用于调节麦克风的偏压的电路制造技术

本发明专利技术涉及用于调节麦克风的偏压的电路。一种用于调节用于麦克风（1）的换能器的偏压的电路，包括用于生成用于麦克风（1）的换能器（20）的偏压（Vbias）的偏压生成器（10）以及用于检测撞击麦克风（1）的换能器（20）的声压的声压检测器（40）。偏压生成器（10）被配置成如果声压检测器（40）检测到的声压超过或降至低于至少一个声压阈值（Vth1,…,Vth10）则生成具有线性增大或减小的梯度的偏压（Vbias）。

Circuit for adjusting Microphone Bias

The invention relates to a circuit for adjusting the bias voltage of a microphone. A circuit for adjusting the bias voltage of the transducer used for the microphone (1) includes a bias generator (10) for generating the bias voltage of the transducer (20) used for the microphone (1) and a pressure detector (40) for detecting the sound pressure of the transducer (20) used for impacting the microphone (1). The bias generator (10) is configured to detect a sound pressure detector (40) that exceeds or falls below at least one sound pressure threshold (Vth1,... Vth10 generates a bias with a linear increase or decrease gradient.

【技术实现步骤摘要】
用于调节麦克风的偏压的电路
本公开涉及用于调节麦克风、特别是MEMS麦克风的偏压的电路。
技术介绍
例如MEMS麦克风之类的麦克风包括可以被建模为可变电容器的电容换能器，所述可变电容器具有取决于撞击在可变电容器的膜上的声压的可变电容。换能器可以包括膜片和背板。声学输入、特别是压力波可以使膜片偏离，以使得膜片与背板之间的距离改变，从而导致换能器的电容改变。当换能器承受非常高的声压级（SPL）时，膜片可能会接触背板，使得可能发生膜片的声学塌陷（acousticalcollapse）。为了操作麦克风，通常将偏压施加到换能器，特别是在换能器的膜片与背板之间。通过调整偏压的值，可以调整换能器的灵敏度。为了增大MEMS麦克风的动态范围，可以在声压级变得过高以至于会发生声学坍塌之前降低其偏压。换能器通常耦合到前置放大器，前置放大器依赖于撞击在换能器的膜上的声压来生成放大的输出信号。然而，降低偏压以防止声学塌陷可能导致前置放大器直流输入电压远离其偏置操作点并可能使其达到饱和，这将导致缺乏灵敏度和/或失真。
技术实现思路
期望提供一种用于调节麦克风的换能器的偏压以最小化麦克风中的毛刺的电路。在权利要求1中详细说明了用于调节用于麦克风的换能器的偏压的电路的实施例。该电路包括：用于生成用于麦克风的换能器的偏压的偏压生成器和用于检测撞击麦克风的换能器的声压的声压检测器。偏压生成器被配置成如果声压检测器检测到的声压超过或降至低于至少一个声压阈值则生成具有线性增大或减小的梯度的偏压。具体地，偏压生成器被配置成如果声压检测器检测到的声压超过所述至少一个阈值则生成具有线性增大的梯度的偏压。此外，偏压生成器被配置成如果声压检测器检测到的声压降至低于所述至少一个阈值则生成具有线性减小的梯度的偏压。为了生成偏压的线性增大或减小的梯度，偏压生成器包括用于生成第一偏压部分的第一生成器单元和用于生成第二偏压部分的第二生成器单元。依赖于第一和第二偏压部分来生成所述偏压的值。根据该电路的可能实施例，可以通过将第一偏压部分和第二偏压部分相加来生成所述偏压。第一生成器单元可以包括可以被激活/启用或去激活/禁用的多个电荷泵级。第一生成器单元被配置成：如果声压超过所述阈值中的一个，则去激活/禁用所述电荷泵级中的一个，使得第一偏压部分降低预定义的水平/预定义的电压跳变。结果，第一偏压部分逐步降低。同时，每当所述电荷泵级中的一个被去激活/禁用时，由第二生成器单元生成的第二偏压部分增大一个电荷泵级电压，并且然后减小到其原始值。第二偏压部分的线性减小的梯度取决于所述电压跳变和声压在其期间在后续阈值之间上升的时间。另一方面，如果检测到声压降至低于所述阈值中的一个，则激活/启用第一生成器单元的所述电荷泵级中的一个，使得第一偏压部分增大预定义的电压水平/由一个电荷泵级生成的电压跳变。同时，当第一偏压部分增大预定义的电压水平时，第二生成器单元使第二偏压部分减小预定义的电压水平/一个电荷泵级的电压跳变。然后再次使第二偏压部分增大到其原始值。第二偏压部分的梯度的导数取决于所述电压跳变和声压级在其期间在后续阈值之间减小的时间。如上所述，以受控方式施加麦克风的电容换能器的偏压的线性增大或减小梯度显示出对麦克风的前置放大器的偏置操作点的可忽略不计的影响。特别地，当麦克风偏压由于声压变化而随时间推移处于一定的电压变化时，偏压的线性变化允许改善麦克风换能器的放大器的响应。用于调节麦克风换能器的偏压的电路使得能够使麦克风避免塌陷事件并且保护前置放大器免受饱和效应。附图说明图1示出了包括偏压生成器、换能器和前置放大器的麦克风的实施例；图2示出了用于调节麦克风的换能器的偏压的电路的实施例；图3A示出了偏压生成器的生成器单元的实施例，其用于在声压级在后续阈值之间的上升期间生成第二偏压部分；图3B示出了偏压生成器的生成器单元的实施例，其用于在声压级在后续阈值之间的减小期间生成第二偏压部分；图4例示了在声压级变化期间的第一和第二偏压部分的走向；以及图5例示了声压在多个阈值之间的变化以及由偏压生成器生成的相关联的第一和第二偏压部分。具体实施方式图1示出了例如MEMS麦克风之类的麦克风1的实施例，其包括偏压生成器10以生成偏压Vbias，偏压Vbias被提供用于操作麦克风的换能器20。换能器20包括具有可变电容的可变电容器，所述可变电容器取决于撞击在可变电容器的膜上的声压而改变其电容。换能器20生成输入信号Vin以供放大器/前置放大器30生成放大的输出信号OUT。输入信号Vin的水平依赖于施加在换能器20上的声压而改变。换能器20的可变电容器包括膜片21和背板22。声学输入、特别是压力波可以使膜片21偏离，使得膜片21与背板22之间的距离改变，从而导致换能器的电容改变。然而，当换能器承受非常高的声压级时，可能发生膜片的塌陷。塌陷可能导致膜片21与背板22之间的接触。为了延迟麦克风的声学塌陷的发生并增大麦克风的动态范围，可以在声压级变得太高之前就降低偏压Vbias。然而，偏压Vbias的降低导致前置放大器直流输入电压远离其偏置操作点并且可能使其达到饱和，这将导致缺乏灵敏度和/或失真。图2示出了麦克风1的电路2的实施例，其用于调节麦克风的换能器20的偏压Vbias，使得防止或至少延迟声学塌陷。使偏压Vbias以受控方式并且以对前置放大器30的偏置操作点具有可忽略不计的影响的方式变化，即降低和增大。电路2包括偏压生成器10，其用于生成用于麦克风的换能器20的偏压Vbias。偏压生成器10耦合到麦克风的换能器20。由换能器20生成并由放大器30接收的输入信号Vin被放大器30放大。放大器30依赖于换能器20的输入信号Vin生成放大的输出信号OUT。电路还包括声压检测器40，其用于检测撞击在麦克风的换能器20上的声压。偏压生成器10被配置成如果声压检测器40检测到的声压超过或降至低于至少一个预定义的声压阈值则生成具有线性增大或减小的梯度/斜率的偏压Vbias。电路2包括控制电路50，其用于监测由声压检测器40检测到的声压，并用于依赖于声压检测器40检测到的声压来控制偏压生成器10。偏压生成器10包括用于生成第一偏压部分的第一生成器单元100和用于生成第二偏压部分的第二生成器单元200。偏压Vbias的值取决于第一和第二偏压部分。第一生成器单元100可以被配置为包括多个电荷泵级110a,110b,…,110n的电荷泵。下面参考图3A、3B、4和5来解释电路1的操作。图3A示出了声压级SPL在阈值Vth1与Vth2之间增大的走向。声压级以第一梯度从时间tn-1增大直到时间tn，并且在时间tn之后以另一梯度增大，不在下文中考虑该另一梯度。声压级在时间tn-1处超过阈值Vth1，并且在时间tn处超过阈值Vth2。控制电路50监测由声压检测器40检测到的声压级。具体地，控制电路50检测到当声压级SPL超过阈值Vth1时的时间tn-1，并且进一步检测到当声压级SPL超过阈值Vth2时的时间tn。只要声压级SPL低于阈值Vth2，生成器单元100就生成具有电压水平V1的偏压部分Vbias1。此时，当声压级SPL超过阈值Vth2时，即在时间tn处，生成器单元100生成电压跳变ΔVbias1，使得生成具有较低的水平V2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于调节麦克风的换能器的偏压的电路，包括：‑ 偏压生成器（10），其用于生成用于麦克风（1）的换能器（20）的偏压（Vbias），‑ 声压检测器（40），其用于检测撞击麦克风（1）的换能器（20）的声压，‑ 其中偏压生成器（10）被配置成如果声压检测器（40）检测到的声压超过或降至低于至少一个声压阈值（Vth1, …, Vth10）则生成具有线性增大或减小的梯度的偏压（Vbias）。

【技术特征摘要】
2017.11.29 DE 102017128259.91.一种用于调节麦克风的换能器的偏压的电路，包括：-偏压生成器（10），其用于生成用于麦克风（1）的换能器（20）的偏压（Vbias），-声压检测器（40），其用于检测撞击麦克风（1）的换能器（20）的声压，-其中偏压生成器（10）被配置成如果声压检测器（40）检测到的声压超过或降至低于至少一个声压阈值（Vth1,…,Vth10）则生成具有线性增大或减小的梯度的偏压（Vbias）。2.根据权利要求1所述的电路，-其中偏压生成器（10）被配置成当声压检测器（40）检测到的声压在第一时间（tn-1）与第二时间（tn）之间增大时生成具有线性减小的梯度的偏压（Vbias），-其中偏压生成器（10）被配置成当声压检测器（40）检测到的声压在第一时间（tn-1）与晚于第一时间（tn-1）的第二时间（tn）之间减小时生成具有线性增大的梯度的偏压（Vbias）。3.根据权利要求2所述的电路，其中偏压生成器（10）被配置成生成具有一导数的偏压（Vbias）的线性增大或减小的梯度，其中所述导数取决于第一时间（tn-1）与第二时间（tn）之间的时间跨度（Δtn）。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电路，包括：控制电路（50），其用于监测声压检测器（40）检测到的声压，并且用于依赖于声压检测器（40）检测到的声压来控制偏压生成器（10）。5.根据权利要求4所述的电路，-其中控制电路（50）被配置成控制偏压生成器（10），使得偏压生成器（10）在控制电路（50）确定第一时间（tn-1）与第二时间（tn）之间的第一时间跨度时生成具有第一导数的偏压（Vbias）的增大或减小的梯度，-其中控制电路（50）被配置成控制偏压生成器（10），使得偏压生成器（10）在控制电路（50）确定第一时间（tn-1）与第二时间（tn）之间的第二时间跨度时生成具有第二导数的偏压（Vbias）的增大或减小的梯度，其中第二时间跨度大于第一时间跨度，第二导数低于第一导数。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电路，其中偏压生成器（10）包括用于生成第一偏压部分（Vbias1）的第一生成器单元（100）和用于生成第二偏压部分（Vbias2）的第二生成器单元（200），其中偏压（Vbias）的值取决于第一和第二偏压部分（Vbias1，Vbias2）。7.根据权利要求6所述的电路，其中第一生成器单元（100）被配置成生成第一偏压部分（Vbias1）的阶梯形走向使得：如果控制电路（50）确定声压检测器（40）检测到的声压超过了多个所述至少一个阈值（Vth1,…,Vth10）中的一个，则第一偏压部分的当前值减小第一电压跳变（ΔVbias1），并且如果控制电路（50）确定了声压检测器（40）检测到的声压降至低于所述多个阈值（Vth1,…,Vth10）中的一个，则第一偏压部分（Vbias1）的当前值增大所述电压跳变（ΔVbias1）。8.根据权利要求6或7所述的电路，其中第一生成器单元（100）被配置成当控制电路（50）确定了声压检测器检测到的声压低于所述多个阈值中的第一个阈值（Vth1）时生成具有第一值（V1）的第一偏压部分（Vbias1）。9.根据权利要求8所述的电路，其中第一生成器单元（100）被配置成：如果控制电路（50）确定了声压检测器检测到的声压级在前一时间间隔期间处于第一阈值（Vth1）与所述多个阈值中的第二阈值（Vth2）之间，则在一时间间隔期间生成具有第二值（V2）的第一偏压部分（Vbias1），第二阈值（Vth2）高于第一阈值（Vth1）。10.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：T汉兹里克，G罗卡，M德布拉西，H彼得森，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP