CN107948903A - 一种mems麦克风测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种MEMS麦克风测试系统。是将芯片直接连接在电路板上，通过锡焊将PAD连接到电路中，可重复性差。本发明包括控制模块、电路模块、芯片模块。控制模块与电路模块连接，控制模块控制电路模块中电荷泵的放大级数，得到不同的输出电压；电路模块与芯片模块互连，为芯片提供稳定的偏置电压；芯片模块的输出信号再返回到电路模块。电路模块包括时钟产生电路、电荷泵电路、输入增益放大电路、输出增益放大电路、三个电容和两个电阻。芯片模块是在电路印刷版的中部开设芯片安装孔，正面设置有多个小尺寸的圆形焊盘，背面设置有多个大尺寸的矩形焊盘，通过电路印刷版盲孔技术连接。本发明具有可重复性强、成本低、方便检测的特点。

Description

一种MEMS麦克风测试系统
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种MEMS(微机电系统，Micro-Electro-Mechanical System)麦克风测试系统。
背景技术
随着微电子技术的发展，MEMS传感器已经成为一个重大的研究领域，主要有，MEMS麦克风传感器、加速度传感器、压力传感器、微流量传感器、微流体传感器、气体传感器等等。作为一个封装好的传感器来说，它包括，传感器芯片以及ASIC电路。其中，随着消费类电子的不断发展，用于语音交互的产品不断增多，MEMS麦克风传感器的市场需求量不断增大，其性能要求也不断提高。MEMS麦克风的结构和MEMS麦克风接口电路的性能对整个麦克风的性能有着重大的影响。这对批量生产的芯片来说，这就需要一个方便、良好的测试系统。
目前主要的测试方式有：
第一种：使用NI公司生产的PXI板卡组成虚拟仪器，搭配LabVIEW可编程软件平台。通过模组化、自动化实现对芯片的测试。
第二种：通过搭建特定的电路，将MEMS芯片安装在电路板上进行测试。
第一种方法，虽然测试系统完备，测试全面，但是价格昂贵，维护成本高，操作较复杂。不适合实验室中研发使用。第二种方法，虽然成本较低，需要我们不断的焊接芯片，效率很低，可重复性很低。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷,本发明提供一种MEMS麦克风测试系统，具有可重复性强、成本低、方便检测的特点。
本发明包括控制模块、电路模块、芯片模块。所述的控制模块与电路模块连接，控制模块控制电路模块中电荷泵的放大级数，得到不同的输出电压；电路模块与芯片模块互连，电路模块中的电荷泵电路为芯片提供稳定的偏置电压；芯片模块的输出信号再返回到电路模块。
所述的电路模块包括时钟产生电路、电荷泵电路、输入增益放大电路、输出增益放大电路、三个电容和两个电阻。
时钟产生电路的输出端与电荷泵电路的时钟输入端连接，电荷泵电路的电压输出端与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端通过第一电容C1接地，并与第二电容C2的一端相接，同时接芯片模块3的电压信号输入端。第一电阻R1与第一电容C1组成低通滤波器，用来滤去右端电路的高频噪音。
输入增益放大电路的信号输入端通过第二电阻R2接地，并通过第三电容C3接地，同时接芯片模块的电压信号输出端；第二电容C2的另一端接输入增益放大电路的信号输出端和输出增益放大电路的信号输入端，输出增益放大电路的信号输出端作为电压输出Vout。
所述的芯片模块包括电路印刷版，电路印刷版的中部开有与麦克风芯片形状匹配的芯片安装孔，麦克风芯片置于芯片安装孔内；电路印刷版的正面设置有3～6个圆形焊盘，背面对应圆形焊盘位置设置有3～6个矩形焊盘，对应的圆形焊盘与矩形焊盘通过电路印刷版盲孔技术连接。麦克风芯片的电压信号输入端和电压信号输出端分别与不同的圆形焊盘连通，对应的矩形焊盘分别与第一电阻R1的一端、输入增益放大电路的信号输入端连接。所述的麦克风芯片采用微机电系统麦克风芯片。
所述的时钟产生电路采用振荡器电路，产生频率为0.5～2khz的时钟信号。
所述的电荷泵电路为将电源电压5v升高到5～15v的升压电路。
所述的第二电阻R2采用对背对背的二极管，与芯片模块内的固有电容形成高通滤波器，滤去麦克风产生的低于20HZ的无用信号。
所述的输入增益放大电路采用源随器，降低电源对晶体管供电的不稳定噪声。所述的输出增益放大电路采用运算放大电路，放大前端电路的输出信号。
本发明中芯片模块与电路模块相连，用于对芯片电信号的接收和传输。电路模块与控制模块相连，控制模块控制电路的选择，以达到与麦克风更兼容的模拟电路。
电路模块中时钟电路与电荷泵电路连接，时钟电路为电荷泵电路提供一定频率的时钟信号，电荷泵电路通过对电源电压逐级的放大，给麦克风芯片提供稳定的偏置电压。麦克风芯片输出接输入增益放大电路，输入增益放大电路是对输出信号的过滤，以及增加输出信号的带负载能力，用于驱动后级的放大电路。输出增益放大电路对输出信号进行放大。电路的PCB板上设有一定数目的PAD，用于与芯片模块连接。
因为麦克风芯片所需的偏置电压需要通过测试来选择最佳的电压。单片机控制开关管的通断，使电荷泵电路的放大级数改变。从而得到不同的恒定电压。
本发明芯片模块采用独立的模块，为一块PCB(印刷电路)板，将背面PAD做的较大是为了可以在背面PAD上涂上导电胶，然后将芯片模块粘合在电路模块的电路板PAD上，这样芯片模块就可以用于多次测试，电路模块也可以重复利用，测试其它的芯片。
附图说明
图1为本发明麦克风测试系统的结构框图；
图2为图1中电路模块示意图；
图3为图1中芯片模块正面示意图；
图4为图1中芯片模块背面示意图；
具体实施方式
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。
如图1所示，一种MEMS麦克风测试系统包括控制模块1、电路模块2、芯片模块3。控制模块1与电路模块2连接，控制模块1控制电路模块2中电荷泵的放大级数，得到不同的输出电压。电路模块2与芯片模块3互连，电路模块中的电荷泵电路为芯片提供稳定的偏置电压。芯片模块3的输出信号再返回到电路模块2。
如图2所示，电路模块2包括时钟产生电路2-1、电荷泵电路2-2、输入增益放大电路2-3、输出增益放大电路2-4、三个电容和两个电阻。
时钟产生电路2-1采用振荡器电路，产生频率为0.5～2khz的时钟信号,时钟产生电路2-1的输出端与电荷泵电路2-2的时钟输入端连接，电荷泵电路2-2为将电源电压5v升高到5～15v的升压电路。电荷泵电路2-2的电压输出端与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端通过第一电容C1接地，并与第二电容C2的一端相接，同时接芯片模块3的电压信号输入端。
第一电阻R1与第一电容C1组成低通滤波器，用来滤去右端电路的高频噪音。
输入增益放大电路2-3的信号输入端通过第二电阻R2接地，并通过第三电容C3接地，同时接芯片模块3的电压信号输出端。
第二电容C2的另一端接输入增益放大电路2-3的信号输出端和输出增益放大电路2-4的信号输入端，输出增益放大电路2-4的信号输出端作为电压输出Vout。
第二电阻R2采用对背对背的二极管，与芯片模块3内的固有电容形成高通滤波器，滤去麦克风产生的低于20HZ的无用信号。
输入增益放大电路2-3采用源随器，降低电源对晶体管供电的不稳定噪声。
输出增益放大电路2-4采用运算放大电路，放大前端电路的输出信号。
如图3和4所示，芯片模块3包括电路印刷版3-1，电路印刷版3-1的中部开有与MEMS麦克风芯片4形状匹配的芯片安装孔3-2，MEMS麦克风芯片4置于芯片安装孔3-2内。电路印刷版3-1的正面设置有3～6个圆形焊盘3-3，背面对应圆形焊盘3-3位置设置有3～6个矩形焊盘3-4，对应的圆形焊盘3-3与矩形焊盘3-4通过电路印刷版盲孔技术连接；MEMS麦克风芯片4的电压信号输入端和电压信号输出端分别与不同的圆形焊盘3-3连通，对应的矩形焊盘3-4分别与第一电阻R1的一端、输入增益放大电路2-3的信号输入端连接。MEMS麦克风芯片4采用常规使用的MEMS麦克风芯片。
将较大的矩形焊盘3-4放置在电路印刷版3-1背面，节约了空间，用电路印刷版盲孔技术避免了焊接连线的带来的影响，例如寄生电阻，寄生电容等。背面采用较大的矩形焊盘3-4，在矩形焊盘3-4上添加导电胶，然后将芯片模块3贴到电路模块2对应的焊盘上，达到简便连接的目的。
本发明提供的MEMS麦克风测试系统，可测试小批量的MEMS麦克风芯片，所采用的系统可重复性很高，只需要更换独立芯片模块，独立芯片模块本身就可以批量的将芯片bonding在印刷电路板上。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述的系统结构，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的任何变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种MEMS麦克风测试系统，包括控制模块(1)、电路模块(2)、芯片模块(3)，其特征在于：所述的控制模块(1)与电路模块(2)连接，控制模块(1)控制电路模块(2)中电荷泵的放大级数，得到不同的输出电压；电路模块(2)与芯片模块(3)互连，电路模块(2)中的电荷泵电路为芯片提供稳定的偏置电压；芯片模块(3)的输出信号再返回到电路模块(2)；
所述的电路模块(2)包括时钟产生电路(2-1)、电荷泵电路(2-2)、输入增益放大电路(2-3)、输出增益放大电路(2-4)、三个电容和两个电阻；
时钟产生电路(2-1)的输出端与电荷泵电路(2-2)的时钟输入端连接，电荷泵电路(2-2)的电压输出端与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端通过第一电容C1接地，并与第二电容C2的一端相接，同时接芯片模块3的电压信号输入端；第一电阻R1与第一电容C1组成低通滤波器，用来滤去右端电路的高频噪音；
输入增益放大电路(2-3)的信号输入端通过第二电阻R2接地，并通过第三电容C3接地，同时接芯片模块(3)的电压信号输出端；第二电容C2的另一端接输入增益放大电路(2-3)的信号输出端和输出增益放大电路(2-4)的信号输入端，输出增益放大电路(2-4)的信号输出端作为电压输出Vout；
所述的芯片模块(3)包括电路印刷版(3-1)，电路印刷版(3-1)的中部开有与麦克风芯片(4)形状匹配的芯片安装孔(3-2)，麦克风芯片(4)置于芯片安装孔(3-2)内；电路印刷版(3-1)的正面设置有3～6个圆形焊盘(3-3)，背面对应圆形焊盘(3-3)位置设置有3～6个矩形焊盘(3-4)，对应的圆形焊盘(3-3)与矩形焊盘(3-4)通过电路印刷版盲孔技术连接；麦克风芯片(4)的电压信号输入端和电压信号输出端分别与不同的圆形焊盘(3-3)连通，对应的矩形焊盘(3-4)分别与第一电阻R1的一端、输入增益放大电路(2-3)的信号输入端连接；所述的麦克风芯片(4)采用微机电系统麦克风芯片。
2.如权利要求1所述的一种MEMS麦克风测试系统，其特征在于：所述的时钟产生电路(2-1)采用振荡器电路，产生频率为0.5～2khz的时钟信号。
3.如权利要求1所述的一种MEMS麦克风测试系统，其特征在于：所述的电荷泵电路(2-2)为将电源电压5v升高到5～15v的升压电路。
4.如权利要求1所述的一种MEMS麦克风测试系统，其特征在于：所述的第二电阻R2采用对背对背的二极管，与芯片模块(3)内的固有电容形成高通滤波器，滤去麦克风产生的低于20HZ的无用信号。
5.如权利要求1所述的一种MEMS麦克风测试系统，其特征在于：所述的输入增益放大电路(2-3)采用源随器，降低电源对晶体管供电的不稳定噪声。
6.如权利要求1所述的一种MEMS麦克风测试系统，其特征在于：所述的输出增益放大电路(2-4)采用运算放大电路，放大前端电路的输出信号。
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