具有降低的噪声的麦克风组件制造技术

一种麦克风组件包括：壳体，该壳体包括基座、盖和声端口；MEMS换能器元件，该MEMS换能器元件设置在壳体中，换能器元件被配置成在换能器输出端将声音转换成麦克风信号电压；以及处理电路。处理电路包括：跨导放大器，该跨导放大器包括连接至换能器输出端以接收麦克风信号电压的输入节点，跨导放大器被配置成根据该跨导放大器的预定跨导来生成表示麦克风信号电压的放大的电流信号；以及模数转换器，该模数转换器包括被连接以接收放大的电流信号的输入节点，所述模数转换器被配置成对放大的电流信号进行采样和量化，以生成对应数字麦克风信号。号。号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有降低的噪声的麦克风组件
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2018年6月19日提交的美国临时专利申请No.62/687,198的权益和优先权，所述美国临时专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术介绍

[0003]某些通常是便携式的通信和计算设备(诸如，智能电话、智能扬声器、IoT(物联网)设备、移动电话、平板电脑等)是通常由可再充电电池源供电的紧凑型设备。紧凑的尺寸和电池源严重限制了在这种便携式通信设备中使用的麦克风和麦克风放大电路的最大可接受尺寸和/或功耗。
[0004]许多这样的设备至少在一定程度上包括各种降噪措施。另外，使用麦克风和麦克风放大电路的这种紧凑型设备具有相对有限的过载余量(margin)，这可能导致失真的或
‘
削波的
’
放大的麦克风信号，特别是对于使用基于电压的放大器等的这种设备。
[0005]然而，仍然需要进一步降低噪声，从而改善麦克风组件的声音质量和鲁棒性；特别是在不降低功耗的情况下。另外，仍然需要在发生过载或失真之前增大余量。过载和失真问题通常是由有源放大元件(如信号处理电路的晶体管)的饱和引起的。
附图说明
[0006]结合附图，根据下面的描述和所附权利要求书，本公开的前述特征和其它特征将变得更加完全显而易见。这些附图仅描绘了根据本公开的多个实施方式，因此，不应视为限制本公开的范围。下面结合附图更详细地描述各种实施方式。
[0007]图1是根据各种实施方式的示例性微型麦克风组件的示意图。r/>[0008]图2A例示了包括基于电压的放大器或缓冲器的微型麦克风组件的处理电路或放大路径的简化电气框图。
[0009]图2B例示了具有电压ADC的示例性实施方式的图2A的微型麦克风组件的处理电路或放大路径的简化电气框图。
[0010]图3例示了根据各种实施方式的微型麦克风组件的处理电路或放大路径的简化电气框图。
[0011]图4示意性地例示了具有根据各种实施方式的电流ADC的示例性实施方式的图3的微型麦克风组件的处理电路或放大路径的简化电气框图。
[0012]图5示意性地例示了针对具有可比的
‘
成本
’
的实现方式对诸如图3和图4所例示的模数转换器(I-ADC)的总噪声(参考的输入)与诸如图2A和图2B所例示的电压输入模数转换器(V-ADC)的总噪声(参考的输入)进行比较的曲线图。
[0013]图6是适合于集成或并入本麦克风组件的处理电路中的示例性跨导放大器的简化示意性电路图。
[0014]图7是根据各种实施方式的微型麦克风组件的处理电路的简化电气框图。
[0015]在下面的详细描述中，参照附图描述各种实施方式。技术人员将理解，为了清楚起
见，附图是示意性的并且被简化，因此附图仅示出了对于理解本公开必不可少的细节，而省略了其它细节。贯穿全文，相似的附图标记指代相似的元件或部件。因此，不必关于各个附图详细描述相似的元件或部件。还将理解，可以以特定的发生顺序描述或描绘某些动作和/或步骤，而本领域技术人员将理解，实际上不需要关于序列的这种特异性。
具体实施方式
[0016]本公开的一个方面涉及一种麦克风组件，该麦克风组件包括(麦克风)壳体，该(麦克风)壳体包括基座、盖和声端口。麦克风组件还包括设置在壳体中的MEMS换能器元件，该换能器元件被配置成在换能器输出端将声音转换成麦克风信号电压。麦克风组件还包括处理电路。处理电路包括跨导放大器，该跨导放大器包括连接至换能器输出端以接收麦克风信号电压的输入节点。跨导放大器被配置成根据该跨导放大器的预定跨导(gm)来生成表示麦克风信号电压的放大的电流信号。处理电路另外包括模数转换器(I-ADC)，该模数转换器具有被连接以接收放大的电流信号的输入节点。模数转换器(I-ADC)被配置成对放大的电流信号进行采样和量化，以生成对应数字麦克风信号。因此，如本文所公开的，降低了或最小化了噪声，从而增大了或最大化了信噪比(SNR)。与基于电压输入模数转换器的实现方式相比，优点是避免了经由电压输入模数转换器的输入阻抗(R
s
)的电压到电流的转换。壳体还可以包括具有电触点的主机设备接口。麦克风组件因此可以包括包围并支撑换能器元件和处理电路的壳体。麦克风壳体的底部或基座可以包括载体板(诸如印刷电路板)，处理电路和换能器元件通过合适的接合机制附接至或固定在该载体板上。麦克风壳体可以包括声端口或声入口，该声端口或声入口允许声音传递至换能器元件，如下面参照附图进一步详细讨论的。
[0017]换能器元件将传入的声音转换成对应电麦克风信号。换能器可以是使用微机电系统(MEMS)或另一制造技术实现的电容器、压电或其它电声换能器。合适的电容式MEMS换能器元件可以例如表现出介于0.5pF至10pF之间的换能器电容。电容式换能器元件可以包括相互充电的第一换能器板和第二换能器板(例如，分别是振膜和背板)，从而供应麦克风信号。可以通过适当的高阻抗直流偏置电压电源将电荷注入到振膜和背板中的一者上。处理电路可以包括半导体管芯，例如，集成有跨导放大器、模数转换器以及可选地如本文公开的各种其它模拟电路和数字电路的混合信号CMOS半导体器件。至少在一些实施方式中，要由换能器元件转换的声音的频率大于0.1Hz并且小于200kHz。在其它实施方式中，频率大于0Hz并且小于约200kHz。在又一些其它实施方式中，频率是约20Hz至约200kHz(例如从20Hz至20kHz)。在另一些其它实施方式中，频率小于200kHz。
[0018]麦克风组件在形状和尺寸上可以适于例如便携式音频和通信设备(诸如，智能电话、平板电脑和移动电话、IoT设备等)。换能器元件可以对可听声音做出响应。音频和通信设备还可以包括多个如本文公开的麦克风组件。
[0019]模数转换器(I-ADC)在1kHz下的有效输入阻抗可以小于1kΩ(千欧姆)。有效输入阻抗是I-ADC在正常运行时并且(对于包含电流输出反馈数模转换器(FB-DAC)的实施方式)FB-DAC关闭反馈回路时，I-ADC的输入端处的输入电流大小与电压大小之间的比率。跨导放大器在1kHz下的负载电阻(R
P
)(即，跨导放大器与如本文公开的模数转换器(I-ADC)之间的一点处的寄生阻抗的等效并联组合)可以大于1MΩ，优选地大于10MΩ(诸如大于50MΩ)。预
定跨导(gm)可以大于或更优选地，大于跨导放大器的输入阻抗可以大于100MΩ，诸如大于1GΩ。在一些实施方式中，跨导放大器在1kHz下的负载电阻(或其等效阻抗)R
P
为约5MΩ，并且预定跨导gm为约1/(5kΩ)。在一些其它实施方式中，跨导放大器在1kHz下的负载电阻(或其等效阻抗)R
P
为约10MΩ，并且预定跨导gm为约1/(2.5kΩ)。在模数转换器(I-ADC)还包括电流输出反馈数模转换器(FB-DAC)的如本文公开的一些另外实施方式中，阻抗R...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种麦克风组件，所述麦克风组件包括：壳体，所述壳体包括基座、盖和声端口；MEMS换能器元件，所述MEMS换能器元件设置在所述壳体中，所述换能器元件被配置成在换能器输出端处将声音转换成麦克风信号电压；以及处理电路，所述处理电路包括：跨导放大器，所述跨导放大器包括连接至所述换能器输出端以接收所述麦克风信号电压的输入节点，所述跨导放大器被配置成根据所述跨导放大器的预定跨导来生成表示所述麦克风信号电压的放大的电流信号；以及模数转换器，所述模数转换器包括被连接以接收所述放大的电流信号的输入节点，所述模数转换器被配置成对所述放大的电流信号进行采样和量化，以生成对应数字麦克风信号。2.根据权利要求1所述的麦克风组件，其中，所述模数转换器在1kHz下的有效输入阻抗小于1kΩ。3.根据权利要求1所述的麦克风组件，其中，所述跨导放大器的负载电阻或所述跨导放大器在1kHz下的等效阻抗大于1MΩ。4.根据权利要求1所述的麦克风组件，其中，所述预定跨导大于5.根据权利要求1所述的麦克风组件，其中，所述预定跨导与所述跨导放大器的负载电阻或等效阻抗的乘积大于5。6.根据权利要求1所述的麦克风组件，其中，所述跨导放大器的输入阻抗大于100MΩ。7.根据权利要求1所述的麦克风组件，其中，所述模数转换器包括：第一积分器级，所述第一积分器级用于接收所述放大的电流信号；以及量化器，其中：所述第一积分器级和所述量化器串联连接，所述第一积分器级被配置成响应于接收到所述放大的电流信号而产生输出，并且所述量化器被配置成从所述第一积分器级接收所述输出并生成对应数字麦克风信号。8.根据权利要求7所述的麦克风组件，其中，所述第一积分器级是电流敏感的第一积分器级。9.根据权利要求7所述的麦克风组件，其中，所述模数转换器还包括电流输出反馈数模转换器，所述电流输出反馈数模转换器被配置成接收所述量化器的输出，并响应于接收到所述量化器的所述输出而在到所述第一积分器级的输入端的反馈路径中生成模拟反馈信号。10.根据权利要求9所述的麦克风组件，其中，所述模拟反馈信号被从来自所述跨导放大器的所述放大的电流信号减去或与来自所述跨导放大器的所述放大的电流信号组合，并且作为输入供应至所述第一积分器级。11.根据权利要求9所述的麦克风组件，其中，所述量化器被配置成以预定位数的分辨率生成所述对应数字麦克风信号，并且所述电流输出反馈数模转换器被配置成以所述预定位数工作，以生成所述模拟反馈信号，其中，所述预定位数大于3位。12.根据权利要求1所述的麦克风组件，其中，所述跨导放大器是AB类跨导放大器。13.根据权利要求1所述的麦克风组件，其中，要由所述换能器元件转换的声音的频率

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：美商楼氏电子有限公司，
类型：发明
国别省市：