CN107948865A - 低功耗麦克风 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低功耗麦克风，包括：电容式麦克风芯片的信号输出端与集成电路芯片的信号输入端电连接，用于根据接收到的声音信号，输出对应的第一电信号；压电式麦克风芯片的信号输出端与集成电路芯片的待机/唤醒端电连接，用于根据接收到的声音信号，输出对应的第二电信号；集成电路芯片用于根据第二电信号处于待机状态或者工作状态；集成电路芯片的偏压信号输出端与电容式麦克风芯片的偏压信号输入端电连接，用于当集成电路芯片处于工作状态时，为电容式麦克风芯片提供偏压信号。本发明实施例提供的技术方案，通过压电式麦克风芯片的输出端的第二电信号控制集成电路芯片处于待机状态或者工作状态，来解决现有技术中，集成电路芯片一直处于工作状态，功耗较大的问题。

Description

低功耗麦克风
技术领域
本发明实施例涉及麦克风技术领域，尤其涉及一种低功耗麦克风。
背景技术
随着近年来可穿戴设备的流行，人们对可穿戴设备的使用越来越频繁。为了保证舒适轻便的用户体验，可穿戴设备的体积被控制得非常小。微电机系统麦克风(MicroElectro Mechanical System Microphone，MEMS)作为可穿戴设备的重要部件，承担着接收声音的任务。
现有技术的MEMS麦克风通常使用电容式麦克风。需要配备集成电路芯片始终对其提供恒定偏压。例如，在声音信号较弱时，集成电路芯片仍旧保持工作，由此带来了不必要的功耗。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种低功耗麦克风，解决了现有技术中，集成电路芯片一直处于工作状态，功耗较大的问题。
本发明实施例提供了一种低功耗麦克风，包括：
电容式麦克风芯片、压电式麦克风芯片和集成电路芯片；
所述电容式麦克风芯片的信号输出端与所述集成电路芯片的信号输入端电连接，用于根据接收到的声音信号，输出对应的第一电信号；
压电式麦克风芯片的信号输出端与所述集成电路芯片的待机/唤醒端电连接，用于根据接收到的声音信号，输出对应的第二电信号，所述集成电路芯片用于根据所述第二电信号处于待机状态或者工作状态；
所述集成电路芯片的偏压信号输出端与所述电容式麦克风芯片的偏压信号输入端电连接，用于当所述集成电路芯片处于工作状态时，为所述电容式麦克风芯片提供偏压信号。
可选的，还包括电源模块，所述电源模块与所述集成电路芯片的电源端电连接，用于为所述集成电路芯片提供电源信号，以使所述集成电路芯片处于关机状态或者开机状态；
所述开机状态包括所述待机状态和所述工作状态；
当所述集成电路芯片处于开机状态时，所述第二电信号使所述集成电路芯片处于所述待机状态或者所述工作状态。
可选的，所述集成电路芯片的接地端和所述压电式麦克风芯片的接地端电连接，且接地。
可选的，所述电容式麦克风芯片包括振膜和背极板，所述振膜和所述背极板分别与所述电容式麦克风芯片的偏压信号输入端和所述电容式麦克风芯片的信号输出端电连接；
所述电容式麦克风芯片用于根据接收到的声音信号，改变所述振膜和所述背极板之间的距离，输出对应的所述第一电信号。
可选的，所述电容式麦克风芯片还包括：
芯片衬底；
设置在所述芯片衬底上的第一绝缘层；
所述振膜设置在所述第一绝缘层上；
设置在所述振膜上的第二绝缘层；
所述背极板设置在所述第二绝缘层上。
可选的，所述压电式麦克风芯片包括设置在衬底上的压电振膜，所述压电振膜用于根据接收到的声音信号，输出对应的所述第二电信号，所述压电振膜与所述衬底之间形成有悬空腔；
设置在所述悬空腔下方的声孔，所述声孔纵向贯穿所述衬底。
可选的，所述压电振膜包括压电材料；
形成在所述压电材料第一表面的第一电极；
形成在所述压电材料第二表面的第二电极。
可选的，当所述电源模块为所述集成电路芯片提供的电源信号对应的电压数值小于供电电压阈值时，所述集成电路芯片处于所述关机状态；
当所述电源模块为所述集成电路芯片提供的电源信号对应的电压数值大于或等于所述供电电压阈值，且所述第二电信号对应的电压数值小于或等于第一控制电压阈值，所述集成电路芯片处于所述待机状态；
当所述电源模块为所述集成电路芯片提供的电源信号对应的电压数值大于或等于所述供电电压阈值，且所述第二电信号对应的电压数值大于或等于第二控制电压阈值时，所述集成电路芯片处于所述工作状态；
当所述电源模块为所述集成电路芯片提供的电源信号对应的电压数值大于或等于所述供电电压阈值，且所述第二电信号对应的电压数值从小于所述第一控制电压阈值变化为大于所述第一控制电压阈值，小于所述第二控制电压阈值时，所述集成电路芯片处于所述待机状态；
当所述电源模块为所述集成电路芯片提供的电源信号对应的电压数值大于或等于所述供电电压阈值，且所述第二电信号对应的电压数值从大于或等于所述第二控制电压阈值变为小于所述第二控制电压阈值，大于所述第一控制电压阈值时，所述集成电路芯片处于所述工作状态；
所述第二控制电压阈值大于所述第一控制电压阈值。
本发明实施例提供的技术方案，通过压电式麦克风芯片的输出端的第二电信号控制集成电路芯片处于待机状态或者工作状态，当声音信号较弱时，集成电路芯片处于待机状态时，不会对电容式麦克风芯片提供偏压，来解决现有技术中，不论外界声音信号的强弱，集成电路芯片一直处于工作状态，对电容式麦克风芯片提供偏压，使得功耗较大的问题。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种低功耗麦克风的结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的一种低功耗麦克风的结构示意图；
图3为本发明实施例二提供的一种电容式麦克风芯片的结构示意图；
图4为本发明实施例二提供的一种压电式麦克风芯片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例提供的一种低功耗麦克风的结构示意图，参见图1，该低功耗麦克风，包括：
电容式麦克风芯片10、压电式麦克风芯片20和集成电路芯片30；电容式麦克风芯片10的信号输出端11与集成电路芯片30的信号输入端31电连接，用于根据接收到的声音信号，输出对应的第一电信号；压电式麦克风芯片20的信号输出端21与集成电路芯片30的待机/唤醒端32电连接，用于根据接收到的声音信号，输出对应的第二电信号，集成电路芯片30用于根据第二电信号处于待机状态或者工作状态；集成电路芯片30的偏压信号输出端33与电容式麦克风芯片10的偏压信号输入端12电连接，用于当集成电路芯片30处于工作状态时，为电容式麦克风芯片10提供偏压信号。
集成电路芯片30示例性的可以选用专用集成电路(ApplicationSpecificIntegrated Circuit，ASIC)。ASIC可以为模拟ASIC或数字ASIC。
需要说明的是，现有技术的MEMS麦克风通常使用电容式麦克风。需要配备集成电路芯片始终对其提供恒定偏压。例如，在声音信号较弱时，集成电路芯片仍旧保持工作，由此带来了不必要的功耗。本发明实施例提供的低功耗麦克风，通过压电式麦克风芯片的输出端的第二电信号控制集成电路芯片处于待机状态或者工作状态，当声音信号较弱时，压电式麦克风芯片的输出端的第二电信号较小，集成电路芯片处于待机状态时，集成电路芯片不会对电容式麦克风芯片提供偏压，当声音信号较强时，压电式麦克风芯片的输出端的第二电信号较大，集成电路芯片处于被唤醒，处于工作状态，集成电路芯片对电容式麦克风芯片提供偏压，来解决现有技术中，不论外界声音信号的强弱，集成电路芯片一直处于工作状态，功耗较大的问题。
实施例二
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供了一种低功耗麦克风，参见图2，该低功耗麦克风包括电容式麦克风芯片10、压电式麦克风芯片20和集成电路芯片30，还包括电源模块40，电源模块40与集成电路芯片30的电源端34电连接，用于为集成电路芯片30提供电源信号，以使集成电路芯片30处于关机状态或者开机状态；开机状态包括待机状态和工作状态；当集成电路芯片30处于开机状态时，第二电信号使集成电路芯片30处于待机状态或者工作状态。
可选的，集成电路芯片30的接地端35和压电式麦克风芯片20的接地端22电连接，且接地。
随着近年来可穿戴设备的流行，人们对可穿戴设备的使用越来越频繁。为了保证舒适轻便的用户体验，可穿戴设备的体积被控制得非常小。由此导致了提供电源信号的电池的体积不得不随之减小。电池的使用时间也相应受到限制。MEMS麦克风作为可穿戴设备的重要部件，承担着接收声音的任务。为了延长麦克风中电源模块的使用时间，需要使用更低功耗的MEMS麦克风。本实施中，采用通过压电式麦克风芯片的输出端的第二电信号控制集成电路芯片处于待机状态或者工作状态，当声音信号较弱时，压电式麦克风芯片的输出端的第二电信号较小，集成电路芯片处于待机状态时，集成电路芯片不会对电容式麦克风芯片提供偏压，当声音信号较强时，压电式麦克风芯片的输出端的第二电信号较大，集成电路芯片处于被唤醒，处于工作状态，集成电路芯片对电容式麦克风芯片提供偏压，减小了麦克风芯片的功耗，来解决现有技术中，将电源模块体积缩小的技术需求。
可选的，参见图3，电容式麦克风芯片10包括振膜13和背极板14，振膜13和背极板14分别与电容式麦克风芯片10的偏压信号输入端和电容式麦克风芯片10的信号输出端电连接；电容式麦克风芯片用于根据接收到的声音信号，改变振膜13和背极板14之间的距离，输出对应的第一电信号。可选的，电容式麦克风芯片还包括：芯片衬底15；设置在芯片衬底15上的第一绝缘层16；振膜13设置在第一绝缘层16上；设置在振膜13上的第二绝缘层17；背极板14设置在第二绝缘层17上。
可选的，参见图4，压电式麦克风芯片20包括设置在衬底23上的压电振膜24，压电振膜24用于根据接收到的声音信号，输出对应的第二电信号，压电振膜24与衬底23之间形成有悬空腔25；设置在悬空腔25下方的声孔26，声孔纵向贯穿衬底。可选的，压电振膜24包括压电材料241；形成在压电材料241第一表面的第一电极242；形成在压电材料第二表面的第二电极243。可选的，在衬底23和压电振膜24之间有绝缘层27，用于支撑压电振膜24。
需要说明的是，压电材料用于根据接收到的声音信号，发生形变，且第一表面和第二表面出现异号电荷，以使第一电极和第二电极之间形成电位差，作为对应的第二电信号。声音信号越强，第二电信号对应的电压值越大。
第一电极和第二电极的材料示例性的，可以选取金属钼。压电材料示例性的，可以选取氮化铝。
可选的，当电源模块为集成电路芯片提供的电源信号对应的电压数值小于供电电压阈值时，集成电路芯片处于关机状态；当电源模块为集成电路芯片提供的电源信号对应的电压数值大于或等于供电电压阈值，且第二电信号对应的电压数值小于或等于第一控制电压阈值，集成电路芯片处于待机状态；当电源模块为集成电路芯片提供的电源信号对应的电压数值大于或等于供电电压阈值，且第二电信号对应的电压数值大于或等于第二控制电压阈值时，集成电路芯片处于工作状态；当电源模块为集成电路芯片提供的电源信号对应的电压数值大于或等于供电电压阈值，且第二电信号对应的电压数值从小于第一控制电压阈值变化为大于第一控制电压阈值，小于第二控制电压阈值时，集成电路芯片处于待机状态；当电源模块为集成电路芯片提供的电源信号对应的电压数值大于或等于供电电压阈值，且第二电信号对应的电压数值从大于或等于第二控制电压阈值变为小于第二控制电压阈值，大于第一控制电压阈值时，集成电路芯片处于工作状态；第二控制电压阈值大于第一控制电压阈值。
需要说明的是，电源模块为集成电路芯片提供的电源信号是稳定的直流电压信号。压电式麦克风芯片的信号输出端与集成电路芯片的待机/唤醒端电连接，用于根据接收到的声音信号，输出对应的第二电信号，当集成电路芯片处于开机状态时，第二电信号使所述集成电路芯片处于所述待机状态或者所述工作状态，第二电信号是交流电信号。
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的低功耗麦克风，通过压电式麦克风芯片的输出端的第二电信号控制集成电路芯片处于待机状态或者工作状态，当声音信号较弱时，第二电信号对应的电压数值小于或等于第一控制电压阈值，集成电路芯片处于待机状态；当声音信号变强时，第二电信号对应的电压数值大于或等于第二控制电压阈值时，集成电路芯片处于工作状态；当声音信号由弱变强的过程中，第二电信号对应的电压数值从小于第一控制电压阈值变化为大于第一控制电压阈值，小于第二控制电压阈值时，集成电路芯片处于待机状态；当声音信号由强变弱的过程中，第二电信号对应的电压数值从大于或等于第二控制电压阈值变为小于第二控制电压阈值，大于第一控制电压阈值时，集成电路芯片处于工作状态；集成电路芯片的偏压信号输出端与电容式麦克风芯片的偏压信号输入端电连接，用于当集成电路芯片处于工作状态时，为电容式麦克风芯片提供偏压信号，来解决现有技术中，集成电路芯片一直处于工作状态，即集成电路芯片一直为电容式麦克风芯片提供偏压信号，功耗较大的问题。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种低功耗麦克风，其特征在于，包括：
电容式麦克风芯片、压电式麦克风芯片和集成电路芯片；
所述电容式麦克风芯片的信号输出端与所述集成电路芯片的信号输入端电连接，用于根据接收到的声音信号，输出对应的第一电信号；
压电式麦克风芯片的信号输出端与所述集成电路芯片的待机/唤醒端电连接，用于根据接收到的声音信号，输出对应的第二电信号，所述集成电路芯片用于根据所述第二电信号处于待机状态或者工作状态；
所述集成电路芯片的偏压信号输出端与所述电容式麦克风芯片的偏压信号输入端电连接，用于当所述集成电路芯片处于工作状态时，为所述电容式麦克风芯片提供偏压信号。
2.根据权利要求1所述的低功耗麦克风，其特征在于，
还包括电源模块，所述电源模块与所述集成电路芯片的电源端电连接，用于为所述集成电路芯片提供电源信号，以使所述集成电路芯片处于关机状态或者开机状态；
所述开机状态包括所述待机状态和所述工作状态；
当所述集成电路芯片处于开机状态时，所述第二电信号使所述集成电路芯片处于所述待机状态或者所述工作状态。
3.根据权利要求1所述的低功耗麦克风，其特征在于，
所述集成电路芯片的接地端和所述压电式麦克风芯片的接地端电连接，且接地。
4.根据权利要求1所述的低功耗麦克风，其特征在于，
所述电容式麦克风芯片包括振膜和背极板，所述振膜和所述背极板分别与所述电容式麦克风芯片的偏压信号输入端和所述电容式麦克风芯片的信号输出端电连接；
所述电容式麦克风芯片用于根据接收到的声音信号，改变所述振膜和所述背极板之间的距离，输出对应的所述第一电信号。
5.根据权利要求4所述的低功耗麦克风，其特征在于，
所述电容式麦克风芯片还包括：
芯片衬底；
设置在所述芯片衬底上的第一绝缘层；
所述振膜设置在所述第一绝缘层上；
设置在所述振膜上的第二绝缘层；
所述背极板设置在所述第二绝缘层上。
6.根据权利要求1所述的低功耗麦克风，其特征在于，
所述压电式麦克风芯片包括设置在衬底上的压电振膜，所述压电振膜用于根据接收到的声音信号，输出对应的所述第二电信号，所述压电振膜与所述衬底之间形成有悬空腔；
设置在所述悬空腔下方的声孔，所述声孔纵向贯穿所述衬底。
7.根据权利要求6所述的低功耗麦克风，其特征在于，
所述压电振膜包括压电材料；
形成在所述压电材料第一表面的第一电极；
形成在所述压电材料第二表面的第二电极。
8.根据权利要求2所述的低功耗麦克风，其特征在于，
当所述电源模块为所述集成电路芯片提供的电源信号对应的电压数值小于供电电压阈值时，所述集成电路芯片处于所述关机状态；
当所述电源模块为所述集成电路芯片提供的电源信号对应的电压数值大于或等于所述供电电压阈值，且所述第二电信号对应的电压数值小于或等于第一控制电压阈值，所述集成电路芯片处于所述待机状态；
当所述电源模块为所述集成电路芯片提供的电源信号对应的电压数值大于或等于所述供电电压阈值，且所述第二电信号对应的电压数值大于或等于第二控制电压阈值时，所述集成电路芯片处于所述工作状态；
当所述电源模块为所述集成电路芯片提供的电源信号对应的电压数值大于或等于所述供电电压阈值，且所述第二电信号对应的电压数值从小于所述第一控制电压阈值变化为大于所述第一控制电压阈值，小于所述第二控制电压阈值时，所述集成电路芯片处于所述待机状态；
当所述电源模块为所述集成电路芯片提供的电源信号对应的电压数值大于或等于所述供电电压阈值，且所述第二电信号对应的电压数值从大于或等于所述第二控制电压阈值变为小于所述第二控制电压阈值，大于所述第一控制电压阈值时，所述集成电路芯片处于所述工作状态；
所述第二控制电压阈值大于所述第一控制电压阈值。
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