CN103402160A - Mems麦克风及其工作控制方法 - Google Patents

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本发明公开了一种MEMS麦克风，其包括MEMS芯片和ASIC芯片，所述MEMS芯片和ASIC芯片电连接，所述MEMS芯片设有第一振膜、第二振膜以及背板，所述背板设置于第一振膜和第二振膜之间，所述第一振膜和第二振膜分别与所述背板间隔设置构成电容结构C1和C2，所述电容结构C1和C2并接设置，所述ASIC芯片控制MEMS芯片工作以选择MEMS芯片不同的输出信号输出。本发明提供的MEMS麦克风同时具备高灵敏度和高声压级。

Description

MEMS麦克风及其工作控制方法
【技术领域】
本发明涉及麦克风领域，具体是一种MEMS麦克风。
【背景技术】
随着无线通讯的发展，全球移动电话用户越来越多，用户对移动电话的要求已不仅满足于通话，而且要能够提供高质量的通话效果，尤其是目前移动多媒体技术的发展，移动电话的通话质量更显重要，移动电话的麦克风作为移动电话的语音拾取装置，其性能的好坏直接影响通话质量。
目前应用较多的是MEMS麦克风，为了能够达到优越的语音拾取性能要求MEMS麦克风同时具备较高的灵敏度和较高的声压级，但现在面对的问题是提高灵敏度和提高声压级对于同一个振膜结构来讲是矛盾的，即提高灵敏度就要牺牲声压级，提高声压级就要牺牲灵敏度。如何解决实现MEMS麦克风同时具备高灵敏度和高声压级已成为本领域研究的热点。
【发明内容】
本发明提供了一种MEMS麦克风，所述MEMS麦克风同时具备高灵敏度和高声压级。
本发明的目的是这样实现的：
一种MEMS麦克风，其包括MEMS芯片和ASIC芯片，所述MEMS芯片和ASIC芯片电连接，所述MEMS芯片设有第一振膜、第二振膜以及背板，所述背板设置于第一振膜和第二振膜之间，所述第一振膜和第二振膜分别与所述背板间隔设置构成电容结构C1和C2，所述电容结构C1和C2并接设置，所述ASIC芯片包括偏置电压电路模块和声压识别电路模块，MEMS芯片将输入到MEMS麦克风的输入声音信号转化成供声压识别电路模块识别判断的电信号，所述声压识别电路模块接收该电信号以判别输入声音信号的声压的大小，所述偏置电压电路模块根据所述声压识别电路模块的判别结果从而为MEMS芯片提供偏置电压以控制选择MEMS芯片的不同电容结构的输出信号作为输出。
优选的，所述MEMS麦克风的ASIC芯片还进一步包括放大器电路模块和调整电路模块，所述放大器电路模块用来接收并放大处理MEMS芯片的输出，所述调整电路模块用来调整偏置电压电路模块提供的偏置电压的大小和放大器电路模块放大器增益的大小。
优选的，所述背板在其与所述第一振膜和第二振膜正对的位置上设有若干背板通孔，所述第一振膜在其与所述背板正对的位置上设有若干振膜通孔。
优选的，所述MEMS芯片进一步还包括第一基座和第二基座，所述第一基座设有与第一振膜相对的第一声腔，所述第二基座设有与第二振膜相对的第二声腔，所述第一基座和第一振膜之间、第二基座和第二振膜之间、第一振膜和背板之间以及第二振膜和背板之间均设有绝缘层。
优选的，所述背板上还设有防止第一振膜和第二振膜与背板贴合粘连的凸块。
优选的，所述第一振膜上的若干振膜通孔呈圆周均匀对称分布。
一种MEMS麦克风的工作控制方法，所述MEMS麦克风包括如上述任一MEMS麦克风，
首先由MEMS芯片将输入到MEMS麦克风的输入声音信号转化成供声压识别电路模块识别判断的电信号；
接着由声压识别电路模块接收该电信号以判别输入声音信号的声压的大小；
当判别出该声压小于高声压分界点时，偏置电压电路模块提供偏置电压给第一振膜，此时第一振膜工作，MEMS芯片的输出信号为电容结构C1输出的电信号；
当判别出该声压等于或大于高声压分界点时，偏置电压电路模块同时提供偏置电压给第一振膜和第二振膜，此时第一振膜和第二振膜同时工作，MEMS芯片的输出信号为电容结构C1和C2叠加输出的电信号。
优选的，所述高声压分界点设置为120db。
本发明的优点在于：本发明提供的MEMS麦克风同时具备高灵敏度和高声压级。
【附图说明】
图1为本发明提供的MEMS麦克风的MEMS芯片的截面示意图；
图2为本发明提供的MEMS麦克风的MEMS芯片的俯视图；
图3为本发明提供的MEMS麦克风的MEMS芯片的仰视图；
图4为本发明提供的MEMS麦克风的ASIC芯片的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图，对本发明作详细说明。
本发明提供的MEMS麦克风（Micro-Electro-Mechanical-SystemMicrophone，微机电系统麦克风）包括MEMS芯片和ASIC（ApplicationSpecific IC，专用集成电路）芯片（未图示），所述MEMS芯片和ASIC芯片电连接。
如图1至图3所示为本发明提供的MEMS麦克风的MEMS芯片1，所述MEMS芯片1设有第一振膜21、第二振膜22以及背板30，所述背板30设置于第一振膜21和第二振膜22之间，所述第一振膜21和第二振膜22分别与所述背板30间隔设置构成电容结构C1和C2，所述电容结构C1和C2并接设置。所述第一振膜21、第二振膜22和背板30可以采用多晶硅或单晶硅掺杂导电材料制成。
所述背板30上设有防止第一振膜21和第二振膜22与背板30贴合粘连的凸块32，所述背板30在其与所述第一振膜21和第二振膜22正对的位置上设有若干背板通孔31。
所述第一振膜21在其与所述背板30正对的位置上设有若干振膜通孔210，所述第一振膜21上的若干振膜通孔210呈圆周均匀对称分布。所述第一振膜21上的若干振膜通孔210可以调节振膜阻尼，释放振膜应力，还可以平衡内外腔体的气压。
所述MEMS芯片1进一步还包括有第一基座11和第二基座12，所述第一基座11设有与第一振膜21相对的第一声腔110，所述第二基座12设有与第二振膜22相对的第二声腔120，所述第一基座11和第二基座12可以采用硅基材料制成。所述MEMS芯片1在所述第一基座11和第一振膜21之间、第二基座12和第二振膜22之间、第一振膜21和背板30之间以及第二振膜22和背板30之间均设有绝缘层40，所述绝缘层40可以采用半导体绝缘材料制成。
如图4所示，所述ASIC芯片包括偏置电压电路模块、声压识别电路模块、放大器电路模块和调整电路模块，MEMS芯片将输入到MEMS麦克风的输入声音信号转化成供声压识别电路模块识别判断的电信号，所述声压识别电路模块接收该电信号以判别输入声音信号的声压的大小，所述偏置电压电路模块根据所述声压识别电路模块的判别结果从而为MEMS芯片提供偏置电压以控制选择MEMS芯片的不同电容结构工作的输出信号作为输出，所述放大器电路模块用来接收并放大处理MEMS芯片的输出，所述调整电路模块用来调整偏置电压电路模块提供的偏置电压的大小和放大器电路模块放大器增益的大小。
电容结构C1和C2并接设置，所谓并接就是并行接入，具体是背板分别作为电容结构C1和C2的其中一电极，第一振膜电极和第二振膜电极分别作为电容结构C1和C2各自的另一电极，第一振膜电极和第二振膜电极并行接入ASIC芯片，即ASIC芯片可以单独给其中一个振膜提供偏置电压，此偏置电压不会供给另一个振膜；也可以是ASIC芯片同时提供偏置电压给第一振膜和第二振膜，这个偏置电压可以是同一个偏置电压同时分别供给第一振膜和第二振膜，也可以是两个不同的偏置电压同时分别供给第一振膜和第二振膜，第一振膜和第二振膜被ASIC芯片的控制是独立分开的。
对于一个MEMS麦克风来说，一定的声压大小就对应于一定的电信号大小，声音识别电路模块识别相应电信号的大小就可以判别对应声压的大小。声音信号输入到MEMS麦克风，MEMS芯片将该声音信号转化成供声压识别电路模块识别判断的电信号，声压识别电路模块接收该电信号以识别输入声音信号的声压大小，当判别出该声压小于高声压分界点时，偏置电压电路模块提供偏置电压给第一振膜，此时第一振膜工作，MEMS芯片的输出信号为电容结构C1输出的电信号；当判别出该声压等于或大于高声压分界点时，偏置电压电路模块同时提供偏置电压给第一振膜和第二振膜，此时第一振膜和第二振膜同时工作，MEMS芯片的输出信号为电容结构C1和C2叠加输出的电信号。本发明中所述的高声压分界点优选设置为120db，在此需要特别说明的是这个高声压分界点的设置是可以根据不同的应用环境和需要自行设定的，本实施例中设置的120db只是一个优选的实施方式，当然本发明的保护范围并不以120db为限。
本发明的MEMS芯片1的第一振膜21可以优化提高灵敏度，第二振膜22可以优化提高声压级。当输入声压小于高声压分界点时，第一振膜21工作可以满足MEMS麦克风整体高灵敏的要求，此时MEMS芯片的输出信号为电容结构C1输出的电信号；当输入声压等于或大于高声压分界点时，第二振膜22开始参与工作，第一振膜21和第二振膜22同时工作，第二振膜22弥补优化了MEMS麦克风整体高声压级的要求，第一振膜21同时保证了MEMS麦克风整体高灵敏的要求，此时MEMS芯片的输出信号为电容结构C1和C2叠加输出的电信号。本发明提供的MEMS麦克风同时具备高灵敏度和高声压级，并且MEMS芯片的制作工艺简单、成本低、易于批量化生产，同时不会因为提高性能而增大了整体的结构尺寸。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (8)

1.一种MEMS麦克风，其包括MEMS芯片和ASIC芯片，所述MEMS芯片和ASIC芯片电连接，其特征在于：所述MEMS芯片设有第一振膜、第二振膜以及背板，所述背板设置于第一振膜和第二振膜之间，所述第一振膜和第二振膜分别与所述背板间隔设置构成电容结构C1和C2，所述电容结构C1和C2并接设置，所述ASIC芯片包括偏置电压电路模块和声压识别电路模块，MEMS芯片将输入到MEMS麦克风的输入声音信号转化成供声压识别电路模块识别判断的电信号，所述声压识别电路模块接收该电信号以判别输入声音信号的声压的大小，所述偏置电压电路模块根据所述声压识别电路模块的判别结果从而为MEMS芯片提供偏置电压以控制选择MEMS芯片的不同电容结构的输出信号作为输出。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述MEMS麦克风的ASIC芯片还进一步包括放大器电路模块和调整电路模块，所述放大器电路模块用来接收并放大处理MEMS芯片的输出，所述调整电路模块用来调整偏置电压电路模块提供的偏置电压的大小和放大器电路模块放大器增益的大小。
3.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述背板在其与所述第一振膜和第二振膜正对的位置上设有若干背板通孔，所述第一振膜在其与所述背板正对的位置上设有若干振膜通孔。
4.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述MEMS芯片进一步还包括第一基座和第二基座，所述第一基座设有与第一振膜相对的第一声腔，所述第二基座设有与第二振膜相对的第二声腔，所述第一基座和第一振膜之间、第二基座和第二振膜之间、第一振膜和背板之间以及第二振膜和背板之间均设有绝缘层。
5.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述背板上还设有防止第一振膜和第二振膜与背板贴合粘连的凸块。
6.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于：所述第一振膜上的若干振膜通孔呈圆周均匀对称分布。
7.一种MEMS麦克风的工作控制方法，所述MEMS麦克风包括如上述权利要求1-6中所述的任一MEMS麦克风，其特征在于：
首先由MEMS芯片将输入到MEMS麦克风的输入声音信号转化成供声压识别电路模块识别判断的电信号；
接着由声压识别电路模块接收该电信号以判别输入声音信号的声压的大小；
当判别出该声压小于高声压分界点时，偏置电压电路模块提供偏置电压给第一振膜，此时第一振膜工作，MEMS芯片的输出信号为电容结构C1输出的电信号；
当判别出该声压等于或大于高声压分界点时，偏置电压电路模块同时提供偏置电压给第一振膜和第二振膜，此时第一振膜和第二振膜同时工作，MEMS芯片的输出信号为电容结构C1和C2叠加输出的电信号。
8.根据权利要求7所述的MEMS麦克风的工作控制方法，其特征在于：所述高声压分界点设置为120db。
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