CN103873986B - 一种硅麦克风及其中的专用集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种硅麦克风及其中的专用集成电路，专用集成电路包括电荷泵，电荷泵包括第一升压电路、第二升压电路、第一二极管和第二二极管，每个升压电路均包括N级升压单元，每个升压电路的相邻两级升压单元中的前一级升压单元的输出端与后一级升压单元的输入端相连；第一升压电路的第一控制端和第二升压电路的第二控制端与第一时钟信号相连，第一升压电路的第二控制端和第二升压电路的第一控制端与第二时钟信号相连，第一二极管连接于第一升压电路的输出端和电荷泵的输出端之间；第二二极管连接于第二升压电路的输出端和电荷泵的输出端之间。与现有技术相比，本发明中的专用集成电路可以有效抑制电荷泵噪音，从而提高硅麦克风的信噪比水平。

Description

一种硅麦克风及其中的专用集成电路

【技术领域】

本发明涉及电路设计领域，特别涉及一种硅麦克风及其中的专用集成电路。

【背景技术】

目前，应用较多的麦克风包括传统的驻极体电容式麦克风和新兴的硅麦克风（其又称微型硅基麦克风）。与驻极体电容式麦克风相比，硅麦克风具有体积小、对于环境不敏感、不需要很高的偏置电压，具有很强的抗震性能等优点，这使得硅麦克风在便携式数字产品中占有很大的优势，并且随着价格的下降，硅麦克风正在逐步取代驻极体电容式麦克风。

请参考图1所示，其为现有技术中的一种硅麦克风的电路示意图。该硅麦克风包括一个微机电系统（Micro-Electro-Mechanical-System Microphone,简称MEMS）芯片110和一个专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC）芯片120，这两枚芯片封装在一个表面贴装器件中构成一个完整的麦克风系统。

微机电系统芯片110是采用传统的硅半导体加工工艺制作的一个机电系统，其内部设置有等效电容，在工作时，微机电系统芯片110需要加一个相对较高的偏置电压（例如，10V），以使等效电容上储存一定量的电荷，其利用等效电容中的薄膜结构感测声音的压力并产生相应的形变，以将声音信号转化为电压信号并输出该电压信号。

专用集成电路芯片120一般采用CMOS工艺制作，其包括缓冲器122、电荷泵124和低通滤波器126。缓冲器112将微机电系统芯片110感应出的微弱的电压信号传递给后续的放大器210或者处理电路；电荷泵124负责产生一个相对高压，该相对高压经低通滤波器126滤波后提供给微机电系统芯片110，以作为微机电系统芯片110工作用偏置电压。

由于硅麦克风的灵敏度一般不会很高，因此，为了使信噪比达到理想的水平，硅麦克风中各部件对噪声的要求都很高，而传统的电荷泵所产生的噪声在整个硅麦克风系统中占了比较重要的地位，从而影响了硅麦克风的信噪比水平。现有的电荷泵124为了得到较高的电压往往采用多级的Dickson结构，其最后输出的是一个有较高直流电压分量的高频振荡信号，该高频振荡信号经过低通滤波器126滤除相应高频分量之后得到一个较稳定的直流电压以提供给微机电系统芯片110。这样的结构有两个缺点：一是在最后得到的直流电压上依然会叠加一部分的高频分量，而这成为电荷泵噪声加在整个麦克风系统中的主要部分，其影响硅麦克风的信噪比水平；二是低通滤波器126为了达到理想滤波特性，往往需要在专用集成电路芯片120上集成较大的电容（通常需要在20pF～50pF之间），从而增加了专用集成电路芯片120的成本。

因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种硅麦克风及其中的专用集成电路，其可以有效的抑制专用集成电路中的电荷泵产生的噪音，从而提高硅麦克风的信噪比水平。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种硅麦克风专用集成电路，其包括电荷泵和偏置电压输出端，所述电荷泵的输出端与偏置电压输出端相连。所述电荷泵包括第一升压电路、第二升压电路、第一二极管和第二二极管，每个升压电路均包括N级依次串联的升压单元，每级升压单元都包括一个输入端、一个输出端、第一控制端和第二控制端，每个升压电路的相邻两级升压单元中的前一级升压单元的输出端与后一级升压单元的输入端相连，并且每个升压电路的第一级升压单元的输入端作为该升压电路的输入端与一基准电压相连，每个升压电路的第N级升压单元的输出端作为该升压电路的输出端，N为大于等于2的自然数；第一升压电路的每级升压单元的第一控制端和第二升压电路的每级升压单元的第二控制端都与第一时钟信号相连，第一升压电路的每级升压单元的第二控制端和第二升压电路的每级升压单元的第一控制端都与第二时钟信号相连，第一二极管的正极与第一升压电路的输出端相连，其负极与所述电荷泵的输出端相连；第二二极管的正极与第二升压电路的输出端相连，其负极与所述电荷泵的输出端相连。

进一步的，所述电荷泵还包括基准电压产生电路和时钟信号产生电路，所述基准电压产生电路用于产生并输出所述基准电压；所述时钟信号产生电路用于产生并输出第一时钟信号和第二时钟信号，其中第一时钟信号和第二时钟信号为不交叠时钟信号。

进一步的，每级升压单元还包括第三二极管、第四二极管、第一电容和第二电容，其中，第三二极管和第四二极管依次串联于该升压单元的输入端和输出端之间，第三二极管的正极与该升压单元的输入端相连，第四二极管的负极与该升压单元的输出端相连；第一电容连接于第三二极管和第四二极管之间的连接节点与第一控制端之间；第二电容连接于该升压单元的输出端与第二控制端之间。

进一步的，所述第一时钟信号和第二时钟信号为不交叠时钟信号为所述第一时钟信号的高电平和第二时钟信号的高电平相互交叠，所述第一时钟信号的低电平和第二时钟信号的低电平互不交叠。

进一步的，所述时钟信号产生电路包括振荡器和时钟信号产生模块，所述振荡器用于产生并输出一个高频方波信号；所述时钟信号产生模块包括输入端、第一输出端和第二输出端，其输入端与所述振荡器输出的方波信号相连，第一输出端输出所述第一时钟信号，第二输出端输出所述第二时钟信号。

进一步的，所述时钟信号产生模块包括非门、第一与非门、第二与非门、第一延时单元和第二延时单元，第一与非门的一个输入端与所述时钟信号产生模块的输入端相连，其另一个输入端与所述时钟信号产生模块的第二输出端相连，其输出端与第一延时单元的输入端相连，第一延时单元的输出端与所述时钟信号产生模块的第一输出端相连；非门的输入端与所述时钟信号产生模块的输入端相连，其输出端与第二与非门的一个输入端相连，第二与非门的另一个输入端与所述时钟信号产生模块的第一输出端相连，第二与非门的输出端与第二延时单元的输入端相连，第二延时单元的输出端与所述时钟信号产生模块的第二输出端相连，所述延时单元用于将其接收的信号延时后输出。

进一步的，所述硅麦克风专用集成电路还包括连接于所述电荷泵输出端和所述偏置电压输出端之间的滤波器，所述滤波器包括第三电容，所述第三电容的一端与所述电荷泵输出端和所述偏置电压输出端相连，另一端接地。

进一步的，所述硅麦克风专用集成电路还包括电压信号输入端、电压信号输出端和缓冲器，所述缓冲器的输入端与所述电压信号输入端相连，其输出端与电压信号输出端相连，其用于将电压信号输入端接收到的电压信号传递给电压信号输出端。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种硅麦克风，其包括一个微机电系统和硅麦克风专用集成电路，所述微机电系统用于将声音信号转换为电压信号，并将该电压信号提供给所述专用集成电路的电压信号输入端；所述专用集成电路的偏置电压输出端输出偏置电压给所述微机电系统。所述硅麦克风专用集成电路包括电荷泵和偏置电压输出端，所述电荷泵的输出端与偏置电压输出端相连，所述电荷泵包括第一升压电路、第二升压电路、第一二极管和第二二极管，每个升压电路均包括N级依次串联的升压单元，每级升压单元都包括一个输入端、一个输出端、第一控制端和第二控制端，每个升压电路的相邻两级升压单元中的前一级升压单元的输出端与后一级升压单元的输入端相连，并且每个升压电路的第一级升压单元的输入端作为该升压电路的输入端与一基准电压相连，每个升压电路的第N级升压单元的输出端作为该升压电路的输出端，N为大于等于2的自然数；第一升压电路的每级升压单元的第一控制端和第二升压电路的每级升压单元的第二控制端都与第一时钟信号相连，第一升压电路的每级升压单元的第二控制端和第二升压电路的每级升压单元的第一控制端都与第二时钟信号相连，第一二极管的正极与第一升压电路的输出端相连，其负极与所述电荷泵的输出端相连；第二二极管的正极与第二升压电路的输出端相连，其负极与所述电荷泵的输出端相连。所述硅麦克风专用集成电路还包括连接于所述电荷泵输出端和所述偏置电压输出端之间的滤波器，所述滤波器包括第三电容，所述第三电容的一端与所述电荷泵输出端和所述偏置电压输出端相连，另一端接地。所述硅麦克风专用集成电路还包括电压信号输入端、电压信号输出端和缓冲器，所述缓冲器的输入端与所述电压信号输入端相连，其输出端与电压信号输出端相连，其用于将电压信号输入端接收到的电压信号传递给电压信号输出端。

进一步的，所述微机电系统包括刚性极板和与刚性极板相对且相互间隔的弹性极板，所述专用集成电路的电压信号输入端与所述弹性板相连，所述偏置电压输出端与所述刚性极板相连。

与现有技术相比，本发明中的专用集成电路中的电荷泵包括结构相同的两个升压电路以及两个二极管，第一升压电路中的每个升压单元的第一控制端和第二升压电路的每个升压单元的第二控制端共用一路时钟信号，第一升压电路中的每个升压单元的第二控制端和第二升压电路的每个升压单元的第一控制端共用另一路时钟信号，每个升压电路的输出端通过与其对应的一个二极管与电荷泵的输出端相连，这样本发明中的电荷泵的输出端就可以输出一个接近直流的偏置电压，从而抑制电荷泵噪声，进而提高硅麦克风的信噪比水平。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为现有技术中的一种硅麦克风的结构示意图；

图2为本发明中的硅麦克风在一个实施例中的结构示意图；

图3为本发明中的电荷泵在一个实施例中的结构示意图；

图4为图3中的时钟信号产生模块在一个实施例中的结构示意图；

图5为图4中的时钟信号产生模块接收到的方波信号CLK以及其输出的第一时钟信号ph1和第二时钟信号ph2的时序图；

图6为图3中的升压单元在一个实施例中的电路结构示意图；

图7为本发明在一个实施例中采用不交叠时钟信号作为第一时钟信号ph1和第二时钟信号ph2时，第一升压单元输出的电压P1OUT和第二升压单元输出的电压P2OUT，以及电荷泵输出的电压PUMP OUT的时序示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

请参考图2所示，其为本发明中的硅麦克风在一个实施例中的结构示意图。所述硅麦克风包括一个微机电系统芯片210和一个专用集成电路芯片220，通常这两枚芯片封装在一个表面贴装器件中构成一个完整的麦克风系统。

所述微机电系统芯片210是采用传统的硅半导体加工工艺制作的一个机电系统，其包括刚性极板212和与刚性极板212相对且相互间隔的弹性极板214，该刚性极板212和弹性极板214等效为一个电容C，其中刚性极板212为刚性的导电薄膜，弹性极板214为具有张应力和柔韧性的导电薄膜，其用于感应声压的变化。工作时，微机电系统芯片210上需要加一个相对较高的偏置电压（例如，10V），这样电容C上就能储存一定量的电荷Q，Q=C*U，其中，Q为等效电容C上储存的电荷量，C为等效电容的电容值，U为加在微机电系统芯片210上的电压值。当外部有声波传递到微机电系统芯片210时，弹性极板214会感应到声音的压力而发生弹性形变，导致刚性极板212和弹性极板214之间的相对距离发生变化，从而使该等效电容C的电容值发生变化（改变量△C），于是电容C上的电压U也会发生变化（变化量△U）以保持电容C上的电荷不变，这种电容C上的电压U的变化为外围电路提供一种可测量的电信号，从而实现将声音信号转换成电压信号，也就是说，微机电系统芯片210以电容C为媒介将声音信号转换为电压信号并输出该电压信号。

专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)芯片220一般采用CMOS工艺制作，其主要功能是作为缓冲器将微机电系统芯片210感应出的微弱的电压信号传递给后续的放大器或者处理电路，同时它提供给微机电系统芯片210一个稳定的相对高压（即上文中的偏置电压），一般在在8V～16V之间。在图2所示的实施例中，所述专用集成电路芯片220包括5个管脚（或称端或端口），分别为电源管脚VDD、接地管脚GND、电压信号输入管脚IN、电压信号输出管脚OUT和偏置电压输出管脚VPUMP，其中，电压管脚VDD接专用集成电路芯片220的供电电源，接地管脚GND接地，专用集成电路芯片220的供电范围一般为1.8V～3.6V；电压信号输入管脚IN与所述微机电系统芯片210中的弹性极板214相连，偏置电压输出管脚VPUMP与微机电系统芯片210中的刚性极板212相连。

所述专用集成电路芯片220还包括缓冲器222、电荷泵224和滤波器226。

所述缓冲器222的输入端与电压信号输入管脚IN相连，其输出端与电压信号输出管脚OUT相连，其用于将电压信号输入管脚IN接收到的电压信号传递给电压信号输出管脚OUT，该电压信号为微机电系统芯片210感应输出的电压信号，在图2所示的实施例中，所述电压信号为弹性极板214上的电压。在此处设置缓冲器222的原因在于，微机电系统芯片210上储存的电能非常微弱，其通过感应声压产生的电压信号无法直接驱动一般的放大器电路，所以需要一个输入阻抗非常大的缓冲器222来传递电压信号，以提供给后续的放大器或者处理电路。

所述电荷泵224的输出端通过滤波器226与专用集成电路芯片220的偏置电压输出管脚VPUMP相连，所述电荷泵224用于将低压转换为高压并输出。请参考图3所示，其为图2中的电荷泵在一个实施例中的电路示意图，该电荷泵包括基准电压产生电路310、时钟信号产生电路320、第一升压电路330、第二升压电路340、第一二极管D1和第二二极管D2。

所述基准电压产生电路310用于产生并输出基准电压Vref，该基准电压Vref的电压值一般在1.2V～1.5V之间。所述时钟信号产生电路320用于产生并输出第一时钟信号ph1和第二时钟信号ph2。在本实施例中，所述时钟信号产生电路320包括振荡器322和时钟信号产生模块324，所述振荡器322用于产生并输出一个高频方波信号CLK，该方波信号CLK的振荡频率一般在200kHz～1MHz之间。关于基准电压产生电路310和振荡器322在现有技术中有很多种通用的结构，这里不再具体描述。

所述时钟信号产生模块324包括输入端、第一输出端ph1和第二输出端ph2，其输入端与所述高频方波信号CLK相连，第一输出端输出所述第一时钟信号ph1，第二输出端输出所述第二时钟信号ph2，具体为所述第一时钟信号ph1的高电平和第二时钟信号ph2的高电平相互交叠，所述第一时钟信号ph1的低电平和第二时钟信号ph2的低电平互不交叠，具体请参考图5所示。在图3所示的实施例中，所述时钟信号产生模块324的电源端与所述基准电压产生电路310的输出端相连，即所述基准电压Vref为所述时钟信号产生模块324的电源电压，这样，所述第一时钟信号ph1的高电平和第二时钟信号ph2的高电平都等于基准电压Vref，所述第一时钟信号ph1的低电平和第二时钟信号ph2的低电平都等于地电平（0V）。

图4为图3中的时钟信号产生模块在一个实施例中的电路示意图，该时钟信号产生模块包括非门NOT、第一与非门NAND1、第二与非门NAND2、第一延时单元Delay1和第二延时单元Delay2。其中，第一与非门NAND1的一个输入端与该时钟信号产生模块的输入端in相连，该输入端in接收所述振荡器322输出的高频方波信号CLK，其另一个输入端与该时钟信号产生模块的第二输出端ph2相连，其输出端与第一延时单元Delay1的输入端相连，第一延时单元Delay1的输出端与该时钟信号产生模块的第一输出端ph1相连；非门NOT的输入端与该时钟信号产生模块的输入端in相连，其输出端与第二与非门NAND2的一个输入端相连，第二与非门NAND2的另一个输入端与该时钟信号产生模块的第一输出端ph1相连，第二与非门NAND2的输出端与第二延时单元Delay2的输入端相连，第二延时单元Delay2的输出端与该时钟信号产生模块的第二输出端ph2。所述第一延时单元Delay1和第二延时单元Delay2用于将其接收的信号延时一定时间后输出，其中，第一延时单元Delay1的延时时间为t1，第二延时单元Delay2的延时时间为t2，t1和t2的设置应能保证第一时钟信号ph1和第二时钟信号ph2的高电平能相互交叠，延时电路在现有技术中有很多种通用的结构，这里不再具体描述。

请参考图5所示，其为图4中的时钟信号产生模块接收到的方波信号CLK以及其输出的第一时钟信号ph1和第二时钟信号ph2的波形图。在一个周期中，当第一时钟信号ph1为低电平时，第二时钟信号ph2为高电平；自第一时钟信号ph1由低电平跳变为高电平时起t2时间后，第二时钟信号ph2由高电平跳变为低电平，此处，第一时钟信号ph1的高电平和第二时钟信号ph2的高电平交叠时间为t2；当第二时钟信号ph2为低电平时，第一时钟信号ph1为高电平；自第二时钟信号ph1由低电平跳变为高电平起t1时间后，第一时钟信号ph1由高电平跳变为低电平，此处，第一时钟信号ph1的高电平和第二时钟信号ph2的高电平交叠时间为t1。

请继续参考图3所示，所述第一升压电路330为Dickson升压结构，其包括N级依次串联的升压单元，分别为第一级升压单元P11、第二级升压单元P12、……、第N级升压单元P1N，N为大于等于2的自然数。其中，每级升压单元的电路结构都如图6所示，所述每级升压单元都包括一个输入端IN，一个输出端OUT，第一控制端CP和第二控制端CN，结合图3所示，相邻两级升压单元中的前一级升压单元的输出端OUT与后一级升压单元的输入端IN相连，并且第一级升压单元P11的输入端作为第一升压电路330的输入端与所述基准电压Vref相连，第N级升压单元P1N的输出端作为第一升压电路的输出端P1OUT，第一升压电路330中的每级升压单元的第一控制端CP都与所述第一时钟信号ph1相连，每级升压单元的第二控制端CN都与所述第二时钟信号ph2相连，即第一时钟信号ph1作为第一升压电路330的第一开关信号，第二时钟信号ph2作为第一升压电路330的第二开关信号。图6中的升压单元还包括第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1和第二电容C2，其中，第三二极管D3和第四二极管D4依次串联于该升压单元的输入端IN和输出端OUT之间，第三二极管D3的正极与该升压单元的输入端IN相连，第四二极管D4的负极与该升压单元的输出端OUT相连；第一电容C1连接于第三二极管D3和第四二极管D4之间的连接节点A与第一控制端CP之间；第二电容C2连接于该升压单元的输出端OUT与第二控制端CN之间。

图3中的第二升压电路340与第一升压电路330的结构相同，其也包括N个依次串联的升压单元，分别为第一级升压单元P21、第二级升压单元P22、……、第N级升压单元P2N，N为大于等于2的自然数。其与第一升压电路330的区别仅在于，互换了第一升压电路330中每级升压单元的第一控制端CP和第二控制端CN与第一时钟信号ph1和第二时钟ph2的连接关系，即第二升压电路340中的每级升压单元的第一控制端CP与时钟信号产生电路320输出的第二时钟信号ph2相连，其第二控制端CN与时钟信号产生电路320输出的第一时钟信号ph1相连，即第一时钟信号ph1作为第二升压电路340的第二开关信号，第二时钟信号ph2作为第二升压电路340的第一开关信号。也就是说，第一升压电路的第一控制端CP和第二升压电路340的第二控制端CN共用第一时钟信号ph1，第一升压电路330的第二控制端CN和第二升压电路340的第一控制端CP共用第二时钟信号ph2。

第一二极管D1的正极与第一升压电路330的输出端P1OUT相连，其负极与电荷泵的输出端PUM OUT相连；第二二极管D4的正极与第二升压电路340的输出端P2OUT相连，其负极与电荷泵的输出端PUM OUT相连。

以下通过一个实施例，具体介绍图3中的电荷泵的工作过程，在本实施例中，时钟信号产生320输出的第一时钟信号ph1和第二时钟信号ph2为如图5所示的两相不交叠时钟信号，并且第一时钟信号ph1和第二时钟信号ph2的高电平都等于基准电压Vref、低电平都为地电平（即0V）。

首先介绍第一升压电路330的工作过程。首先由第一级升压单元P11对所述基准电压产生电路310输出的基准电压Vref进行升压转换，参考图6所示，第一级升压单元P11的第一电容C1首先被充电，具体为，第一时钟信号ph1为低电平、第二时钟信号ph2为高电平，第三二极管D3导通，第一电容C1被充电，直至节点A的电压上升为Vref-VD；当时钟信号翻转时，即第一时钟信号ph1跳变为高电平、第二时钟信号ph2跳变为低电平时，节点A的电压上升为2Vref-VD，此时，第三二极管D3截止、第四二极管D4导通，第二电容C2被充电，直至第一级升压单元P11的输出端OUT的电压上升为2Vref-2VD；当时钟信号再次翻转时，即第一时钟信号ph1跳变为低电平、第二时钟信号ph2跳变为高电平时，第一级升压单元P11的输出端OUT的电压上升为3Vref-2VD，经过上述过程，第一级升压单元P11的输出端OUT出现高电平为3Vref-2VD，低电平为2Vref-2VD的高频方波信号，其中，VD为第三二极管D3或者第四二极管D4的正向导通压降。以此类推，基准电压Vref经过第一升压电路330的N级依次串联的相同结构的升压单元的升压转换后，第一升压电路330的输出端P1OUT输出的方波信号的高电平为Vref+2N（Vref-VD），其低电平信号为2N（Vref-VD），即输出端P1OUT输出的方波信号的高电平和低电平信号的差值为基准电压Vref的电压值。

然后，介绍第二升压电路340的工作过程，由于第二升压电路340与第一升压电路330的结构相同，其区别仅在于，互换了第一升压电路330中每级升压单元的第一控制端CP和第二控制端CN与第一时钟信号ph1和第二时钟ph2的连接关系，因此，可以推得基准电压Vref经过第二升压电路340的升压转换后，第二升压电路340的输出端P2OUT输出的方波信号的高电平为Vref+2N（Vref-VD），低电平为2N（Vref-VD），即输出端P2OUT输出的方波信号的高电平和低电平信号的差值为基准电压Vref的电压值。

接着，所述第一升压电路330的输出端P1OUT输出的方波信号和第二升压电路340的输出端P2OUT输出的方波信号经所述第一二极管D1和第二二极管D2进行耦合，得到的耦合电压信号经所述电荷泵的输出端PUM OUT输出。

请参考图7所示，其为本发明在一个实施例中，采用两相不交叠时钟信号作为第一时钟信号ph1和第二时钟信号ph2时，第一升压单元330输出的电压信号P1OUT和第二升压单元340输出的电压信号P2OUT，以及电荷泵输出的电压信号PUMP OUT的时序示意图。其中，P1OUT端输出的方波信号的高电平为Vo+Vref，低电平为Vo，P2OUT端输出的方波信号的高电平为Vo+Vref，低电平为Vo，且P1OUT端输出的方波信号的高电平和P2OUT端输出的方波信号的高电平相互交叠，P1OUT端输出的方波信号的低电平和P2OUT端输出的方波信号的低电平互不交叠，这样的两组方波信号经所述第一二极管D1和第二二极管D2耦合后，电荷泵的PUMP OUT端输出接近直流的电压，该直流电压值为Vo+Vref-VD，VD为第一二极管D1或者第二二极管D2的正向导通电压，Vref为图3中的基准电压Vref的电压值。由于图7中的P1OUT端输出的方波信号的低电平和和P2OUT端输出的方波信号的低电平互不交叠，P1OUT端输出的方波信号的高电平和P2OUT端输出的方波信号的高电平相互交叠，因此，经所述第一二极管D1和第二二极管D2耦合后，电荷泵的PUMP OUT端输出更为稳定的直流电压，不会出现低压突变。

需要特别说明的是，在其他实施例中，所述第一时钟信号ph1和第二时钟信号ph2的高电平也可以为除基准电压Vref的其他电压值。

请继续参考图2所示，所述滤波器226用于滤除电荷泵224输出的PUMPOUT信号中的高频分量以输出一个较稳定的直流偏置电压VPUMP。由于本发明中的电荷泵的最后输出为一接近直流的电压，其高频噪声非常小，因此，所述滤波器226仅包括一个第三电容C3即可，该第三电容C3的一端接地，另一端连接所述电荷泵224的输出端PUMP OUT和专用电路芯片220的偏置电压输出端VPUMP，第三电容C3的电容值可以在5pF左右，无需配置专门的低通滤波器，从而降低了专用集成电路芯片220的成本。

综上所述，本发明中的硅麦克风包括一个微机电系统芯片210和一个专用集成电路芯片220。其中。专用集成电路220中的电荷泵包括结构相同的第一升压电路330、第二升压电路340、第一二极管D1和第二二极管D2，第一升压电路330的每级升压单元的第一控制端CP和第二升压电路340的每级升压单元的第二控制端CN都与第一时钟信号ph1相连，第一升压电路330的每级升压单元的第二控制端CN和第二升压电路340的每级升压单元的第一控制端CN都与第二时钟信号ph2相连，第一升压电路330和第二升压电路340的最后输出通过第一二极管D1和第二二极管D2耦合后作为电荷泵的PUMP OUT。这样，在本发明中的电荷泵的输出端可以得到一个接近直流的偏置电压，从而抑制电荷泵噪声，进而提高硅麦克风的信噪比水平，并且由于电荷泵的最后输出为一接近直流的电压，因此，只需要在电荷泵224的输出端PUMP OUT和专用电路芯片220的偏置电压输出端VPUMP之间连接一接地电容C3即可，无需配置专门的低通滤波器，从而降低了专用集成电路芯片220的成本。

需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (10)

1.一种硅麦克风专用集成电路，其特征在于，其包括电荷泵和偏置电压输出端，所述电荷泵的输出端与偏置电压输出端相连，

所述电荷泵包括第一升压电路、第二升压电路、第一二极管和第二二极管，

每个升压电路均包括N级依次串联的升压单元，每级升压单元都包括一个输入端、一个输出端、第一控制端和第二控制端，每个升压电路的相邻两级升压单元中的前一级升压单元的输出端与后一级升压单元的输入端相连，并且每个升压电路的第一级升压单元的输入端作为该升压电路的输入端与一基准电压相连，每个升压电路的第N级升压单元的输出端作为该升压电路的输出端，N为大于等于2的自然数；

第一升压电路的每级升压单元的第一控制端和第二升压电路的每级升压单元的第二控制端都与第一时钟信号相连，第一升压电路的每级升压单元的第二控制端和第二升压电路的每级升压单元的第一控制端都与第二时钟信号相连，

第一二极管的正极与第一升压电路的输出端相连，其负极与所述电荷泵的输出端相连；第二二极管的正极与第二升压电路的输出端相连，其负极与所述电荷泵的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的硅麦克风专用集成电路，其特征在于，所述电荷泵还包括基准电压产生电路和时钟信号产生电路，

所述基准电压产生电路用于产生并输出所述基准电压；

所述时钟信号产生电路用于产生并输出第一时钟信号和第二时钟信号，其中第一时钟信号和第二时钟信号为不交叠时钟信号。

3.根据权利要求2所述的硅麦克风专用集成电路，其特征在于，每级升压单元还包括第三二极管、第四二极管、第一电容和第二电容，其中，第三二极管和第四二极管依次串联于该升压单元的输入端和输出端之间，第三二极管的正极与该升压单元的输入端相连，第四二极管的负极与该升压单元的输出端相连；第一电容连接于第三二极管和第四二极管之间的连接节点与第一控制端之间；第二电容连接于该升压单元的输出端与第二控制端之间。

4.根据权利要求3所述的硅麦克风专用集成电路，其特征在于，所述第一时钟信号和第二时钟信号为不交叠时钟信号为所述第一时钟信号的高电平和第二时钟信号的高电平相互交叠，所述第一时钟信号的低电平和第二时钟信号的低电平互不交叠。

5.根据权利要求4所述的硅麦克风专用集成电路，其特征在于，所述时钟信号产生电路包括振荡器和时钟信号产生模块，所述振荡器用于产生并输出一个方波信号；所述时钟信号产生模块包括输入端、第一输出端和第二输出端，其输入端与所述振荡器输出的高频方波信号相连，第一输出端输出所述第一时钟信号，第二输出端输出所述第二时钟信号。

6.根据权利要求5所述的硅麦克风专用集成电路，其特征在于，所述时钟信号产生模块包括非门、第一与非门、第二与非门、第一延时单元和第二延时单元，

第一与非门的一个输入端与所述时钟信号产生模块的输入端相连，其另一个输入端与所述时钟信号产生模块的第二输出端相连，其输出端与第一延时单元的输入端相连，第一延时单元的输出端与所述时钟信号产生模块的第一输出端相连；非门的输入端与所述时钟信号产生模块的输入端相连，其输出端与第二与非门的一个输入端相连，第二与非门的另一个输入端与所述时钟信号产生模块的第一输出端相连，第二与非门的输出端与第二延时单元的输入端相连，第二延时单元的输出端与所述时钟信号产生模块的第二输出端相连，

所述延时单元用于将其接收的信号延时后输出。

7.根据权利要求1所述的硅麦克风专用集成电路，其特征在于，其还包括连接于所述电荷泵输出端和所述偏置电压输出端之间的滤波器，所述滤波器包括第三电容，所述第三电容的一端与所述电荷泵输出端和所述偏置电压输出端相连，另一端接地。

8.根据权利要求7所述的硅麦克风专用集成电路，其特征在于，其还包括电压信号输入端、电压信号输出端和缓冲器，

所述缓冲器的输入端与所述电压信号输入端相连，其输出端与电压信号输出端相连，其用于将电压信号输入端接收到的电压信号传递给电压信号输出端。

9.一种硅麦克风，其特征在于，其包括一个微机电系统和如权利要求8所述的专用集成电路，

所述微机电系统用于将声音信号转换为电压信号，并将该电压信号提供给所述专用集成电路的电压信号输入端；

所述专用集成电路的偏置电压输出端输出偏置电压给所述微机电系统。

10.根据权利要求9所述的硅麦克风，其特征在于，所述微机电系统包括刚性极板和与刚性极板相对且相互间隔的弹性极板，

所述专用集成电路的电压信号输入端与所述弹性极板相连，所述偏置电压输出端与所述刚性极板相连。