感测电路和检测麦克风生成的电信号的方法技术

本公开涉及一种感测电路和检测麦克风生成的电信号的方法，该感测电路包括：跟随器晶体管(10)，具有控制端(2a)、用于连接至负载(Z)的跟随器端(2b)；偏置电流发生器(11)，耦合至跟随器端(2b)；以及反馈级(13)，被配置为根据跟随器晶体管(10)的控制端(2a)上的输入信号(VIN)控制偏置电流发生器(11)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及感测电路和检测麦克风生成的电信号的方法。
技术介绍
如公知的，电容式麦克风(尤其是MEMS(微机电系统)麦克风和ECM(驻极体电容式麦克风))通常包括电容耦合至固定电极或板(也称为“背板”)的可变形导电隔膜。隔膜和固定电极之间存在被空气占据的空间。通常可用的电容式麦克风利用固定电荷偏置并响应于由压力波限定的声信号产生电信号。实际上，隔膜响应于修改电容器的电容的声信号而震动，并假设存储的电荷是固定的，震动引起电容器本身的电极之间的对应电压变化。通过电容器上的电压变化来限定电信号。通常用于表示电容式麦克风的等效电路包括与电压发生器串联的具有可变电容的电容器。为了防止存储在电容器上的电荷的扰动，由麦克风产生的电信号必须使用具有高输入阻抗的感测电路(或“缓冲器”)来读取，其中感测电路基于所检测的信号利用低阻输出来驱动外部负载。感测电路一般采用源极跟随器结构的MOS晶体管，或者可选地AB类放大器。基于源极跟随器的感测电路极其简单并且存在低噪声，但是被证明仅有效地驱动高阻负载(例如，高于100kΩ)。实际上，这种类型的感测电路可以吸收来自负载的大电流或者为负载提供大电流，但是反而限于提供(吸收)大于跟随器晶体管的偏置电流的电流。如果负载阻抗适度，则不要求大偏置电流来得到充分的输出摆动，并且在不存在信号的情况下这包括静态消耗不可接受的增加。基于AB类放大器的感测电路通常被用于驱动低负载，例如低于10kΩ。与源极跟随器感测电路相比，AB类放大器能够在需要时提供大电流，当输入信号较低或不存在输入信号时保持有限的消耗等级。然而，AB类放大器比源极跟随器电路复杂得多，并且包含多种噪声源。此外，为了防止可能的振荡或不稳定性，频繁要求精心设计的频率补偿。实际上，静态损耗通常也不是如期望那么低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供感测电路以及检测麦克风生成的电信号的方法，其能够克服或者至少缓解上述限制。根据本专利技术，提供了分别如权利要求1和18所限定的感测电路以及检测麦克风生成的电信号的方法。附图说明为了更好地理解本专利技术，限制将参照附图仅通过非限制实例描述其实施例，其中：图1是用于转换声信号的设备的简化框图；图2是根据本专利技术实施例的感测电路的更详细的框图；图3是图2的感测电路的电路图；以及图4是根据本专利技术实施例的结合感测电路的电子系统的简化框图。具体实施方式图1是电容型的麦克风1(例如MEMS麦克风)以及用于响应于声信号检测由麦克风1生成的电信号的感测电路2的示意性示图。麦克风1和感测电路2形成用于转换声信号的设备。这里通过信号发生器3和具有可变电容的电容器4的串联来示意性表示麦克风1。信号耦合电容器5在麦克风1的终端1a与感测电路2的输入端2a之间提供信号耦合。麦克风1的终端1a和感测电路2的输入端2a分别通过第一DC偏置级7连接至第一参考线6以及通过第二DC偏置级9连接至第二参考线8。麦克风1在感测电路2的输入端2a上生成输入信号VIN(例如电压)。参考线6提供预充电电压VPC，用于传送具有可变电容的电容器4上的固定工作电荷。感测电路2的低阻输出端2b响应于声信号提供表示具有可变电容的电容器4上的电压变化的输出信号VOUT(例如电压)。输出端2b连接至负载Z。应该理解，在任何情况下，耦合麦克风1和感测电路2的方式不必须是唯一的，而是可以使用其他连接方案。图2以简化方式示出了根据本专利技术实施例的感测电路2。感测电路2包括跟随器晶体管10、偏置电流发生器11、参考发生器级12、反馈级13和限制或钳位级15。在一个实施例中，跟随器晶体管10是具有源极跟随器结构的PMOS晶体管。实际上，跟随器晶体管10的源极端(跟随器终端)连接至偏置电流发生器11的第一终端，并限定感测电路2的输出端2b。跟随器晶体管10的漏极端连接至比较节点18，而栅极端限定感测电路2的输入端2a并接收来自麦克风1的输入信号VIN。跟随器晶体管10传导跟随器电流IF。如以下详细解释的，偏置电流发生器11(其第二端连接至设置为电源电压VCC的供应线17)是受控发生器，并根据输入信号VIN的幅度提供偏置电流IB。偏置电流发生器11被反馈级13基于比较节点18处的电流的平衡来控制。实际上，由跟随器晶体管10提供的跟随器电流IF与参考发生器级12提供的比较电流IC进行比较，并且比较确定由反馈级13对偏置电流发生器11执行的控制的动作。参考发生器级12包括主参考电流发生器20、电流镜电路21和滤波器级22。主参考电流发生器20被配置为提供主参考电流IR0。电流镜电路21基于主参考电流IR0向比较节点18提供比较电流IC。例如，在一个实施例中，比较电流IC是主参考电流IR0的倍数。滤波器级22与电流镜电路21协作，用于抑制与主参考电流IR0相关联的噪声或干扰。如已经提到的，反馈级13被配置为根据输入信号VIN控制偏置电流IB。具体地，反馈级13确定当作为输入信号VIN的结果的感测电路2必须向负载Z提供电流时偏置电流IB的增加。限制级15连接在比较节点18和地线之间，并且被配置为防止比较节点18上的电压超过阈值，其中超过阈值时，跟随器晶体管10可以在线性区域中操作。图3更详细地示出了感测电路2。在一个实施例中，偏置电流发生器11包括PMOS类型的发生器晶体管23，其源极端连接至供应线17，其漏极端与跟随器晶体管10的源极端一起连接至输出端2b。发生器晶体管23的栅极端限定偏置电流发生器11的控制端11a并连接至反馈级13的节点。在参考发生器级12中，电流镜电路21包括二极管连接的晶体管25以及镜像晶体管26、27、28(这里为NMOS类型，相应的栅极端耦合至二极管连接的晶体管25的栅极端)。二极管连接的晶体管25与主参考电流发生器20串联并接收主参考电流IR0。二极管连接的晶体管30(这里为PMOS型)被布置为与镜像晶体管26串联并且其源极端连接至参考线31(设置为输出共模电压VCMOUT)。镜像晶体管26和二极管连接的晶体管30的大小被确定为用于将共同的相应漏极端上的电压固定在期望值。漏极端的公共节点8限定输入共模电压VCMIN，其被用作在不存在信号的情况下用于输入端2a的参考。镜像晶体管27和镜像晶体管28为反馈级13提供参考电流。在一个实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感测电路，包括：跟随器晶体管(10)，具有控制端(2a)、用于耦合至负载(Z)的跟随器端(2b)；偏置电流发生器(11)，耦合至所述跟随器端(2b)；以及反馈级(13)，被配置为基于所述跟随器晶体管(10)的所述控制端(2a)上的输入信号(VIN)控制所述偏置电流发生器(11)。

【技术特征摘要】
2014.12.16 IT TO2014A0010541.一种感测电路，包括：
跟随器晶体管(10)，具有控制端(2a)、用于耦合至负载(Z)
的跟随器端(2b)；
偏置电流发生器(11)，耦合至所述跟随器端(2b)；以及
反馈级(13)，被配置为基于所述跟随器晶体管(10)的所述控
制端(2a)上的输入信号(VIN)控制所述偏置电流发生器(11)。
2.根据权利要求1所述的感测电路，其中所述偏置电流发生器
(11)被配置为提供偏置电流(IB)，并且所述反馈级(13)被配置
为基于所述输入信号(VIN)修改所述偏置电流(IB)。
3.根据权利要求2所述的感测电路，包括：
比较节点(18)，所述跟随器晶体管(10)被配置为向所述比较
节点(18)提供跟随器电流(IF)；以及
参考发生器级(12)，被配置为向所述比较节点(18)提供比较
电流(IC)；
所述反馈级(13)被配置为基于所述比较节点(18)处的电流
平衡修改所述偏置电流(IB)。
4.根据权利要求3所述的感测电路，其中所述参考发生器级(12)
被配置为向所述反馈级(13)提供第一反馈参考电流(IRFB1)，并且
基于所述第一反馈参考电流(IRFB1)向所述比较节点(18)提供第
二反馈参考电流(IRFB2)。
5.根据权利要求4所述的感测电路，其中所述参考发生器级(12)
包括：
主参考发生器(20)，被配置为提供主参考电流(IR0)；以及
第一电流镜电路(21)，耦合至所述主参考发生器(20)，用于
接收所述主参考电流(IR0)并被配置为基于所述主参考电流(IR0)
生成所述比较电流(IC)和所述第一反馈参考电流(IRFB1)。
6.根据权利要求5所述的感测电路，其中所述反馈级(13)包

\t括第二电流镜电路(35)，被配置为根据所述第一反馈参考电流
(IRFB1)生成第二反馈参考电流(IRFB2)。
7.根据权利要求6所述的感测电路，其中：
所述第一电流镜电路(21)包括：第一二极管连接的晶体管(25)，
耦合至所述主参考发生器(20)用于接收所述主参考电流(IR0)；第
一镜像晶体管(27)，被配置为提供所述第一反馈参考电流(IRFB1)；
以及第二镜像晶体管(28)，被配置为提供所述比较电流(IC)；以及
所述第二电流镜电路(35)包括：第二二极管连接的晶体管(40)，
耦合至所述第一镜像晶体管(27)用于接收所述第一反馈参考电流
(IRFB1)；第三镜像晶体管(41)，被配置为向所述比较节点(18)
提供所述第二反馈参考电流(IRFB2)。
8.根据权利要求7所述的感测电路，其中：
所述偏置电流发生器(11)包括发生器晶体管(23)，具有的长
宽比比所述第二二极管连接的晶体管(40)的长宽比大第一比例因
子；以及
所述第二镜像晶体管(28)具有的长宽比比所述第一镜像晶体
管(27)的长宽比大第二比例因子；以及
所述第二二极管连...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·尼科利尼，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT