MEMS系统及信号处理电路技术方案

本发明专利技术提供了一种MEMS系统及信号处理电路，差分电容式MEMS传感模块根据第一共模电压、N个差分电容产生的电容变化量以及N个偏置电压输出表征声音信号的N个第一电压信号，N个信号处理模块分别连接差分电容式MEMS传感模块的N个输出端，接入N个第一电压信号并进行信号处理，第i个信号处理模块的输出端连接第i+1个差分电容，相当于将每个信号处理模块的输出信号叠加至下一个差分电容的输入端上，实现信号的叠加，通过多级级联的方式增强最后一个信号处理模块输出的第二电压信号的幅值，且并未引入其他的噪声，因此可以提高MEMS系统的信噪比，进而提高MEMS系统的性能。进而提高MEMS系统的性能。进而提高MEMS系统的性能。

【技术实现步骤摘要】
MEMS系统及信号处理电路


[0001]本专利技术涉及微麦克风
，尤其涉及一种MEMS系统及信号处理电路。

技术介绍

[0002]电容式MEMS麦克风是采用微加工工艺制造的MEMS(Micro
‑
Electro
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Mechanical System，微电子机械系统)器件。由于具有体积小、灵敏度高、与现有半导体技术兼容性好的优点，电容式MEMS麦克风在手机等移动终端上的应用越来越广泛。
[0003]电容式MEMS麦克风的结构具有振动膜、背板电极及支撑墙体，支撑墙体围合成一空腔，背板电极位于支撑墙体上且遮盖空腔，振动膜悬于空腔内且边缘延伸至支撑墙体内进行固定。当振动膜感受到外部的激励信号后，振动膜与背板电极之间的距离改变，改变电容大小，再通过集成电路芯片将电容变化转化为电压信号的变化并进行输出。
[0004]但是，传统的单层振动膜、单层背板的电容式MEMS麦克风性能有限，难以满足越来越高信噪比(SNR)的要求，要想制作更高信噪比的MEMS麦克风，必须要有更新的设计。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种MEMS系统及信号处理电路，以提高现有的电容式MEMS传感器的信噪比。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种MEMS系统，包括：
[0007]偏置电压生成模块，用于生成N个偏置电压，N大于或等于2；
[0008]差分电容式MEMS传感模块，包括N个MEMS单元，每个所述MEMS单元包括一个差分电容，在外部的声音信号的激励下，N个所述差分电容产生电容变化量，N个所述差分电容分别接入N个所述偏置电压，第一个所述差分电容还接入第一共模电压，所述差分电容式MEMS传感模块根据所述第一共模电压、N个所述差分电容产生的电容变化量以及N个所述偏置电压输出表征所述声音信号的N个第一电压信号，N个所述第一电压信号通过N个输出端输出；以及，
[0009]N个信号处理模块，分别连接所述差分电容式MEMS传感模块的N个输出端，接入N个所述第一电压信号并进行信号处理，第i个所述信号处理模块的输出端连接第i+1个所述差分电容，第N个所述信号处理模块输出表征所述声音信号的第二电压信号，1≤i≤N
‑
1。
[0010]可选的，所述差分电容式MEMS传感模块的N个输出端均呈高阻态。
[0011]可选的，所述偏置电压生成模块的第一个输出端呈直流高阻态，所述偏置电压生成模块的其余输出端呈高阻态。
[0012]可选的，所述偏置电压生成模块包括：
[0013]电荷泵单元，用于输出N个基础偏置电压；以及，
[0014]N个第一高阻单元，分别连接所述电荷泵单元，接入N个所述基础偏置电压，并将N个所述基础偏置电压转换为N个所述偏置电压。
[0015]可选的，所述信号处理模块包括：
[0016]缓冲单元，连接所述差分电容式MEMS传感模块的对应的输出端，接入对应的所述第一电压信号并对所述第一电压信号进行阻抗转换，得到缓冲信号；以及，
[0017]第二高阻单元，一端连接在所述差分电容式MEMS传感模块的对应的输出端与所述缓冲单元之间的节点上，另一端接入第二共模电压。
[0018]可选的，每个所述信号处理模块或第N个所述信号处理模块还包括：
[0019]增益调节单元，连接所述缓冲单元，接入所述缓冲信号并对所述缓冲信号进行增益放大。
[0020]可选的，第N个所述信号处理模块的增益调节单元为单端输入、单端/双端输出的增益调节单元。
[0021]可选的，至少部分所述信号处理模块还包括：
[0022]调节电容，所述调节电容的一端连接所述缓冲单元的输入端，另一端接入第三共模电压。可选的，还包括：
[0023]数字控制模块，用于在时钟信号以及外部的第一使能信号的驱动下输出数字控制信号，所述数字控制信号用于实现整个所述MEMS系统的数字控制。
[0024]可选的，还包括数字处理模块，所述数字处理模块包括：
[0025]模拟数字采样单元，连接第N个所述信号处理模块，用于对所述第二电压信号进行采样，得到数字采样信号；以及，
[0026]数字逻辑单元，连接所述模拟数字采样单元，用于对所述数字采样信号进行格式转换，得到数字电压信号。
[0027]可选的，所述数字逻辑单元还在外部的时钟信号以及外部的第二使能信号的驱动下输出数字控制信号，所述数字控制信号用于实现整个所述MEMS系统的数字控制。
[0028]可选的，还包括：
[0029]LDO模块，用于接收外部的电源电压，并根据所述外部的电源电压生成恒定的电源电压，为所述信号处理模块供电。
[0030]可选的，所述偏置电压生成模块及所述信号处理模块集成在同一ASIC芯片上，所述ASIC芯片通过打线的方式与所述差分电容式MEMS传感模块连接。
[0031]可选的，还包括：
[0032]ESD模块，连接所述ASIC芯片，用于对所述ASIC芯片及所述差分电容式MEMS传感模块进行ESD防护。
[0033]可选的，所述MEMS单元包括差分电容式MEMS麦克风、差分电容式MEMS声换能器或差分电容式MEMS传声器。
[0034]可选的，本专利技术还提供了一种信号处理电路，包括：
[0035]偏置电压生成模块，用于生成N个偏置电压，N大于或等于2，所述偏置电压生成模块向差分电容式MEMS传感模块提供N个所述偏置电压，所述差分电容式MEMS传感模块通过N个输出端输出N个第一电压信号；以及，
[0036]N个信号处理模块，分别连接所述差分电容式MEMS传感模块的N个输出端，接入N个所述第一电压信号并进行信号处理，第i个所述信号处理模块的输出端连接第i+1个所述差分电容式MEMS传感模块的差分电容，第N个所述信号处理模块输出第二电压信号，1≤i≤N
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1。
[0037]在本专利技术提供的MEMS系统及信号处理电路中，差分电容式MEMS传感模块根据第一共模电压、N个差分电容产生的电容变化量以及N个偏置电压输出表征声音信号的N个第一电压信号，N个信号处理模块分别连接差分电容式MEMS传感模块的N个输出端，接入N个第一电压信号并进行信号处理，第i个信号处理模块的输出端连接第i+1个差分电容，相当于将每个信号处理模块的输出信号叠加至下一个差分电容的输入端上，实现信号的叠加，通过多级级联的方式增强最后一个信号处理模块输出的第二电压信号的幅值，且并未引入其他的噪声，因此可以提高MEMS系统的信噪比，进而提高MEMS系统的性能。
附图说明
[0038]图1为本专利技术实施例一提供的MEMS系统的结构框图；
[0039]图2为本专利技术实施例一提供的电容式MEMS麦克风的结构示意图；
[0040]图3为本专利技术实施例一提供的电荷泵单元的结构示意图；
[0041]图4为本专利技术实施例一提供的第一高阻单元的电路图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS系统，其特征在于，包括：偏置电压生成模块，用于生成N个偏置电压，N大于或等于2；差分电容式MEMS传感模块，包括N个差分电容，在外部的声音信号的激励下，N个所述差分电容产生电容变化量，N个所述差分电容分别接入N个所述偏置电压，第一个所述差分电容还接入第一共模电压，所述差分电容式MEMS传感模块根据所述第一共模电压、N个所述差分电容产生的电容变化量以及N个所述偏置电压输出表征所述声音信号的N个第一电压信号，N个所述第一电压信号通过N个输出端输出；以及，N个信号处理模块，分别连接所述差分电容式MEMS传感模块的N个输出端，接入N个所述第一电压信号并进行信号处理，第i个所述信号处理模块的输出端连接第i+1个所述差分电容，第N个所述信号处理模块输出表征所述声音信号的第二电压信号，1≤i≤N
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1。2.如权利要求1所述的MEMS系统，其特征在于，所述差分电容式MEMS传感模块的N个输出端均呈高阻态。3.如权利要求1所述的MEMS系统，其特征在于，所述偏置电压生成模块的第一个输出端呈直流高阻态，所述偏置电压生成模块的其余输出端呈高阻态。4.如权利要求1所述的MEMS系统，其特征在于，所述偏置电压生成模块包括：电荷泵单元，用于输出N个基础偏置电压；以及，N个第一高阻单元，分别连接所述电荷泵单元，接入N个所述基础偏置电压，并将N个所述基础偏置电压转换为N个所述偏置电压。5.如权利要求1所述的MEMS系统，其特征在于，所述信号处理模块包括：缓冲单元，连接所述差分电容式MEMS传感模块的对应的输出端，接入对应的所述第一电压信号并对所述第一电压信号进行阻抗转换，得到缓冲信号；以及，第二高阻单元，一端连接在所述差分电容式MEMS传感模块的对应的输出端与所述缓冲单元之间的节点上，另一端接入第二共模电压。6.如权利要求5所述的MEMS系统，其特征在于，每个所述信号处理模块或第N个所述信号处理模块还包括：增益调节单元，连接所述缓冲单元，接入所述缓冲信号并对所述缓冲信号进行增益放大。7.如权利要求6所述的MEMS系统，其特征在于，第N个所述信号处理模块的增益调节单元为单端输入、单端/双端输出的增益调节单元。8.如权利要求5
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7中任一项所述的MEMS系统，其特征在于，至少部分所述信号处理模块还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：周延青，胡铁刚，潘华兵，郑泉智，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：