CN102427334B - 可产生能替代驻极体电压的前置放大器芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可产生能替代驻极体电压的前置放大器芯片，包括：信号输入端、信号输出端、及与电容极板电性连接的电压输出端，其还包括：亚阈值能带带隙基准电压模块，用于提供基准电压；带输入阻抗可自动变换功能的放大器模块，用于根据输入信号的大小自动调节输入阻抗的减小或增大；电荷泵模块，用于将亚阈值能带带隙基准电压模块产生的电压通过电荷泵倍压的方式产生一稳定的电压输出，通过电压输出端提供给电容极板。本发明可以产生一个能达到驻极体电压强度的高电压以替代驻极体电压，有效提高传感器的工作稳定性及一致性，极大地提供传感器应用领域的水平。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路芯片设计领域，尤其涉及一种可产生能替代驻极体电压的前置放大芯片。
背景技术
目前，在传统驻极体传感器尤其是驻极体电容麦克风(ECM：Electret Condenser Microphone)领域，传感器等效为一个变化的电容，其一个极板是一片带高电荷的驻极体材料，另一个极板是单面涂有金属的振动膜片。当声音传入时，声波使振动膜片振动而产生位移，通过振动位移即可产生微小电压差信号输出，如此就完成了声音转换为电信号的过程。
驻极体材料是通过高压辐照在有机材料(PE、PET、及FET等)上，电荷极化驻留后形成驻极体，即一个带电荷的极板。由于有机材料的加工工艺等问题，驻极体表面的平整度较差，且驻极体电压一直存在电势分布不均匀的问题。另外，驻极体电势强度易衰减，尤其是遇高温后电荷易逃逸使电势衰减幅度大，因此极大地影响了相应传感器的工作稳定性及一致性。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可产生能替代驻极体电压的前置放大器芯片，其可以产生一个能达到驻极体电压强度的高电压以替代驻极体电压，有效提高传感器的工作稳定性及一致性。
为实现上述目的，本发明提供一种可产生能替代驻极体电压的前置放大器芯片，包括：信号输入端、信号输出端、及与电容极板电性连接的电压输出端，其还包括：
亚阈值能带带隙基准电压模块，用于提供基准电压；
带输入阻抗可自动变换功能的放大器模块，用于根据输入信号的大小自动调节输入阻抗的减小或增大；
电荷泵模块，用于将亚阈值能带带隙基准电压模块产生的电压通过电荷泵倍压的方式产生一稳定的电压输出，通过电压输出端提供给电容极板。
具体地，所述亚阈值能带带隙基准电压模块分别与带输入阻抗可自动变换功能的放大器模块、及电荷泵模块电性连接；带输入阻抗可自动变换功能的放大器模块一端还与信号输入端电性连接，另一端与信号输出端电性连接；电荷泵模块另一端与电压输出端电性连接。
本发明的亚阈值能带带隙基准电压模块采用亚阈值带隙基准源提供一基准电压，该亚阈值能带带隙基准电压模块的直流通路的管子处于亚阈值状态。
所述带输入阻抗可自动变换功能的放大器模块，根据输入信号与基准电压比较结果的大小，自动调节输入阻抗的减小或增大。
进一步地，所述电荷泵模块内包括：振荡电路模块、多路开关阵列、及反馈调整模块；
其中，振荡电路模块用于将基准电压提供的振荡频率分频后产生几组不交叠的时钟信号，并提供给多路开关阵列作为电容开关信号；
多路开关阵列用于切换产生高压滤波后输出稳定电压，同时反馈给反馈调整模块；
反馈调整模块用于将多路开关阵列产生的稳定电压与基准电压进行比较，并根据比较结果的大小控制振荡电路模块停止或开始倍压。
所述反馈调整模块用于将多路开关阵列产生的稳定电压与基准电压进行比较，当稳定电压大于基准电压时，则输出信号控制振荡电路模块停止倍压；当稳定电压小于基准电压时，则输出信号控制振荡电路模块开始倍压。
所述振荡电路模块一端分别与亚阈值能带带隙基准电压模块、及反馈调整模块电性连接，另一端与多路开关阵列电性连接；多路开关阵列一端与反馈调整模块电性连接，另一端与电压输出端电性连接；反馈调整模块一端还与亚阈值能带带隙基准电压模块电性连接。
选择性地，所述电荷泵模块采用倍压方式通过多路开关阵列为电容极板提供一稳定的30V电压输出。
本发明可产生能替代驻极体电压的前置放大器芯片，其通过倍压方式可以产生一个能达到驻极体电压强度的高电压以替代驻极体电压，可以有效提高传感器的工作稳定性及一致性，极大地提供传感器应用领域的水平。
附图说明
图1为本发明可产生能替代驻极体电压的前置放大器芯片一具体实施例的电路模块示意图；
图2为图1中电荷泵模块一具体实施例的电路模块示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种可产生能替代驻极体电压的前置放大器芯片，包括：信号输入端10、信号输出端20、及与电容极板电性连接的电压输出端30。特别地，本发明还包括：亚阈值能带带隙基准申压模块40、带输入阻抗可自动变换功能的放大器模块50、及电荷泵模块60。
其中，亚阈值能带带隙基准电压模块40用于提供基准电压。带输入阻抗可自动变换功能的放大器模块50用于根据输入信号的大小自动调节输入阻抗的减小或增大。电荷泵模块60用于将亚阈值能带带隙基准电压模块40产生的电压通过电荷泵倍压的方式产生一稳定的电压输出，通过电压输出端30提供给电容极板。
作为本发明的一种具体实施例，所述亚阈值能带带隙基准电压模块40分别与带输入阻抗可自动变换功能的放大器模块50、及电荷泵模块60电性连接；带输入阻抗可自动变换功能的放大器模块50一端还与信号输入端10电性连接，另一端与信号输出端20电性连接；电荷泵模块60另一端与电压输出端30电性连接。
在本发明中，所述亚阈值能带带隙基准电压模块40采用亚阈值帯隙基准源提供一基准电压，该亚阈值能带带隙基准电压模块40与传统的带隙基准源不同住处在于它的直流通路的管子处于亚阈值状态，相对的内阻上升，电流值下降，具有低工作电压及低功耗的特性。
本发明的带输入阻抗可自动变换功能的放大器模块50，是一个使用了自动变换输入阻抗技术的高性能信号放大器，其根据输入信号与基准电压比较结果的大小，自动调节输入阻抗的减小或增大，可以实现小信号输入时增大输入阻抗，减小信号衰减，大信号输入时减小输入阻抗，以避免出现信号阻塞的功能。
进一步地，如图2所示，本发明的电荷泵模块60内包括振荡电路模块62、多路开关阵列64、及反馈调整模块66。
其中，亚阈值能带带隙基准电压模块40提供的基准电压为振荡电路模块62提供一个稳定的振荡频率，振荡电路模块62用于将基准电压提供的振荡频率分频后产生几组不交叠的时钟信号，并提供给多路开关阵列64作为电容开关信号。多路开关阵列64用于切换产生高压滤波后输出稳定电压，同时反馈给反馈调整模块66。反馈调整模块66用于将多路开关阵列64产生的稳定电压与基准电压进行比较，并根据比较结果的大小控制振荡电路模块62停止或开始倍压。具体地，在反馈调整模块66将多路开关阵列64产生的稳定电压与基准电压进行比较的过程中，当稳定电压大于基准电压时，则输出信号控制振荡电路模块62停止工作也就停止倍压；当稳定电压小于基准电压时，则输出信号控制振荡电路模块62开始工作也就开始倍压。
作为本发明的一种具体实施例，所述振荡电路模块62一端分别与亚阈值能带带隙基准电压模块40、及反馈调整模块66电性连接，另一端与多路开关阵列64电性连接；多路开关阵列64一端与反馈调整模块66电性连接，另一端与电压输出端30电性连接；反馈调整模块66一端还与亚阈值能带带隙基准电压模块40电性连接。
作为本发明的一种选择性实施例，亚阈值能带带隙基准电压模块40产生的基准电压提供给带输入阻抗可自动变换功能的放大器模块50做基准使用，另外基准电压经过电荷泵模块60采用倍压方式通过多路开关阵列64为电容极板提供一稳定的30V电压输出。与传统的驻极体电容极板相比，利用本发明提供电压的电容极板一端电势稳定，不会出现电势衰减等问题。
综上所述，本发明可产生能替代驻极体电压的前置放大器芯片，其通过倍压方式可以产生一个能达到驻极体电压强度的高电压以替代驻极体电压，可以有效提高传感器的工作稳定性及一致性，极大地提供传感器应用领域的水平。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种可产生能替代驻极体电压的前置放大器芯片，包括信号输入端、信号输出端、及与电容极板电性连接的电压输出端，其特征在于，还包括：
亚阈值能带带隙基准电压模块，用于提供基准电压；
带输入阻抗可自动变换功能的放大器模块，用于根据输入信号的大小自动调节输入阻抗的减小或增大；
电荷泵模块，用于将亚阈值能带带隙基准电压模块产生的电压通过电荷泵倍压的方式产生一稳定的电压输出，通过电压输出端提供给电容极板；
所述亚阈值能带带隙基准电压模块分别与带输入阻抗可自动变换功能的放大器模块、及电荷泵模块电性连接；带输入阻抗可自动变换功能的放大器模块一端还与信号输入端电性连接，另一端与信号输出端电性连接；电荷泵模块另一端与电压输出端电性连接。
2.如权利要求1所述的可产生能替代驻极体电压的前置放大器芯片，其特征在于，所述亚阈值能带带隙基准电压模块采用亚阈值带隙基准源提供一基准电压，该亚阈值能带带隙基准电压模块的直流通路的管子处于亚阈值状态。
3.如权利要求1所述的可产生能替代驻极体电压的前置放大器芯片，其特征在于，所述带输入阻抗可自动变换功能的放大器模块，根据输入信号与基准电压比较结果的大小，自动调节输入阻抗的减小或增大。
4.如权利要求1所述的可产生能替代驻极体电压的前置放大器芯片，其特征在于，所述电荷泵模块内包括：振荡电路模块、多路开关阵列、及反馈调整模块；
振荡电路模块用于将基准电压提供的振荡频率分频后产生几组不交叠的时钟信号，并提供给多路开关阵列作为电容开关信号；
多路开关阵列用于切换产生高压滤波后输出稳定电压，同时反馈给反馈调整模块；
反馈调整模块用于将多路开关阵列产生的稳定电压与基准电压进行比较，并根据比较结果的大小控制振荡电路模块停止或开始倍压。
5.如权利要求4所述的可产生能替代驻极体电压的前置放大器芯片，其特征在于，所述反馈调整模块用于将多路开关阵列产生的稳定电压与基准电压进行比较，当稳定电压大于基准电压时，则输出信号控制振荡电路模块停止倍压；当稳定电压小于基准电压时，则输出信号控制振荡电路模块开始倍压。
6.如权利要求4所述的可产生能替代驻极体电压的前置放大器芯片，其特征在于，所述振荡电路模块一端分别与亚阈值能带带隙基准电压模块、及反馈调整模块电性连接，另一端与多路开关阵列电性连接；多路开关阵列一端与反馈调整模块电性连接，另一端与电压输出端电性连接；反馈调整模块一端还与亚阈值能带带隙基准电压模块电性连接。
7.如权利要求4所述的可产生能替代驻极体电压的前置放大器芯片，其特征在于，所述电荷泵模块采用倍压方式通过多路开关阵列为电容极板提供一稳定的30V电压输出。
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