低通滤波器装置制造方法及图纸

在实施例中，低通滤波器装置具有：用于接收输入电压(Vin)的输入端子(20)；耦合到输入端子(20)的第一电压源(Vs1)；包括第一滤波器二极管(D1)和第二滤波器二极管(D2)的串联连接，该串联连接耦合到第一电压源(Vs1)，其中，第一滤波器二极管(D1)与第二滤波器二极管(D2)之间的连接点耦合到滤波器装置的输出端子(30)；以及耦合在输出端子(30)与滤波器参考电位端子(10)之间的第一滤波器电容器(Cf1)。其中，第一电压源(Vs1)适于提供第一可调正向电压(Vfw1)，通过该第一可调正向电压，第一滤波器二极管(D1)和第二滤波器二极管(D2)均在正向方向上偏置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低通滤波器装置本公开针对一种低通滤波器装置。本公开的领域涉及低通滤波，特别是为微机电系统MEMS传感器提供偏置电压中的低通滤波。电容式麦克风MEMS传感器要求例如20V的高直流DC偏置电压来实现传感器操作。术语偏置意味着在电路的至少一个点处建立至少一个预定的电压或电流，以为了在所述电路的至少一个部件中建立适当的操作条件的目的。因此，操作点也表示为偏置点，且指的是电路中例如晶体管的有源器件的指定端子处的稳态DC电压。在电容式麦克风MEMS的情况下，所要求的偏置电压是通过例如由集成到与传感器连接的集成电路IC中的电荷泵产生的。由于偏置电压上的噪声电压增加到完整麦克风噪声，因此在电荷泵的输出处需要低截止频率的低通滤波器，该低截止频率通常低于10Hz以下，以便对电荷泵提供的电压进行滤波。将低角频率实现到集成电路中要求大的电阻，以保持电容器尺寸是可行的。同时，传感器观察到的、经过低通滤波器之后的输出电压应该例如在通电之后或传感器中发生放电事件之后的几十毫秒内稳定或快速恢复，以满足相应应用的启动要求。还希望偏置电压不随温度漂移，因为这种漂移会对完整麦克风增益漂移产生负面影响，这在要求较低偏置电压的传感器中是尤其不利的。在已知的方法中，二极管在对由MEMS麦克风中的电荷泵提供的电压进行滤波中被用作滤波器电阻元件。所述方法的典型电路结构如图12中所示。电荷泵在例如20V下产生高压Vpump，该高压由第一阶低通进行滤波，该第一阶低通由用于负泄漏电流Ilk情况的二极管D2和/或二极管D1、滤波器电容器Cfilt组成。由此提供偏置电压Vbias。二极管D1和D2以背对背并联连接的方式耦合。通常，二极管的电流-电压特性遵循指数关系，即：I＝Is*eU/26mV其中，I表示二极管的电流I，Is表示反向偏置饱和电流Is，U表示跨越二极管的电压。热电压达26mV。只要以非常小的硅面积成本二极管电流是小的，所述关系就提供所要求的大的小信号电阻。二极管的小信号电阻根据以下公式确定：其中，R表示二极管的小信号电阻R，且I表示二极管的电流I。例如，在1pA的二极管电流下实现了26GOhm的大的小信号电阻。图12右手侧的大信号输出图示出了两个二极管D1和D2的组合特性。叉标记了在通常正泄漏电流Ilk下的示例静态操作点的位置，该正泄漏电流导致电压Vpump和Vbias之间的差。如能够看到的，存在偏置电压Vbias的宽的临界范围，在这个临界范围内，操作点由小漏电流限定，即在二极管D1或D2都不导通的状态下，漏电流Ilk中的小变化引起偏置电压Vbias中的显著变化。另外，由于二极管的大的小信号电阻，时间常数在该临界范围中变得非常大。这在偏置电压Vbias处引入了不期望的不精确性和缓慢稳定效果。为了减少缓慢的滤波器稳定而导致的启动时间，能够针对在通电之后的最初几毫秒激发较高的电荷泵电压。这种方法的缺点是，由于MEMS传感器周围的组合的高电阻节点的复杂的稳定过程，在启动阶段的稍后的某个温度下会产生伪影。同时，该方法没有解决从可能的放电事件中恢复的问题，这也会影响到电荷泵输出处的滤波器。因此，本公开的目的是提供一种相对于已知解决方案具有改进特性的低通滤波器装置。另外的目的在于减少启动时间，同时允许滤波器的输出具有足够的精度。这些目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中限定实施例和进展。除非另有说明，否则上述限定也适于以下描述。在一个实施例中，低通滤波器装置具有用于接收输入电压的输入端子、耦合到该输入端子的第一电压源、串联连接以及第一滤波器电容器。串联连接包括第一滤波器二极管和第二滤波器二极管，并且耦合到第一电压源。第一滤波器二极管与第二滤波器二极管之间的连接点耦合到滤波器装置的输出端子。第一滤波器电容器耦合在输出端子与滤波器参考电位端子之间。第一电压源适于提供第一可调正向电压，通过该第一可调正向电压，第一滤波器二极管和第二滤波器二极管均在正向方向上偏置。通过形成所得低通滤波器装置的电阻元件的第一滤波器二极管和第二滤波器二极管和形成低通滤波器装置的电容元件的第一滤波器电容器，在低通滤波器中对输入电压进行滤波。通过由第一电压源提供的第一可调正向电压，第一滤波器二极管和第二滤波器二极管中的每一个在正向方向上偏置，即施加到每一个滤波器二极管的电压位于所述二极管的正向电压以上，使得二极管接通并导通。这改变了低通滤波器装置的输出端子处的大信号特性，使得输出端子处的不确定电压的临界范围减小了第一可调正向电压的大小。因此，与现有技术相比，低通滤波器装置的输出端子处的电压提供有更高的精度和更短的启动时间。因此，低通滤波器装置的输出端子处的电压非常适合用作例如MEMS传感器中的偏置电压。第一滤波器二极管和第二滤波器二极管可以各自由双极性二极管或由金属氧化物半导体MOS二极管或其组合实现。在示例实施方式中，第一二极管由在p阱中的n扩散实现，且第二二极管由在n阱中的p扩散实现。输入电压由例如电荷泵的任何类型的电压源提供。调谐第一可调正向电压，使得通过第一滤波器二极管和第二滤波器二极管的所得正向电流不会过度减小第一滤波器二极管和第二滤波器二极管的小信号电阻，以便不会折衷低通滤波器装置要实现的所期望的低滤波截止频率或角频率。在下文中，这被称为“在正向方向上轻微地偏置”。同时，确定第一可调正向电压，使得该第一可调正向电压在输出端子处提供的电压下不会引入相关量的散粒噪声。在示例性实施方式中，第一滤波器二极管与第二滤波器二极管之间的连接点直接连接到输出端子。该连接点也直接连接到第一滤波器电容器的一个端子。在这里的术语直接连接限定了两个电路元件之间的连接，该连接仅通过连接线实现，在该两个电路元件之间没有任何其他电路元件。与该直接连接不同的是，术语“耦合”或“连接”在这里是同义地使用，用于指定两个电路元件之间的连接不是直接的，而是例如电阻器或电压源的其他电路元件能够附加地连接在两个元件之间。在进一步的改进中，第一电压源包括第一电流源、第二电流源、电阻器、第一复制二极管和第二复制二极管，其中，第一电流源耦合到电源电位端子，并串联耦合到由第一复制二极管和第二复制二极管组成的串联连接。所述串联连接又耦合到产生参考电位端子。第一电流源与第一复制二极管和第二复制二极管的所述串联连接之间的连接点形成第一电压源的第一输出。第二电流源耦合到电源电位端子，并串联耦合到电阻器，该电阻器又耦合到产生参考电位端子。第二电流源与电阻器之间的连接点形成第一电压源的第二输出。在第一电压源的第一输出与第二输出之间提供有第一可调正向电压的绝对值。第一电压源的第一输出实现例如正端子，而第一电压源的第二输出实现负端子。滤波器参考电位端子处的电位可以与产生参考电位端子处的电位不同。在第一电压源的改进中，第一电流源适于提供具有可调电平的第一偏置电流，第二电流源适于提供第二偏置电流，该第二偏置电流的电平是滤波器装置的绝对温度的函数。第一复制二极管在尺寸上适于滤波器装置的第一滤波器二极管，以形成所述第一滤波器二极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低通滤波器装置，具有：/n-用于接收输入电压(Vin)的输入端子(20)；/n-耦合到所述输入端子(20)的第一电压源(Vs1)；/n-包括第一和第二滤波器二极管(D1、D2)的串联连接，所述串联连接耦合到所述第一电压源(Vs1)，其中，在第一与第二滤波器二极管(D1、D2)之间的连接点耦合到滤波器装置的输出端子(30)；/n-耦合在所述输出端子(30)与滤波器参考电位端子(10)之间的第一滤波器电容器(Cf1)；/n其中，所述第一电压源(Vs1)适于提供第一可调正向电压(Vfw1)，通过所述第一可调正向电压，第一和第二滤波器二极管(D1、D2)均在正向方向上偏置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171128 EP 17204027.11.一种低通滤波器装置，具有：
-用于接收输入电压(Vin)的输入端子(20)；
-耦合到所述输入端子(20)的第一电压源(Vs1)；
-包括第一和第二滤波器二极管(D1、D2)的串联连接，所述串联连接耦合到所述第一电压源(Vs1)，其中，在第一与第二滤波器二极管(D1、D2)之间的连接点耦合到滤波器装置的输出端子(30)；
-耦合在所述输出端子(30)与滤波器参考电位端子(10)之间的第一滤波器电容器(Cf1)；
其中，所述第一电压源(Vs1)适于提供第一可调正向电压(Vfw1)，通过所述第一可调正向电压，第一和第二滤波器二极管(D1、D2)均在正向方向上偏置。


2.根据权利要求1所述的低通滤波器装置，
其中，所述第一电压源(Vs1)包括第一电流源(Cs1)、第二电流源(Cs2)、电阻器(R)、第一和第二复制二极管(D1r、D2r)；
其中，所述第一电流源(Cs1)耦合到电源电位端子(11)，并串联耦合到由第一和第二复制二极管(D1r、D2r)组成的串联连接，所述串联连接又耦合到产生参考电位端子(12)，并且所述第一电流源(Cs1)与所述串联连接之间的连接点形成所述第一电压源(Vs)的第一输出；
其中，所述第二电流源(Cs2)耦合到所述电源电位端子(11)，并串联耦合到所述电阻器(R)，所述电阻器(R)又耦合到所述产生参考电位端子(12)，并且所述第二电流源(Cs2)与所述电阻器(R)之间的连接点形成所述第一电压源(Vs1)的第二输出；以及
其中，在所述第一电压源(Vs1)的第一与第二输出之间提供有所述第一可调正向电压(Vfw1)的绝对值。


3.根据权利要求2所述的低通滤波器装置，
其中，所述第一电流源(Cs1)适于提供具有可调电平的第一偏置电流(Ib)，所述第二电流源(Cs2)适于提供第二偏置电流(Ip)，所述第二偏置电流的电平是所述低通滤波器装置的绝对温度的函数；以及
其中，所述第一复制二极管(D1r)在尺寸上适于滤波器装置的第一滤波器二极管(D1)，以形成所述第一滤波器二极管的复制品，并且所述第二复制二极管(D2r)在尺寸上适于滤波器装置的第二滤波器二极管(D2)，以形成所述第二滤波器二极管(D2)的复制品。


4.根据权利要求1所述的低通滤波器装置，
其中，所述第一电压源(Vs1)包括彼此串联连接的第二和第三电压源(Vs2、Vs3)；
其中，所述第二与第三电压源(Vs2、Vs3)之间的连接点连接到滤波器装置的输入端子(20)；以及
其中，所述第一可调正向电压(Vfw1)的绝对值提供为由所述第二电压源(Vs2)提供的第二可调正向电压(Vfw2)和由所述第三电压源(Vs3)提供的第三可调正向电压(Vfw3)的和。


5.根据权利要求4所述的低通滤波器装置，
其中，所述第二电压源(Vs2)和所述第三电压源(Vs3)中的每一个包括第三电流源(Cs3)、第四电流源(Cs4)、电阻器(R)和第一或第二复制二极管(D1r、D2r)；
其中，所述第三电流源(Cs3)耦合到电源电位端子(11)，并且串联耦合到所述第一或第二复制二极管(D1r、D2r)，所述二极管(D1r、D2r)又耦合到产生参考电位端子(12)，并且其中，所述第三电流源(Cs3)与所述复制二极管(D1r、D2r)之间的连接点形成所述第二或第三电压源(Vs2、Vs3)的第一输出；
其中，所述第四电流源(Cs4)耦合到所述电源电位端子(11)，并且串联耦合到所述电阻器(R)，所述电阻器又耦合到所述产生参考电位端子(12)，并且所述第四电流源(Cs4)与所述电阻(R)之间的连接点形成所述第二或第三电压源(Vs2、Vs3)的第二输出；以及
其中，所述第二或第三可调正向电压(Vfw2、Vfw3)分别提供在所述第二或第三电压源(Vs2、Vs3)的第一与第二输出之间。


6.根据权利要求5所述的低通滤波器装置，
其中，所述第三电流源(Cs3)适于提供具有可调电平的第三偏置电流(Ib3)，所述第四电流源(Cs4)适于提供第四偏置电流(Ip4)，所述第四偏置电流的电平是所述低通滤波器装置的绝对温度的函数；以及
其中，所述第一复制二极管(D1r)在尺寸上适于滤波器装置的第一滤波器二极管(D1)，以形成所述第一二极管的复制品，并且所述第二复制二极管(D2r)在尺寸上适于所述低通滤波器装置的第二二极管(D2)，以形成所述第二滤波器二极管(D2)的复制品。


7.根据权利要求1所述的低通滤波器装置，还包括：
-第四电压源(Vs4)，其串联耦合到所述第一电压源(Vs1)和所述输入端子(20)；
-第三和第四滤波器二极管(D3、D4)，所述第三滤波器二极管(D3)串联耦合到所述第二滤波器二极管(D2)和所述输入端子(20)，所述第四滤波器二极管(D4)串联耦合到所述第一滤波器二极管(D1)和所述第一电压源(Vs1)；
-第二滤波器电容器(Cf2)；以及
-交叉电容器(Cx)，其连接到所述第一与第四滤波器二极管(D1、D4)之间的连接点以及连接到所述第三和第二滤波器二极管(D3、D2)之间的连接点；
其中，所述第四电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂亚斯·斯坦纳，托马斯·弗勒利希，
申请(专利权)人：AMS国际有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH