CN107124684A - 一种硅基mems微扬声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅基MEMS微扬声器，包括：硅基支撑构件，硅振膜，以及连接所述硅基支撑构件和所述硅振膜的弹性连接构件，所述硅振膜的一侧设置有音圈振膜线圈，所述硅基支撑构件的一侧设置有驱动线圈，所述音圈振膜线圈和所述驱动线圈通过相互作用使所述硅振膜运动而发声。本发明技术方案的硅基MEMS微扬声器采用载流线圈间相互作用的方式发声，而不采用磁钢，是一种非磁钢系统MEMS微扬声器，继承了硅基电磁式MEMS微扬声器频响特性较好的特点，并简化了制作工艺，进一步的，易于实现无磁化、平面化和超薄化。

Description

一种硅基MEMS微扬声器

技术领域

本发明涉及微扬声器技术领域，具体涉及一种硅基MEMS微扬声器。

背景技术

近年来，随着手机、平板电脑等消费类电子产品的飞速发展，微扬声器的需求得到急速扩张，吸引了大批科研团队致力于提高微扬声器音质的研究。

按照驱动方式的不同，微扬声器可以分为静电式、压电式及电磁式。静电式微扬声器的驱动电压较大且难以获得很大的振动幅度。压电式微扬声器虽然能够获得较大的位移但振动的非线性及压电材料易受残余应力影响导致其在音频系统中的使用受到限制。电磁式微扬声器既可以保证较大的振动幅度同时其振动的线性度高也有利于声音的高保真还原，因此更多团队致力于电磁式微扬声器结构的研究。电磁式微扬声器按照振动部位的不同，可分为动圈式及动铁式。动圈式微扬声器的金属线圈需要制作在振动薄膜上，结构磁体组装工艺简单。动铁式微扬声器利用铁片在磁力的作用下带动振膜发声，具有体积小、灵敏度高、频响曲线稳定的优点。

传统电磁式扬声器发声是基于振动薄膜的形变，振动薄膜周边被固定在刚性框架上，在电磁力的驱动下发生形变，最大位移处为振动薄膜中心，即所谓鼓膜式振动，振动薄膜周边固定，薄膜振动的自由度受到限制，很难获得很大的振动幅度，空气的排出量较小，声压受到限制。传统结构振动薄膜主要材质为柔软的聚合物薄膜，这些材料弹性系数低，振动薄膜在低频和高频振动时线性度不高，导致声音的频带范围很窄，且其刚度小，谐振频率低，一般情况下在音频范围内有高达几十个振动模态，容易形成尖声信号，严重影响声音的质量，其材质的柔软性决定了很难获得尺寸精确的图形结构，随着器件结构尺寸越来越小，其尺寸精度制约了微扬声器的性能，因此，传统电磁式微扬声器结构具有声压低、音质差、工艺兼容性低等缺点。

为此，近年来发展出了硅基电磁式微扬声器。例如，现有的一种硅基电磁式微扬声器，使用悬臂梁支撑的硅基薄膜代替传统电磁式微扬声器结构的柔软聚合物薄膜，悬臂梁以及振动薄膜均采用硅材料，硅的刚度大，且密度较低，通过对悬臂梁结构的优化设计，使得该结构在音频范围内只有三个振动模态，远低于传统聚合物薄膜振动模态数，减少甚至消除了尖声信号，提高了扬声器声音质量。在电磁力驱动下，悬臂梁支撑的硅基薄膜沿垂直方向振动，即活塞式振动模式，与鼓膜式振动微扬声器结构相比，活塞式振动模式下的悬臂梁结构可以获得更大的振动自由度，产生更大声压。因此，硅基电磁式MEMS微扬声器相比传统电磁式微扬声器具有更好的频响特性。

如图1所示，是一种硅基电磁式扬声器结构的切面图。它是采用烧结型钐钴磁体制作的动铁式微扬声器，该结构包括三个部分，首先是基于MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem，微机电系统)工艺在SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)硅片100上制作悬臂梁结构101及硅基薄膜102，如图2和图3所示；其次是定制的烧结型钐钴永磁体(或称为钐钴磁铁)103；最后是在PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)上制作金属线圈104例如铜线圈。当铜线圈有交流电流通时，线圈与磁铁之间产生的洛伦兹力，磁体带动硅基薄膜整体沿垂直方向振动，引起空气振动，产生声音。

目前常见的硅基电磁式MEMS微扬声器，在原理、结构上，都是利用在音频交流信号的作用下，永磁体与线圈产生洛伦兹力而使扬声器工作的。其中，永磁体也称为磁钢，通常采用强磁的钕铁硼材料制成。

实践发现，强磁的钕铁硼材料容易氧化，需要制作防氧化保护层，而且工艺上也有较高要求，制作会有一定的困难。

发明内容

本发明实施例提供一种硅基MEMS微扬声器，用于解决现有的硅基MEMS微扬声器因采用磁钢所带来的上述技术问题，以有利于实现硅基MEMS微扬声器的无磁化、平面化、超薄化。

本发明提供的一种硅基MEMS微扬声器，包括：硅基支撑构件，硅振膜，以及连接所述硅基支撑构件和所述硅振膜的弹性连接构件，所述硅振膜的一侧设置有音圈振膜线圈，所述硅基支撑构件的一侧设置有驱动线圈，所述音圈振膜线圈和所述驱动线圈通过相互作用使所述硅振膜运动而发声。

在一种可选的实施方式中，所述音圈振膜线圈和所述驱动线圈为同轴线圈，即两者的轴线相同，或者说两者的轴线在同一条直线上。

在一种可选的实施方式中，所述硅基支撑构件安装在印制电路板PCB上，且所述驱动线圈具体设置在所述PCB上。且所述PCB上可开设有声学孔。

在一种可选的实施方式中，所述驱动线圈为采用蚀刻工艺形成在所述PCB上的单层线圈或多层线圈，且为多层线圈时，所述多层线圈的任意层在通电时产生方向一致的磁场。

在一种可选的实施方式中，所述音圈振膜线圈为采用光刻蚀工艺进行平面刻蚀形成在所述硅振膜上的单层线圈或双层线圈，且为双层线圈时，所述双层线圈分别形成在所述硅振膜的两面。

在一种可选的实施方式中，所述的硅基MEMS微扬声器，还包括：用于所述驱动线圈的专用驱动电路，所述专用驱动电路为以下驱动电路中的一种：直流驱动电路，音频交流驱动电路，直流与音频交流混合驱动电路，音频全波整流驱动电路，以及直流与音频全波整流混合驱动电路。

在一种可选的实施方式中，所述弹性连接构件包括连接于所述硅基支撑构件和所述硅振膜之间的波纹状悬梁。

在一种可选的实施方式中，所述弹性连接构件包括多条连接臂，所述多个条连接臂均匀分布并连接于所述硅基支撑构件和所述硅振膜之间。

在一种可选的实施方式中，所述硅基支撑构件，所述硅振膜，以及所述弹性连接构件通过加工硅片由单一部件构成。

由上可见，本发明一些可行的实施方式中，提供一种硅基MEMS微扬声器。与现有的硅基电磁式MEMS微扬声器采用在音频交流信号的作用下，永磁体与线圈产生洛伦兹力而使扬声器工作的原理不同的是，本发明对硅基电磁式MEMS微扬声器进行了改进，采用载流线圈间相互作用的方式发声，而不采用磁钢，是一种非磁钢系统MEMS微扬声器。

本发明方案继承了硅基电磁式MEMS微扬声器频响特性较好的特点，并去除了占体积较大的磁钢部分，简化了制作工艺，且进一步的，易于实现无磁化、平面化、超薄化，具有良好的发展前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是现有的一种硅基电磁式扬声器的结构的切面图；

图2是现有的硅基电磁式扬声器的悬臂梁结构及硅基薄膜的正面示意图；

图3是现有的硅基电磁式扬声器的悬臂梁结构及硅基薄膜的反面示意图；

图4-1是精确模型直角坐标解析图；

图4-2是共轴精确模型直角坐标系解析图；

图4-3是共轴近似模型直角坐标系解析图；

图5是本发明一个实施例提供的一种硅基MEMS微扬声器的结构示意图；

图6是本发明一个实施例中多层线圈的连接示意图；

图7-1是LM386功率放大电路；

图7-2是直流驱动波形图；

图7-3是音频交流驱动波形图；

图7-4是三极管共射放大电路；

图7-5是直流与音频交流混合驱动波形；

图7-6是直流与音频交流混合驱动电路图；

图7-7是音频全波整流驱动波形图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种硅基MEMS微扬声器，用于解决现有的硅基MEMS微扬声器因采用强磁钕铁硼材料的磁钢所带来的，需要制作防氧化保护层，工艺要求较高，制作困难等技术问题。

如图1至3所示，现有的一种硅基电磁式MEMS微扬声器，采用悬臂梁结构，该结构由钐钴磁体、硅基薄膜以及PCB板上金属线圈组成，使用悬臂梁结构支撑的硅基薄膜代替传统电磁式微扬声器结构的柔软聚合物薄膜，因为硅的刚度大且密度低，相较于传统电磁式扬声器的鼓膜式振动，活塞式振动的扬声器振动模态在音频范围内大大减少，减少了尖声信号的出现，提高了扬声器声音的质量，而且硅基薄膜振动幅度大、线性度高，可以达到较高的扬声器声压，该器件的制作使用SOI片基于MEMS工艺实现，有利于批量化生产。

本发明实施例提供的硅基MEMS微扬声器，是对现有硅基电磁式MEMS微扬声器的改进，以兼容现有的硅基电磁式MEMS微扬声器的制作工艺，并继承硅基电磁式MEMS微扬声器频响特性较好的特点。本发明实施例提供的硅基MEMS微扬声器，采用载流线圈间相互作用的方式发声，是一种非磁钢系统MEMS微扬声器，易于进一步实现无磁化、平面化、超薄化。

下面，首先对载流线圈间相互作用的原理进行说明，其次介绍基于该原理设计的硅基MEMS微扬声器的结构，最后对载流线圈的驱动电路进行说明。

1、原理分析及计算

1.1、载流密绕线圈精确模型

载流线圈组的建模与仿真是非磁钢系统扬声器的设计基础。这里，假设载流线圈组为两密绕平面线圈。两密绕平面线圈通以同方向的电流时，二者受力表现为相吸的作用，若通以反方向的电流时，二者表现为相斥的力的作用，若通以交变的电流，则其相应的作用力也随交变的电流的变化而变化，这就是非磁钢系统平面扬声器的基本物理原理。根据此物理原理进行数学建模，则可为产品设计的实际实现提供坚实的理论支撑。载流线圈的结构如图4-1所示，将线圈置于原点和线圈在XOZ平面投影的中心重合的空间直角坐标系中。线圈的半径为R，线宽为d，每一圈的间距为Δd，圈数为N。在实际应用中，涡旋线圈多为无缝密绕，Δd趋近于零，即Δd→0。将具有一定线宽的载流线圈中的电流I近似为线圈截面中心通过，假设线圈均匀密绕，即可确定涡旋线圈上每点电流元的解析坐标为P＝(Rcosθ,d×θ/2π,Rsinθ)，其中θ∈(0,2πN)。

1.2、共轴载流密绕线圈精确模型

将两个共轴载流密绕线圈如图4-2平行摆放，以对称中心为原点，线圈中心连线为y轴，线圈起绕点径向为x轴建立空间直角坐标系。

其中，假设图中左侧的线圈1的半径为R₁，线宽为d₁，圈数为N₁，右侧的线圈2的半径为R₂，线宽为d₂，圈数为N₂，两线圈相距a，分别通以I₁、I₂的电流。P₁、P₂分别为线圈1和线圈2上电流元所在的坐标，其中θ_i∈(0,2πN_i)：

1.3、磁场分布与磁力精确解析表达式计算

如图4-2所示，在P₁、P₂处各取电流元运用毕奥-萨伐尔(Biot-Savart)定律及空间向量积分，可求得空间中任意一点P(x₀,y₀,z₀)处的磁感应强度。

线圈1在P点处产生的磁感应强度如式(3)所示：

线圈2在P点处产生的磁感应强度如式(4)所示：

其中r₁、r₂分别为P点到P₁、P₂的距离：

综上，P点处的磁感应强度大小为

对载流线圈2进行受力分析，其处于载流线圈1产生的磁场中。根据安培力的计算公式当P(x₀,y₀,z₀)点满足线圈2的参数方程时，在P处取电流元P处的磁感应强度如式(3)所示。运用空间向量积分，可求得线圈2的受力，如式(6)所示。

1.4、共轴载流密绕线圈近似模型

当R_i远大于d_i时，d_i/R_i→0，即可将θ∈(2πn,2π(n+1))内线圈在y方向的增量忽略不计，对精确模型进行近似处理，看成原点均在y轴，且所在平面与XOZ平面平行的，y轴坐标递进的同心圆组，如图4-3所示，建立近似模型，便于计算。P₁、P₂在线圈1和线圈2上电流元所在的坐标分别变为式(7)所示，其中n₁∈(0,N₁-1)，n₂∈(0,N₂-1)，θ₁∈(0,2π)，θ₂∈(0,2π)：

因此，基于近似模型的线圈的磁场分布即磁力表达式为：

由于解析表达式中存在椭圆积分，难以求出B和F积分运算后的精确表达式，故对上述模型的各参数取一组特殊值，运用MATLAB软件可对磁场空间分布和受力进行数值仿真分析和作图。对此这里从略不作讨论。

2、非磁钢系统硅基MEMS微扬声器的结构

请参考图5，是本发明一个实施例提供的一种硅基MEMS微扬声器的结构示意图。所述硅基MEMS微扬声器可包括：硅基支撑构件501，硅振膜502，以及连接所述硅基支撑构件501和所述硅振膜502的弹性连接构件503，特别的，所述硅振膜502的一侧设置有音圈振膜线圈504，所述硅基支撑构件501的一侧设置有驱动线圈505，所述音圈振膜线圈504和所述驱动线圈505通过相互作用使所述硅振膜运动而发声。

可见，本发明实施例的硅基MEMS微扬声器，不再采用磁钢，而是采用双线圈，以其中一个线圈即驱动线圈505来代替磁钢。双线圈中，音圈振膜线圈504设置在硅振膜502上，可以带动硅振膜502运动；驱动线圈505则设置在硅基支撑构件501的一侧，例如可以直接设置在硅基支撑构件501上，或者，当硅基支撑构件501安装在印制电路板(PCB)506上，所述驱动线圈505可以具体设置在所述PCB506上。

所述PCB506上具有金属层510，所述驱动线圈505可与所述金属层510连接，信号可通过金属层510输入给驱动线圈505。并且，所述音圈振膜线圈504也可以与所述金属层510连接，信号可通过金属层510输入给音圈振膜线圈504。

所述音圈振膜线圈504和所述驱动线圈505最好相互平行且为共轴线圈，即所述音圈振膜线圈504和所述驱动线圈505的轴线在同一条直线上，以保证受力及运动的均衡性。

在扬声器系统中，音圈振膜线圈504属常用的设计。本发明实施例中，所述音圈振膜线圈采用平面线圈，可以为采用光刻蚀工艺进行平面刻蚀形成在所述硅振膜上的单层线圈或双层线圈，且为双层线圈时，所述双层线圈分别形成在所述硅振膜的两面，且所述双层线圈产生方向一致的磁场。容易理解，所述音圈振膜线圈504还可采用现有技术的其它设计方案，本文对此不再详述。需要说明的是，所述音圈振膜线圈504采用平面线圈，有利于扬声器产品的平面化、超薄化的发展趋势。

本发明实施例中，所述驱动线圈505需专门设计，优选采用平面线圈，该平面线圈可以通过采用蚀刻工艺形成在所述PCB506上，其中，所述的蚀刻工艺是常用的PCB加工工艺，其加工步骤包括贴膜、曝光、显影、蚀刻等，本文对此不再详述。一些实施例中，所述驱动线圈为采用蚀刻工艺形成在所述PCB上的单层线圈；另一些实施例中，所述驱动线圈为采用蚀刻工艺形成在所述PCB上的多层线圈，当采用多层线圈时，多层线圈的联接必须磁场方向一致，换句话说，多层线圈的任意层在通电时需要产生方向一致的磁场。本发明实施例中，所述驱动线圈优选采用多层线圈，以产生更高的磁场强度。请参考图6，是本发明一个实施例中，多层线圈的连接示意图，图中示出了多层线圈中的两层，其中，第一层线圈采用逆时针方向缠绕，第二层线圈则采用顺时针方向缠绕，当为更多层时，连接原理相同。

在本发明一些实施例中，硅基支撑构件501，硅振膜502，以及弹性连接构件503，可以采用类似如图1至3中所示的结构。并且，优选的，硅基支撑构件501，硅振膜502，以及弹性连接构件503可以通过加工硅片由单一部件构成，这种一体化的设计可以降低后续产品的组装复杂度，提高产品可靠性。

在本发明一些实施例中，所述弹性连接构件501可以包括多条连接臂，所述多个条连接臂均匀分布并连接在所述硅基支撑构件和所述硅振膜之间。所述多条连接臂例如可以使四条，成对对称设置。

在本发明另一些实施例中，所述硅基支撑构件和所述硅振膜可以采用波纹连接,如图5所示，所述弹性连接构件501可以包括连接于所述硅基支撑构件和所述硅振膜之间的波纹状悬梁。波纹状悬梁512为平滑的曲线结构，应力分布均匀，可以减少或避免因应力集中造成的弹性连接构件501变形或破裂的问题。

在本发明一些实施例中，包括硅基支撑构件501，硅振膜502，以及弹性连接构件503在内的整个硅基结构，可以被整个安装在PCB506上，通常，可以在PCB506上对应于硅振膜502的区域开设一个或多个声学孔507，该声学孔507用于连通硅基MEMS微扬声器的声腔与外界，所述的声腔是指硅基支撑构件501，硅振膜502，以及PCB506所围合的空间。

本发明实施例中，整个硅基结构可以采用SOI硅片来制作，这样，硅基支撑构件501包括以下几个部分：硅507，绝缘层508，二氧化硅(SIO2)层509。

如图5所示，硅基MEMS微扬声器还可以包括有驱动器511，专门用于驱动所述驱动线圈505，该驱动器511例如可以采用集成功放芯片LM386或者其它具备类似功能的芯片，驱动器511可以安装在PCB506上。

由上所述，本发明实施例的硅基MEMS微扬声器在结构设计中，重要的部分是两个线圈的设计，能够运动的是：音圈振膜线圈，它可以是单层的，也可以是双层的；另一个是驱动线圈，它可以是单层的，也可以是多层的，但多层线圈的联接必须磁场方向一致。音圈振膜线圈设计属常用的设计，专用驱动线圈则应单独设计。

有别于现有扬声器利用在音频交流信号的作用下，永磁体与线圈产生洛伦兹力(安培力)而使扬声器工作的原理，本发明实施例对硅基电磁式MEMS微扬声器进行改良，去除占体积较大的磁钢部分，采用载流线圈间相互作用的方式运动而发声，有利于产品的超薄化、平面化和无磁化。并且，本发明技术方案可以兼容现有硅基电磁式MEMS微扬声器的制作工艺，并继承硅基电磁式MEMS微扬声器频响特性较好的特点。

3、驱动电路设计

针对非磁钢系统硅基MEMS微扬声器所特有的结构，与之相应的专用驱动电路需要进行单独的设计。本发明的硅基MEMS微扬声器，实为四端口器件，包括两个信号端和两个接地端，与传统的功放驱动电路相比，需要增加一个输出端口。另外，在正常驱动音圈振膜线圈的同时，还需要对底部代替磁钢的驱动线圈进行驱动。该驱动线圈可有多种驱动方式，经过驱动之后产品的实际声学、热学参数等都是各不相同的，需要进行实际电路搭建，再经过比较之后选择相对合理的方案。为此，实际应用中，可参考利用现有的集成芯片设计，并可以使用TINApro等软件对多种驱动电路进行仿真设计。

A、音圈驱动方案

在本发明的驱动电路设计中，因其为四端口器件，两端口接地后，剩下的其一端口用来驱动音圈振膜线圈(简称音圈)，另外一端口则用来驱动代替磁钢的驱动线圈。由于音圈振膜线圈是传统扬声器的结构部分，所以对于音圈的驱动方案，完全可以对其不进行任何修改与改进操作，直接采用现成的驱动方案。而在实际应用中，如果欲将普通的扬声器更换成非磁钢系统扬声器，则无需对音圈驱动电路进行改进，仅需要在电路中添加相应的线圈驱动电路即可，与碳纳米管薄膜扬声器等新型扬声器相比，不需要对原有的驱动电路进行修改，实现了原有电路的保留，仅需在原电路基础上进行扩展即可。基于上述分析，为了最终测量时便于查看波形，本发明例如可以采用失真较小且简单的AB类驱动方案，采用参考集成功放芯片LM386进行实现，如图7-1所示。需要说明的是，在实际的应用场合，音圈的驱动电路可以直接使用原设计的电路进行应用，不需要进行另外单独的设计。

B、线圈驱动方案

因为代替磁钢的驱动线圈(简称线圈)属于磁路中固定不动的部分，区别于音圈振膜线圈，该驱动线圈的驱动电路需要进行另外单独的设计。基于使其产生较大磁场并与通以音频信号的音圈相互作用从而发声的目的，本文发明针对几种用于代替磁钢的驱动线圈驱动的方式，设计了非磁钢系统扬声器的专用驱动电路，包括：直流驱动，音频交流驱动，直流与音频交流混合驱动，音频全波整流驱动，以及直流与音频全波整流混合驱动等五种驱动方案。

①直流驱动

通以恒定的直流电流，使线圈产生恒定的磁场，从而代替磁钢，这是最基础且最简易的线圈驱动方案，驱动波形如图7-2所示。驱动线圈在此产生的作用与磁钢完全相同，其能产生磁场的大小数值前面已进行了详细的分析。由仿真结果可得，如要与受话器磁钢产生相同数量级的磁场，驱动线圈需要持续通以稳定的安培级的电流，这对电路的功率输出无疑是一个很大的要求。此外，驱动线圈如果长时间通以安培级的电流，必定会产生较多的热量，从而影响用户的使用体验，甚至使线圈熔断等造成不可逆的损伤。但是，直流驱动方案应是使扬声器样品能产生最大响度的方案。因此，可以对改基本电路进行改进，提出一种折中的，能降低功耗并能最大程度上保证扬声器响度的驱动方案。

②音频交流驱动

通过对音圈驱动信号与直流驱动信号在同一时间的比较分析，如图7-2所示，可以发现，在音圈驱动信号较小或者直接为零时，直流驱动信号并未能将产生的磁场有效地转化成相对应的振膜振动，可以说是对功率的一种浪费。因此，为了达到基本相同的响度，同时降低在响度较低甚至没有时的功耗，可以采用与音圈驱动信号相同的音频信号，经放大之后对驱动线圈进行驱动，从而在有发声需要的时候进行发声，驱动信号图如图7-3所示。

如图7-3所示，在信号正半周，音圈信号与线圈信号均为正，两线圈所通电流同向，产生磁场后线圈间的相互作用表现为吸引力；在信号负半周，音圈信号与线圈信号均为负，两线圈所通电流仍为同向，产生磁场后线圈间的相互作用仍表现为吸引力，本方案从原理上看似是行不通的。但是通过换能器后，振动频率发生了失真，信号相位两者不同了。由于频率失真、信号相位差异等因素的存在，进而实际调节代替磁钢的线圈应该是可行的。

③直流与音频交流混合驱动

本发明一些实施例中，可以采用与所述音圈振膜线圈的驱动信号相同的音频信号，并进行放大，将放大的音频信号加一较小的直流偏置后，再对驱动线圈进行驱动。可以利用三极管共射放大电路，将音频信号加一直流偏置后驱动扬声器，电路如图7-4所示，因信号大小均为正，绝对值原理失效，因此产生与原音频信号频率相同的声波，从而还原原声。基于此设计方案，将线圈驱动信号也加一直流偏置后，把放大后的波形抬高至正值，如图7-5所示，这样便不存在音圈与线圈在信号正半周与负半周均是电流同向相吸从而导致频率加倍的问题。驱动电路如图7-6所示，前级仍采用LM386，而末级采用A类共集电极三极管放大电路，不放大电压，以放大输出电流为最终目的，并且在输出端不加入隔直电容，将放大电路的直流偏置输出用来驱动线圈。对于非磁钢系统扬声器而言，直流与音频交流混合驱动的对象是用以代替磁钢的固定的线圈而不是振动的音圈，即并不是音频信号的发声载体。对于碳纳米管薄膜扬声器，将信号抬高至正值并不会影响原信号负半周信号所产生的振动幅值，因该信号最终将转化为振动，直流信号会被换能器件所滤除，从而提取出交流的部分进行发声。而对于非磁钢系统扬声器，将线圈驱动信号抬高至正值会影响原信号负半周信号所产生的振动幅值，因该信号并不直接转化为振动，而是为音圈振动提供磁场，其直流信号对发声是有贡献的，区别于碳纳米管薄膜扬声器。图7-6直流与音频交流混合驱动电路图。如图7-5所示，在信号负半周，线圈上的驱动信号低于正常的偏置水平，在极值处甚至几乎为零，因此此时产生的磁场是非常弱的，进而使扬声器几乎不发出声音，这样必然对最终发出的声音造成影响。因为正半周发声而负半周几乎不发声，振动在一个周期内不能维持，存在约为半个周期的自由态，因此无法还原与原音频相同的信号，而且随着直流偏置的减小与线圈驱动电路前级放大倍数的增大，该现象会变得更加严重。因此，该电路仍需进一步的改进。

④音频全波整流驱动

如图7-7所示，采用与所述音圈振膜线圈的驱动信号相同的音频信号，并将音频信号经过绝对值处理，即进行精密全波整流后放大，进而驱动线圈产生与音圈驱动信号同步的磁场。首先，与音频交流驱动方案相同，该驱动信号能根据音频的发声要求，有选择地为线圈供电产生磁场，使发出磁场的效率有所提升，并在一定程度上减少线圈的发热。其次，音频信号在正半周和负半周时，线圈处的驱动信号均为正值，不存在音圈与线圈在信号正负半周均是相互吸引进而导致音频失真的问题，而且由于整流信号的傅里叶展开包含直流分量，从有效值的角度来看也提供了一定的直流偏置。再次，在信号负半周时，线圈上的驱动信号由于经过了绝对值处理，能原原本本地反映信号的强度，不存在振动在一个周期内不能维持进而响度降低的问题。可以说，音频全波整流驱动方案是上述音频交流驱动方案的有效的改良版。

⑤直流与音频全波整流混合驱动方案。

可选的，在上述第四种音频全波整流驱动的基础上，还可以再加上一合适的直流偏置，然后再对驱动线圈进行驱动，以达到更好的效果，这就是直流与音频全波整流混合驱动。

以上，本发明实施例针对几种用于代替磁钢的线圈的驱动方式，设计了非磁钢系统扬声器的专用驱动电路，包括：直流驱动，音频交流驱动，直流与音频交流混合驱动，音频全波整流驱动，以及直流与音频全波整流混合驱动等驱动电路，实际应用中可以选中其中的任一种。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

以上对本发明实施例所提供的硅基MEMS微扬声器进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，不应理解为对本发明的限制。本技术领域的技术人员，依据本发明的思想，在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硅基MEMS微扬声器，包括：硅基支撑构件，硅振膜，以及连接所述硅基支撑构件和所述硅振膜的弹性连接构件，其特征在于，所述硅振膜的一侧设置有音圈振膜线圈，所述硅基支撑构件的一侧设置有驱动线圈，所述音圈振膜线圈和所述驱动线圈通过相互作用使所述硅振膜运动而发声。

2.根据权利要求1所述的硅基MEMS 微扬声器，其特征在于，所述音圈振膜线圈和所述驱动线圈为同轴线圈。

3.根据权利要求1所述的硅基MEMS 微扬声器，其特征在于，所述硅基支撑构件安装在印制电路板PCB上，且所述驱动线圈具体设置在所述PCB上。

4.根据权利要求3所述的硅基MEMS 微扬声器，其特征在于，所述驱动线圈为采用蚀刻工艺形成在所述PCB上的单层线圈或多层线圈，且为多层线圈时，所述多层线圈的任意层在通电时产生方向一致的磁场。

5.根据权利要求3所述的硅基MEMS 微扬声器，其特征在于，所述PCB上开设有声学孔。

6.根据权利要求1所述的硅基MEMS 微扬声器，其特征在于，所述音圈振膜线圈为采用光刻蚀工艺进行平面刻蚀形成在所述硅振膜上的单层线圈或双层线圈，且为双层线圈时，所述双层线圈分别形成在所述硅振膜的两面。

7.根据权利要求1至6中任一所述的硅基MEMS 微扬声器，其特征在于，还包括用于所述驱动线圈的专用驱动电路，所述专用驱动电路为以下驱动电路中的一种：直流驱动电路，音频交流驱动电路，直流与音频交流混合驱动电路，音频全波整流驱动电路，以及直流与音频全波整流混合驱动电路。

8.跟进权利要求1至6中所述的硅基MEMS 微扬声器，其特征在于，

所述弹性连接构件包括连接于所述硅基支撑构件和所述硅振膜之间的波纹状悬梁。

9.跟进权利要求1至6中所述的硅基MEMS 微扬声器，其特征在于，所述弹性连接构件包括多条连接臂，所述多个条连接臂均匀分布并连接于所述硅基支撑构件和所述硅振膜之间。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的硅基MEMS 微扬声器，其特征在于，所述硅基支撑构件，所述硅振膜，以及所述弹性连接构件通过加工硅片由单一部件构成。