麦克风系统和放大电路技术方案

本发明专利技术公开了麦克风系统和放大电路，所述麦克风系统包括敏感结构，所述放大电路包括：缓冲电路，其根据所述敏感结构输出的第一电压信号缓冲得到第二电压信号；以及调理电路，用于接收所述第二电压信号，其中，所述放大电路中的部分元件形成了无源低通滤波结构，所述无源低通滤波结构的频率特性对目标频带内的所述麦克风系统的频率特性提供补正。与现有技术相比，本发明专利技术实施例在避免加工难度增大的同时进一步提升了麦克风系统的信噪比，并增大了系统灵敏度在频带内的平坦度，同时具有简便与低成本的优点。

【技术实现步骤摘要】
麦克风系统和放大电路
本专利技术涉及麦克风领域，具体而言，涉及麦克风系统和放大电路。
技术介绍
微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem,MEMS)是一种在半导体制造技术的基础上发展起来的、融合了光刻、腐蚀、薄膜、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术而实现的高科技电子机械系统。MEMS系统一般包括一个用于将其他物理信号转换为电信号的微机械敏感结构及其相关电路。为满足人民群众日益增长的物质文化需求，MEMS系统的体积、成本、灵敏度、线性度等指标也在不断地优化提高。MEMS麦克风因其体积小、适于表面贴装等优点而被广泛地应用于各种电子装置，例如：手机、MP3、录音笔和监听器材等。当前的MEMS麦克风系统中包含的敏感结构通常为电容式MEMS麦克风传感器，该敏感结构主要包括一个薄且有弹性的声学振膜和一个刚性的背极板，从而背极板、声学振膜以及二者之间的空气隙共同组成了电容器，用于将声波信号转换为电信号。在MEMS麦克风系统中，由于微机电麦克风根据感应到的声波信号而直接输出的电信号十分微弱，因此在微机电麦克风系统中通常需要放大电路对微机电麦克风输出的电信号进行放大。MEMS麦克风系统的信噪比等于麦克风的灵敏度与系统总噪声的比值。MEMS麦克风系统中的噪声的主要来源是：敏感结构的噪声来源以及电路部分的噪声来源。随着智能手机和智能家居的普及，一方面，人们对微机电麦克风系统的信噪比的要求越来越高，另一方面，一般的应用场合都需要在麦克风工作带宽内的频率响应较为平坦，否则麦克风采集到声波信号的音色在相应的不平坦的频段也会有所变形，导致声波信号在转换为电信号过程中的保真度受到影响。现有技术中，通常通过改变敏感结构或者封装的物理参数的方法以降低敏感结构的噪声以及提高系统灵敏度在频带内的平坦度，例如修订封装后腔形状与尺寸、改变敏感结构参数等。然而，由于受封装尺寸和敏感结构加工工艺限制，现有技术在实施时具有一定的难度。例如，随着封装尺寸越来越小，敏感结构的后腔体积可以增大的范围越来越有限；通过减小敏感结构振膜厚度以改变敏感结构参数的方法也会给MEMS加工厂带来很大的加工难度。因此，期待在避免增大加工难度的同时进一步提升麦克风系统的信噪比，并增大系统灵敏度在频带内的平坦度。
技术实现思路
本专利技术提供一种麦克风系统和放大电路，用于在避免增大加工难度的同时进一步提升麦克风系统的信噪比，并增大系统灵敏度在频带内的平坦度。为达到上述目的，根据本专利技术的第一方面，提供了一种放大电路，包括：缓冲电路，用于对第一电压信号缓冲得到第二电压信号；以及调理电路，用于接收所述第二电压信号，其中，所述放大电路中的部分元件形成了无源低通滤波结构，所述无源低通滤波结构的频率特性对第一电压信号在目标频带内的频率特性提供补正，使得所述麦克风系统在目标频带内实现噪声优化和频率响应平坦化。优选地，所述调理电路包括第一电容，所述第一电容的第一端接地、第二端输出所述第二电压信号，所述无源低通滤波结构包括第一阻抗和所述第一电容。优选地，所述第一阻抗为所述缓冲电路的输出阻抗，所述第一电容的第二端与所述缓冲电路的输出端相连。优选地，所述第一阻抗为独立的电阻元件，所述第一阻抗的一端与所述缓冲电路的输出端相连、另一端与所述第一电容的第二端相连。优选地，所述无源低通滤波结构为多阶低通滤波结构。优选地，所述放大电路还包括驱动电路，用于对所述第二电压信号进行驱动而得到输出电压信号。根据本专利技术的第二方面，提供了一种麦克风系统，包括：具有声孔的封装壳及其形成的腔体；位于所述腔体内的敏感结构，用于将声波信号转换为所述第一电压信号；位于所述腔体内的电压控制电路，用于提供偏置电压至所述敏感结构；以及位于所述腔体内的如上述的任一种放大电路，用于根据所述第一电压信号产生所述输出电压信号。优选地，所述腔体内包括片上区域和片外区域，所述放大电路的调理电路中包含的所有电容为位于片外区域的片外电容，所述放大电路中除了所述调理电路中包含的电容之外的部分和所述电压控制电路位于所述片上区域并由集成电路实现。优选地，所述集成电路包括专用集成电路。相比于现有的麦克风系统及其放大电路，本专利技术提供的麦克风系统和放大器电路通过添加调理电路实现了对高频信号的抑制，从而在滤除一部分高频噪声、提升了信噪比的同时，由于调理电路的频率特性对敏感结构的频率特性进行了补正，从而使得麦克风系统的频率特性能够在目标频带内基本实现平坦，即在目标频带内麦克风系统对接收到的不同频率的声波信号的灵敏度相近，使得麦克风系统能够在将声波信号更转换为电信号时避免输出电压信号随声波频率的变化出现较大的幅度波动。并且，相比于现有技术，本专利技术提供的麦克风系统和放大电路具有简便与低成本的优点。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示出一种现有的麦克风系统的示意性框图。图2示出现有的麦克风系统的频率响应曲线的示意图。图3示出现有的麦克风系统的A加权噪声谱示意图。图4示出本专利技术第一实施例的麦克风系统的示意性框图。图5示出本专利技术第一实施例的调理电路的结构示意图。图6a示出本专利技术第一实施例的第二电压信号幅度值与声波信号频率之间的关系示意图。图6b示出本专利技术第一实施例中第三电压信号幅度值与声波信号频率之间的关系示意图。图6c示出本专利技术第一实施例的输出电压信号幅度值与声波信号频率值之间的关系示意图。图7示出本专利技术第一实施例的调理电路的一种替代实施例的结构示意图。图8示出本专利技术第二实施例的麦克风系统的示意性框图。图9示出本专利技术第二实施例的调理电路的结构示意图。图10示出本专利技术实施例的MEMS麦克风系统的结构示意图。具体实施方式以下将参照附图更详细地描述本专利技术。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。在下文中描述了本专利技术的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本专利技术。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本专利技术。下面，参照附图对本专利技术进行详细说明。图1示出了一种现有的麦克风系统的示意性框图。如图1所示，该现有的麦克风系统1000包括敏感结构1100、电压控制电路1200以及放大电路1300。电压控制电路1200对敏感结构1100提供偏置电压Vbias。敏感结构1100为MEMS麦克风传感器，其主要结构是一个由振膜、背极板以及二者之间的空气隙构成的电容器，所述电容器能够在偏置电压Vbias的作用下将声波信号转换为第一电压信号Vin。放大电路1300对第一电压信号Vin进行缓冲与驱动，得到输出电压信号Vout。麦克风的频率特性是指麦克风的输出相对幅度随着声波信号频率的分布，可以用频率响应曲线来表示，用来表示灵敏度与音频频率之间的关系。其中，麦克风的灵敏度代表麦克风将声音能量转换成电压后所产生的输出电压的幅度值，是在麦克风单位声压激励下输出电压与输入声压的比值。麦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种放大电路，包括：缓冲电路，用于对第一电压信号缓冲得到第二电压信号；以及调理电路，用于接收所述第二电压信号，其中，所述放大电路中的部分元件形成了无源低通滤波结构，所述无源低通滤波结构的频率特性对第一电压信号在目标频带内的频率特性提供补正，使得所述麦克风系统在目标频带内实现噪声优化和频率响应平坦化。

【技术特征摘要】
1.一种放大电路，包括：缓冲电路，用于对第一电压信号缓冲得到第二电压信号；以及调理电路，用于接收所述第二电压信号，其中，所述放大电路中的部分元件形成了无源低通滤波结构，所述无源低通滤波结构的频率特性对第一电压信号在目标频带内的频率特性提供补正，使得所述麦克风系统在目标频带内实现噪声优化和频率响应平坦化。2.根据权利要求1所述的放大电路，其中，所述调理电路包括第一电容，所述第一电容的第一端接地、第二端输出所述第二电压信号，所述无源低通滤波结构包括第一阻抗和所述第一电容。3.根据权利要求2所述的放大电路，其中，所述第一阻抗为所述缓冲电路的输出阻抗，所述第一电容的第二端与所述缓冲电路的输出端相连。4.根据权利要求2所述的放大电路，其中，所述第一阻抗为独立的电阻元件，所述第一阻抗的一端与所述缓冲电路的输出端相连、另一端与所述第一电容的第二端相连。5.根据权利要求2所述的放大电...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丽娜，魏琦，朱佳辉，
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