电源的输出电压Vdd如波形SI那样从OV变化为驱动时电压Vddm的情况下，从电荷泵电路15施加到前置放大器电路11的偏置电压Vb也会急速上升，如波形S2那样从OV变化为动作时输出电压Vbm。但是，当高通滤波器16的电阻18的值小的情况下，低频率分量的信号经由电阻18迅速地逃往接地侧，只有高频分量的信号通过高通滤波器16而输入到放大器19。因此，如图1的波形S2那样变化为阶梯状的输入电压波形只有包含高频分量的边缘部分(信号S2的上升沿部分)通过高通滤波器16，放大器19的输入端子上施加如波形S3那样的触发状的电压。即，对于放大器19的输入电压在主电源接通时迅速变大，但立即返回原来的电压，从前置放大器电路11输出的电压的波形Sout也在主电源接通时电压迅速地提高但立即稳定。 然而，实际上，在图1那样的前置放大器电路11中，作为用于高通滤波器16的电阻18，需要电阻值10GQ至100ΤΩ左右的较大的电阻值的电阻。S卩，由于该高通滤波器16必须要以IHz以下的频率具有极(pole)，因此作为该电阻18，需要是电阻值为10GQ至100T Ω左右的较大的电阻值的电阻。 但是，在当前的集成电路技术中，不能在集成电路中编入这样大的电阻值的电阻。因此，在改良后的MEMS麦克风用的前置放大器电路中，代替前置放大器电路11的电阻18而利用两个二极管。 图2是表示改良后的前置放大器电路31的电路图。在该前置放大器电路31中，使用反向并联连接两个二极管33a、33b的构造来代替图1的电阻18，从而构成高通滤波器32。S卩，二极管32a将阳极连接到电容器17的第二端子和放大器19的输入端子，将阴极连接到电压为Vr的电压端子20。此外，二极管33b将阳极连接到电压端子20，将阴极连接到电容器17的第二端子和放大器19的输入端子。作为利用这样反向并联连接的二极管构成高通滤波器的前置放大器电路，记载于专利文献I中。 另外，在该前置放大器电路31中，电压源21以主电源的电力作为来源。从而，当导通了前置放大器电路31的主电源的情况下，电压端子20的电压如图2的波形S4那样从O伏变化为Vr，当断开主电源的情况下，与波形S4相反地下降，但在以下的说明中，为了简化说明，设电压端子20的电压是一定的。 这些二极管33a、33b通过利用截止(OFF)区域，能够作为超高电阻值而使用。一般来说，若二极管的两端间电压超过被称为正向压降的阈值电压Vs (该阈值电压Vs根据二极管的种类而不同)，则流过正向电流，但在比该阈值电压Vs还小的范围中，即使是正向也几乎不流过电流，表示非常大的电阻值。将电压比该阈值电压(正向压降)Vs还小的区域称为截止区。若在截止区使用二极管，则能够作为超高电阻值的电阻而使用。 这里，为了在截止区使用二极管33a、33b，需要使施加到二极管33a的阳极和二极管33b的阴极的语音换能器12的输出信号和电压端子20的电压Vr的差不超过正向压降Vs0此外，在前置放大器电路31的主电源导通时或断开时，也需要使施加到二极管33a的阳极和二极管33b的阴极的电压和电压端子20的电压的差不超过正向压降Vs。 但是，在图2那样的前置放大器电路31中，使反向并联连接的二极管33a、33b在其截止区动作，并代替超高电阻值的电阻而使用，因此高通滤波器16的截止频率比图1的前置放大器电路11中的高通滤波器16的截止频率小很多。因此，在图2的前置放大器电路31中，低频信号难以被高通滤波器32去除。其结果，在电源接通时主电源的电压Vdd如图3 (A)所示的波形SI那样从O伏上升至驱动时电压Vddm为止，且如图3 (B)的波形S2那样电荷泵电路15的输出电压Vb从O伏上升至动作时输出电压Vbm时，通过高通滤波器32输入到放大器19的信号如图3(C)的波形S3那样急速上升后，缓慢收敛至原来的电压。从而，从前置放大器电路31输出的信号也与波形S3 —样，如图3 (D)的波形Sout那样在电源接通时急速上升后，缓慢地收敛至原来的电压。图4是通过仿真求出在电源接通时的前置放大器电路31的输出信号Sout的电压变化的图。 但是，如图4的点划线所示那样，电源接通时的前置放大器电路31的输出电压不输出主电源的电源变化是理想的。或者，优选地，电源接通时的前置放大器电路31的输出变化尽量迅速地返回原来的电压。相对于此，在图2那样的前置放大器电路31中，利用二极管33a、33b的截止区中的超高电阻值，因此如图4所示的波形Sout那样，电源接通时的输出变化还原而稳定为止的时间较长，花费几十秒至几分钟左右。 此外，图5示出断开前置放大器电路31的主电源时的各部的电压变化。图5(A)是表示断开前置放大器电路31的主电源时的、主电源的输出电压Vdd的变化波形SI，电压从驱动时电压Vddm阶梯状地减少至O伏。图5(B)是表示电源断开时的电荷泵电路15的输出电压Vb的变化的波形S2，由于滞留在电荷泵电路15内的电荷被释放是需要时间的，因此电压会缓慢减少。图5(C)是表示电源断开时的对放大器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种前置放大器电路，其特征在于，具有：偏置端子，被连接了用于将主电源电压进行升压后施加给静电容型换能器的升压电路的输出；放大器，用于放大所述静电容型换能器的输出信号；高通滤波器，设置在所述偏置端子和所述放大器的输入端子之间，且能够改变截止频率；以及复位电路，检测主电源电压的变化，从而向所述高通滤波器输出用于变更其截止频率的复位信号，所述复位电路包括：电容器，其一端连接到所述主电源电压；整流元件，其第一端子连接到所述电容器的另一端且第二端子连接到恒定电位点从而用于从所述电容器的另一端向所述恒定电位点的方向成为正方向的截止区；以及比较器，其一个输入端子连接到所述整流元件的第一端子，另一输入端子被施加参考电压，比较所述整流元件的第一端子的电压与所述参考电压，从而输出所述复位信号。

【技术特征摘要】
2013.09.10 JP 2013-1876541.一种前置放大器电路，其特征在于，具有: 偏置端子，被连接了用于将主电源电压进行升压后施加给静电容型换能器的升压电路的输出； 放大器，用于放大所述静电容型换能器的输出信号； 高通滤波器，设置在所述偏置端子和所述放大器的输入端子之间，且能够改变截止频率；以及 复位电路，检测主电源电压的变化，从而向所述高通滤波器输出用于变更其截止频率的复位信号， 所述复位电路包括: 电容器，其一端连接到所述主电源电压； 整流元件，其第一端子连接到所述电容器的另一端且第二端子连接到恒定电位点从而用于从所述电容器的另一端向所述恒定电位点的方向成为正方向的截止区；以及 比较器，其一个输入端子连接到所述整流元件的第一端子，另一输入端子被施加参考电压，比较所述整流元件的第一端子的电压与所述参考电压，从而输出所述复位信号。2.如权利要求1所述的前置放大器电路，其特征在于， 所述参考电压比所述主电源电压的驱动时电压低，且比所述恒定电位点的电压高。3.如权利要求1所述的前置放大器电路，其特征在于， 所述整流元件与第二整流元件反向并联连接。4.如权利要求1所述的前置放大器电路，其特征在于， 所述整流元件是二极管。5.如权利要求1所述的前置放大器电路，其特征在于， 所述整流元件是包含在MOS的结构的一部分中...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶肇，
申请(专利权)人：欧姆龙株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP