CN101783989A - 声音感测装置 - Google Patents

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Abstract

一种声音感测装置，包括一电路板；一系统芯片，配置于该电路板，包括：一放大器；包括一第一输入端；一第二输入端；以及一输出端；一第一接点，耦接至该第一输入端；以及一第二接点，耦接至该第二输入端；一偏电压源，配置于该电路板，用以提供一偏电压；一第一传感器，配置于该电路板且耦接该第一接点及该偏电压源，用以感测一第一物理参数及一第二物理参数；以及一第二传感器，配置于该电路板且耦接该第二接点，用以感测该第一物理参数，其中该第二传感器对该第二物理参数不敏感，且该放大器的该输出端输出该第一及第二输入端间的压差。

Description

声音感测装置
技术领域
本发明涉及麦克风前置放大器，特别是涉及可消除自身干扰的电路结构。
背景技术
图1表示一传统麦克风置放大器电路。一放大器150实施于一集成电路160，具有一第一输入端(+)、一第二输入端(-)以及一输出端。该集成电路160具有一接点102，用以将来其外界的讯号耦合至该放大器150。同时，该第一输入端受一偏压电阻器130及位于该集成电路内的一参考电压源140的偏压。一麦克风匣120耦接于一偏电压源110及该接点102之间。该放大器150的输出端连接至该第二输入端(-)，并将该麦克风匣120受前置放大的结果(表示为Vout)予以输出。该麦克风匣120可为一驻极体电容式麦克风(Electret condenser microphone，ECM)，其包括一可动薄膜及一固定背板而形成一等效电容器。该麦克风匣120也可以是一微机电(Micromechanical electrical system，MEMS)麦克风。
众所周知，声音是一种气压变动，而该麦克风匣120可感测该气压变动而产生电荷变化。因此，声音讯号被转换成电压讯号。该放大器150可作为一缓冲器，以输出感测的电压讯号。一般来说，该偏电压源110会产生显著的噪声，且该麦克风匣120又对射频(RF)干扰敏感。举例而言，RF干扰可被耦合至该麦克风匣120而使该第一输入端(+)上的电压发生偏差。由于电路结构的关系，麦克风前置放大器的质量将受到严重影响。
发明内容
本发明提供一种声音感测装置，包括一电路板；一系统芯片，配置于该电路板，包括：一放大器；包括一第一输入端；一第二输入端；以及一输出端；一第一接点，耦接至该第一输入端；以及一第二接点，耦接至该第二输入端；一偏电压源，配置于该电路板，用以提供一偏电压；一第一传感器，配置于该电路板且耦接至该第一接点及该偏电压源，用以感测一第一物理参数及一第二物理参数；以及一第二传感器，配置于该电路板且耦接至该第二接点，用以感测该第一物理参数，其中该第二传感器对该第二物理参数不敏感(insensitive)，且该放大器的该输出端输出该第一及第二输入端间的一压差。
本发明还提供一声音感测装置，包括一电路板；一偏电压源，配置于该电路板，用以提供一偏电压；一系统芯片，配置于该电路板，包括一第一模块，包括耦接至该第一输入端及该偏电压源的一第一传感器，用以感测一第一物理参数及一第二物理参数一第二模块，包括耦接至该第二输入端的一第二传感器，用以感测该第一物理参数，其中该第二传感器对该第二物理参数不敏感；以及一第三模块，包括一放大器，该放大器具有一第一输入端、一第二输入端、以及一输出端，其中该放大器的该输出端输出该第一及第二输入端间的一压差。
本发明还提供一声音感测装置，包括一系统芯片，包括一偏电压源，配置于该系统芯片，用以提供一偏电压；一第一模块，包括一放大器，该放大器具有一第一输入端、一第二输入端、以及一输出端；以及一第二模块，包括一第一传感器，耦接至该第一输入端及该偏电压源，用以感测一第一物理参数及一第二物理参数；以及一第二传感器，耦接至该第二输入端，用以感测该第一物理参数，其中该第二传感器对该第二物理参数不敏感；其中该放大器的该输出端输出该第一及第二输入端间的一压差。
附图说明
图1表示实施于一集成电路的一传统麦克风前置放大器电路；
图2表示本发明一实施例的一声音感测装置；
图3表示本发明另一实施例的一声音感测装置；
图4表示本发明另一实施例的一声音感测装置。
附图符号说明
102～接点；
110～偏电压源；
120～麦克风匣；
130～偏压电阻器；
140～参考电压源；
150～放大器；
160～集成电路；
200～电路板；
202～接脚；
204～接脚；
210～偏压源；
220～第一传感器；
221～电容器；
225～第二传感器；
226～电容器；
230～第一偏压电阻器；
235～第二偏压电阻器；
240～参考电压源；
250～放大器；
260～系统芯片；
300～电路板；
302～第一模块；
304～第二模块；
400～电路板；
402～第二模块；
404～第一模块；
410～系统芯片。
具体实施方式
下文为介绍本发明的最佳实施例。各实施例用以说明本发明的原理，但非用以限制本发明。本发明的范围以本发明的权利要求为准。
本发明提供一种系统芯片解决方案，用以将芯片外组件及芯片内部实体电路布局所造成的噪声或干扰予以最小化。
图2表示本发明一实施例的一声音感测装置。该声音感测装置一般实施于一电路板200之上。该声音感测装置可应用于各种型态的便携装置，例如数字录音机、移动电话、或照相机。该电路板200通常为一印刷电路板(PCB)。在该电路板200中，一系统芯片260具有两个接脚202及204。一前置放大器电路的一部分由该系统芯片260实施，而另一部分则由该电路板200实施。在该系统芯片260中，该放大器250包括一第一输入端(+)、一第二输入端(-)、以及一输出端。该系统芯片260包括耦接至该第一输入端(+)的一第一接点202，以及耦接至该第二输入端(-)的一第二接点204。
该电路板200包括一第一传感器220，其耦接至该第一接点202以感测一第一物理参数及一第二物理参数。同样地，该电路板200亦包括一第二传感器225，其耦接至该第二接点204以感测该第一物理参数。其中，该第一传感器220与该第二传感器225的差别在于对该第二物理参数的敏感度。在该实施例中，该第一物理参数为产生于该集成电路的射频(RF)干扰、该偏电压源所产生的噪声、或以上两者。该第二物理参数为一气压变动，即所谓的「声音」。依此方式，可将不要的干扰及噪声效地消除，并产生高质量的声音讯号。
一偏电压源210亦配置于该电路板200，并用以提供一偏电压。该第一传感器220是一麦克风匣，用以感测该第一物理参数及该第二物理参数。该第二传感器225是一电容器，而该麦克风匣可为一微机电系统(MicroElectrical-Mechanical System，MEMS)麦克风或一驻极体电容式麦克风(Electret condenser microphone，ECM)。为了驱动一MEMS麦克风，该第一传感器210必须是能够提供12V直流偏压的充电泵。但若该该第一传感器220为一ECM，则该第一传感器210可为一接地电压(0V)。
在该实施例中，该参考电压源240、第一偏压电阻器230及第二偏压电阻器235皆实施于该系统芯片260的内部。该第一偏压电阻器230是耦接至该第一输入端(+)及该参考电压源240。该第二偏压电阻器235是耦接至该第二输入端(-)及该参考电压源240。
该偏电压源210提供的该偏压如下式所示：
V210＝Vb+Vn    (1)
其中Vb为该偏电压源210的直流电压，而Vn为伴随偏压而生的寄生噪声。如前所述，对MEMS麦克风而言，直流电压Vb必须为12V。
一参考电压源240提供于该系统芯片260之中。一第一偏压电阻器230耦接至该第一输入端(+)及该参考电压源240。一第二偏压电阻器235则耦接至该第二输入端(-)以及该参考电压源240。
该第一传感器220所感测的电压如下式所示：
V220＝Vr+Vb(x/d)+Vn+VRF      (2)
其中d为薄膜与背板间的距离，而x为该薄膜因应气压所产生的位移。VRF为该第一传感器220上产生的射频干扰电压。Vr为该参考电源240所提供的该参考电压。
同时，该第二传感器225所感测的电压如下式所示：
V225＝Vr+Vn+VRF              (3)
若该前置放大器150具有一增益G，则该前置放大器的该输出端上的输出电压Vout为：
Vout＝G(V220-V225)＝GVb(x/d) (4)
由上述可知，本发明可有效地移除该输出电压Vout中的RF噪声干扰及偏压噪声。
此外，尚需考虑不必要的耦合效应。举例而言，由于受到来自电源线的干扰及实体电路布局的影响，该电容器221及226会分别耦接至该第一传感器220及第二传感器225。该第一接点202上产生的电压偏移为：
Vpn[C221/(C220+C221)]        (5)
同样地，该第二接点上产生的电压偏移为：
Vpn[C226/(C225+C226)]        (6)
其中Vpn为电源在线的电位。C220为该第一传感器220的电容值，而C225为该第二传感器225上的电容值。其中，当公式(5)接近公式(6)时，耦合效应可被有效地消除。
在该实施例中，该麦克风匣220可为一微机电系统(MicroElectrical-Mechanical System，MEMS)麦克风，而该偏压源210则必然为一可提供充足偏压给该MEMS麦克风的充电泵电路。另外，该麦克风匣220也可以是一驻极体电容式麦克风(Electretcondensermicrophone，ECM)或其它各种型态的麦克风，本发明不以此为限。
由于该第一传感器220及第二传感器225两者皆配置于该系统芯片260的外，故噪声及干扰可被有效地消除，如公式(1)-(6)所示。
图3表示本发明另一实施例的一声音感测装置。该声音感测装置一般而言实施于一电路板300之上。在该电路板300中，一系统芯片310具有三个模块302、304及306。一前置放大电路部分位于该三个模块302、304及306上，而部分位于该电路板300。举例而言，该放大器250位于该第三模块306。一第一传感器220位于该第一模块302，并耦接至该第一输入端(+)以感测一第一物理参数及一第二物理参数。同时，一第二传感器225位于该第二模块304，耦接至该第二输入端(-)以感测该第一物理参数。
在该电路板300中，该偏压源210配置于系统芯片之外，用以通过一接脚212提供该偏压至该第一传感器220及该第二传感器225。因为该第一传感器220及该第二传感器225位于该系统芯片310之中，感测到的干扰可能有不同的来源。然而，通过精心设计，不同的电路结构依然可有效地克服讯号干扰的问题。
图4表示本发明另一实施例的一声音感测装置。该声音感测装置为一整个电路板400。该声音感测装置本身即为一前置放大电路，且一系统芯片410可部分实施于模块402，而部分实施于模块404。举例而言，该放大器250位于该第一模块404。一第一传感器220位于该第二模块402，并耦接至该第一输入端(+)以感测一第一物理参数及一第二物理参数。同时，一第二传感器225亦位于该第二模块402，并耦接至该第二输入端(-)以感测该第一物理参数。
在该电路板400中，该偏压源210同样也配置于该系统芯片410之中，用以通过内部线路提供偏压至该第一传感器220及该第二传感器225。由于该第一传感器220及第二传感器225皆位于相同的模块402，故感测的干扰将大致相等。因此，该放大器可输出消除所有干扰的高质量的声音讯号。
实施前置放大电路的电路布局及方法有多种。诸如第一传感器、第二传感器、放大器、偏压源及电阻器等组件，其既可位于芯片之中，亦可位于芯片之外，且可由电路板、系统芯片或两者的组合来实施，故本发明不必以此为限。
本发明虽以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可做若干的更动与润饰，因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims (18)

1.一种声音感测装置，包括：
一电路板；
一系统芯片，配置于该电路板，包括：
一放大器，包括一第一输入端、一第二输入端、以及一输出端；
一第一接点，耦接至该第一输入端；以及
一第二接点，耦接至该第二输入端；
一偏电压源，配置于该电路板，用以提供一偏电压；
一第一传感器，配置于该电路板且耦接至该第一接点及该偏电压源，用以感测一第一物理参数及一第二物理参数；以及
一第二传感器，配置于该电路板且耦接至该第二接点，用以感测该第一物理参数，其中该第二传感器对该第二物理参数不敏感，且该放大器的该输出端输出该第一及第二输入端间的一压差。
2.如权利要求1所述的声音感测装置，其中：
该第一传感器是一麦克风匣；以及
该第二物理参数是一气压变动。
3.如权利要求2所述的声音感测装置，其中：
该第二传感器是一电容器；以及
该第一物理参数是产生于该系统芯片内部的射频干扰、该偏电压源所产生的噪声、或以上两者。
4.如权利要求2所述的声音感测装置，其中：
该麦克风匣是一微机电系统麦克风；以及
该偏电压源是一充电泵电路。
5.如权利要求2所述的声音感测装置，其中该麦克风匣是一驻极体电容式麦克风。
6.如权利要求2所述的声音感测装置，其中该系统芯片还包括：
一参考电压源；
一第一偏压电阻，其耦接至该第一输入端及该参考电压源；以及
一第二偏压电阻，其耦接至该第二输入端及该参考电压源。
7.一声音感测装置，包括：
一电路板；
一偏电压源，配置于该电路板，用以提供一偏电压；
一系统芯片，配置于该电路板，包括：
一第一模块，包括耦接至该第一输入端及该偏电压源的一第一传感器，用以感测一第一物理参数及一第二物理参数；
一第二模块，包括耦接至该第二输入端的一第二传感器，用以感测该第一物理参数，其中该第二传感器对该第二物理参数不敏感；以及
一第三模块，包括一放大器，该放大器具有一第一输入端、一第二输入端、以及一输出端，其中该放大器的该输出端输出该第一及第二输入端间的一压差。
8.如权利要求7所述的声音感测装置，其中：
该第一传感器是一麦克风匣；以及
该第二物理参数是一气压变动。
9.如权利要求8所述的声音感测装置，其中：
该第二传感器是一电容器；以及
该第一物理参数是产生于该系统芯片内部的射频干扰、该偏电压源所产生的噪声、或以上两者。
10.如权利要求8所述的声音感测装置，其中：
该麦克风匣是一微机电系统麦克风；以及
该偏电压源是一充电泵电路。
11.如权利要求8所述的声音感测装置，其中该麦克风匣是一驻极体电容式麦克风。
12.如权利要求8所述的声音感测装置，其中该系统芯片还包括：
一参考电压源；
一第一偏压电阻，其耦接至该第一输入端及该参考电压源；以及
一第二偏压电阻，其耦接至该第二输入端及该参考电压源。
13.一声音感测装置，包括：
一系统芯片，包括：
一偏电压源，配置于该系统芯片，用以提供一偏电压；
一第一模块，包括一放大器，该放大器具有一第一输入端、一第二输入端、以及一输出端；以及
一第二模块，包括：
一第一传感器，耦接至该第一输入端及该偏电压源，用以感测一第一物理参数及一第二物理参数；以及
一第二传感器，耦接至该第二输入端，用以感测该第一物理参数，其中该第二传感器对该第二物理参数不敏感；
其中该放大器的该输出端输出该第一及第二输入端间的一压差。
14.如权利要求13所述的声音感测装置，其中：
该第一传感器是一麦克风匣；以及
该第二物理参数是一气压变动。
15.如权利要求14所述的声音感测装置，其中：
该第二传感器是一电容器；以及
该第一物理参数是产生于该系统芯片内部的射频干扰、该偏电压源所产生的噪声、或以上两者。
16.如权利要求14所述的声音感测装置，其中：
该麦克风匣是一微机电系统麦克风；以及
该偏电压源是一充电泵电路。
17.如权利要求14所述的声音感测装置，其中该麦克风匣是一驻极体电容式麦克风。
18.如权利要求14所述的声音感测装置，其中该系统芯片的该第一模块还包括：
一参考电压源；
一第一偏压电阻，其耦接至该第一输入端及该参考电压源；以及
一第二偏压电阻，其耦接至该第二输入端及该参考电压源。
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