CN108432265A - 差分式mems麦克风 - Google Patents
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Abstract
一种麦克风，其包括：基部；设置在所述基部上的第一微机电系统(MEMS)装置和第二MEMS装置。所述第一MEMS装置具有第一振膜和第一背板，并且所述第二MEMS装置具有第二振膜和第二背板。所述第一MEMS装置和所述第二MEMS装置被设置成，使得正压力使所述第一振膜朝着所述第一背板移动，并且所述正压力同时使所述第二振膜移动离开所述第二背板。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求保护2015年11月19日提交的美国临时专利申请No.62/257,483的权益和优先权，其全部内容通过引用并入于此。
技术领域
本申请涉及麦克风，并且更具体地说，涉及差分式麦克风。
背景技术
不同类型的声学装置已经使用多年。一类装置是麦克风。在微机电系统(MEMS)麦克风中，MEMS管芯包括电路图和背板。MEMS管芯由基板支承并且通过壳体(例如，具有壁的杯或盖)封闭。端口可以延伸穿过基板(针对底部端口装置)或穿过壳体的顶部(针对顶部端口装置)。在任何情况下，声能穿过该端口，移动振膜并且产生背板的变化电位，这样产生了电信号。麦克风被部署在各种类型的装置中，如个人计算机和蜂窝电话。
随着麦克风的操作会出现各类问题。总谐波失真(THD)可以被视为输出信号的失真或非线性水平。如果输入信号可以通过将输出信号与常数值相乘使用该输出信号来进行表示，则可以认为输出信号是线性的。更具体地说，THD可以被定义为信号的所有谐波分量的功率总和与输出信号的基频功率之比。THD越小，麦克风的信号质量就越好。
先前的方法对于降低THD并不总是令人满意，这导致了一些用户对这些先前方法的不满。
发明内容
一般来说，本说明书中描述的主题的一个方面可以按麦克风来具体实施。所述麦克风包括：基部、设置在所述基部上的第一微机电系统(MEMS)装置、以及设置在所述基部上第二MEMS装置。所述第一MEMS装置包括第一振膜和第一背板。所述第二MEMS装置包括第二振膜和第二背板。所述第一MEMS装置和所述第二MEMS装置被设置成，使得正压力使所述第一振膜朝着所述第一背板移动，并且所述正压力同时使所述第二振膜移动离开所述第二背板。
所述主题的另一方面可以按麦克风来具体实施。所述麦克风包括：基部、设置在所述基部上的第一微机电系统(MEMS)装置、以及设置在所述基部上第二MEMS装置。所述第一MEMS装置包括：第一振膜、第一背板、以及支承所述第一振膜和所述第一背板的第一基板。所述第一振膜处于所述第一背板与所述基部之间。所述第二MEMS装置包括：第二振膜、第二背板、以及支承所述第二振膜和所述第二背板的第二基板。所述第二背板处于所述第二振膜与所述基部之间。
所述主题的又一方面可以按麦克风来具体实施。所述麦克风包括：基部、设置在所述基部上的基板、由所述基板支承的第一MEMS装置和第二MEMS装置。所述第一MEMS装置包括第一振膜和第一背板。所述第一振膜处于所述第一背板与所述基部之间。所述第二MEMS装置包括第二振膜和第二背板。所述第二背板处于所述第二振膜与所述基部之间。
前述发明内容仅仅是例示性的，而非以任何方式进行限制。除了上述例示方面、实施方式、以及特征以外，进一步的方面、实施方式、以及特征通过参照附图和详细描述而变清楚。
附图说明
本公开的前述和其它特征根据下面结合附图的描述和所附权利要求书将变得更完全清楚。应当明白，这些附图仅描绘了根据本公开的几个实施方式，并因此，不被视为对其范围的限制，本公开通过使用附图，以附加特征和细节进行描述。
图1包括根据本发明各种实施方式的双MEMS差分式麦克风的侧剖视图；
图2包括根据本发明各种实施方式的双MEMS差分式麦克风的另一示例的框图；
图3包括根据本发明各种实施方式的双MEMS差分式麦克风的一些优点的图形的框图。
在下面的详细描述中，对附图进行说明，其形成了本描述的一部分。在图中，类似符号通常标识类似组件，除非上下文另有规定。在该详细描述、附图、以及权利要求书中描述的例示性实施方式不是旨在进行限制。在不脱离在此提出的主题的精神或范围的情况下，可以利用其它实施方式，并且可以进行其它改变。应当容易地明白，如在此通常描述且在附图中例示的本公开的方面可以按宽泛种类的不同配置来设置、代替、组合，以及设计，其全部明确地进行了设想并且成为本公开的一部分。
具体实施方式
当前方法提供具有改进性能特征的差分式麦克风。在多个方面，设置了两个微机电系统(MEMS)装置(或马达)。第一MEMS装置包括第一振膜和第一背板，并且第二MEMS装置包括第二振膜和第二背板。正压力使将第一振膜移动得更靠近第一背板。该正压力同时使第二振膜移动得更远离第二背板。这样做时，总谐波失真显著降低，并且麦克风的性能得到改善。
下面，参照图1，描述了麦克风100的一个示例。第一MEMS装置102包括第一振膜104和第一背板106，并且第二MEMS装置108包括第二振膜110和第二背板112。引线114将第一MEMS装置102和第二MEMS装置108连接至集成电路116(例如，专用集成电路)。每个MEMS装置102或108还包括MEMS基板117、119，它们分别支承或保持振膜和背板。基板117和119可以由硅构成。
第一MEMS装置102、第二MEMS装置108、以及集成电路116设置在基部或基板118上。在一个示例中，基部118可以是印刷电路板。其它示例也是可以的。第一端口120和第二端口122延伸穿过基部118并且允许声压到达第一MEMS 102和第二MEMS 108。盖子124联接至基部118并且封闭MEMS装置102、108以及集成电路116，从而形成后腔容积126。盖子124可以由任何导电材料构成，如铜、镍、或金，或者由导电材料层构成。
在该示例中，第二MEMS装置108以倒装法连接至基部118并且基部包含导电迹线124，该导电迹线124电连接至MEMS并且允许至ASIC 116的引线114附接和连接。当连接时，第一和第二MEMS装置的振膜和背板以相反的顺序设置，即，其中一个的振膜相对于背板位于顶部，而另一个的振膜相对于其背板位于底部。
应当理解，在没有声压的情况下，每个MEMS装置的背板和振膜隔开相同或大致相同的距离。在操作中，正声压170使第一振膜104如箭头标记172所示移动得更靠近第一背板106(相对于起始位置)。该正压力170同时使第二振膜110如箭头标记174所示移动得更远离第二背板112(相对于开始位置)。这样做时，总谐波失真降低，从而麦克风的性能得到改善。
获得来自两个MEMS装置的信号，并根据每个信号取得差分，从而产生THD显著降低的正弦或近似正弦信号。在该示例中，这可以发生在集成电路116处，但还应理解，该差分可以通过将信号路由至麦克风的外部来获得，并且该差分通过外部电路获得。
下面，参照图2，描述麦克风200的另一示例。第一MEMS装置202包括共同形成第一马达207的第一振膜204和第一背板206，以及包括第二振膜210和第二背板212的第二马达208。引线214将第一马达207和第二马达208连接至集成电路216(例如，专用集成电路)。MEMS装置202还包括公共MEMS基板217，该公共MEMS基板217支承或保持振膜和背板。公共基板217可以由硅构成。
MEMS装置202和集成电路216设置在基部或基板218上。在一个示例中，基部218可以是印刷电路板。其它示例也是可以的。端口220延伸穿过基部218并且允许声压到达MEMS202及其两个马达207和208。盖子224联接至基部218并且封闭MEMS装置202和集成电路216，从而形成后腔容积226。盖子224可以由任何导电材料构成，如铜、镍、或金，或者由导电材料层构成。
应当理解，在没有声压的情况下，每个MEMS装置的背板和振膜隔开相同或大致相同的距离。在操作中，正声压270使第一振膜204如箭头标记272所示移动得更靠近第一背板206。该正压力270同时使第二振膜210如箭头标记274所示移动得更远离第二背板212。这样做时，总谐波失真降低，从而麦克风的性能得到改善。
获得来自两个MEMS装置的信号，并根据每个信号取得差分，从而产生THD显著降低的正弦或近似正弦信号。在该示例中，这可以发生在集成电路216处，但还应理解，该差分可以通过将信号路由至麦克风的外部来获得，并且该差分通过外部电路获得。
下面，参照图3，描述本发明的方法的一些优点的一个示例。这是具有两个MEMS马达或装置320和322的双麦克风。正压力使一个振膜330沿着箭头标记340所示方向朝着其背板332移动，同时相同的正压力使第二振膜334沿着箭头标记342所示方向移动离开其背板336。该一个或多个MEMS装置通过电压Vo偏置。
利用本文所述方法，由第一MEMS装置产生第一曲线302(正压力使该MEMS或马达的振膜朝着其背板移动)，并且由第二MEMS装置产生第二曲线304(正压力使得该MEMS或马达的振膜移动离开其背板)。通过取得输出(在被放大之后)获得差分344，并且这产生波形306。应当理解，所获得的差分是近似正弦的信号返回(输入信号(即，声压)是正弦的)。非线性被取消或基本消除。
应当理解，任何上述示例产生如图3所示的这些结果或类似结果。
在此描述的主题有时例示了包含在不同的其它组件内或与其相连接的不同组件。要明白的是，这样描绘的架构仅仅是示例性的，而事实上，可以实现获得相同功能的许多其它架构。
针对在此实质上使用的任何复数和/或单数术语，本领域技术人员可以针对背景和/或应用在适当时候从复数翻译成单数和/或从单数翻译成复数。为清楚起见，各种单数/多数置换在此可以确切地阐述。
本领域技术人员应当明白，一般来说，在此使用的，而且尤其是在所附权利要求书(例如，所附权利要求书的主体)中使用的术语通常旨在作为“开放式”术语(例如，术语“包括”应当解释为“包括但不限于”，术语“具有”应当解释为“至少具有”，等)。
本领域技术人员还应当明白，如果想要特定数量的所介绍的权利要求列举，则这种意图将明确地在该权利要求中陈述，并且在没有这些列举的情况下，不存在这种意图。例如，为帮助理解，随附权利要求书可以包含使用介绍性短语“至少一个”和“一个或更多个”来介绍权利要求列举。然而，使用这种短语不应被认作，暗示由不定冠词“一”介绍的权利要求列举将包含这种所介绍的权利要求列举的任何特定权利要求限制于仅包含一个这种列举的发明，即使同一权利要求包括介绍性短语“一个或更多个”或“至少一个”以及诸如“一”的不定冠词(例如，“一”通常应当被解释成意指“至少一个”或“一个或更多个”)；其对于使用为介绍权利要求列举而使用的定冠词来说同样保持为真。另外，即使明确地陈述特定数量的所介绍的权利要求列举，本领域技术人员也应当认识到，这种列举通常应当被解释成，至少意指所陈述数量(例如，“两个列举”的裸列举在没有其它修饰语的情况下通常意指至少两个列举，或者两个或更多个列举)。
而且，在使用类似于“A、B、以及C等中的至少一个”的惯例的那些实例中，一般来说，这种句法结构希望本领域技术人员在意义上应当理解这种惯例(例如，“具有A、B、以及C中的至少一个的系统”应当包括但不限于具有单独A、单独B、单独C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、以及/或A、B以及C一起等的系统)。在使用类似于“A、B、或C等中的至少一个”的惯例的那些实例中，一般来说，这种句法结构希望本领域技术人员在意义上应当理解这种惯例(例如，“具有A、B、或C中的至少一个的系统”应当包括但不限于具有单独A、单独B、单独C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、以及/或A、B以及C一起等的系统)。本领域技术人员还应当明白，实际上，呈现两个或更多个另选术语的任何转折词和/短语(无论处于说明书、权利要求书中、还是在附图中)应当被理解成，设想包括这些术语之一、这些术语中的任一个、或者两个术语的可能性。例如，短语“A或B”应当被理解成，包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。而且，除非另外加以指明，使用词语“近似”、“大约”、“大概”、“大致”等意指加或减百分之十。
出于例示和描述的目的，呈现了例示性实施方式的前述描述。不是旨在参照所公开精确形式来排它或进行限制，而是可以根据上述教导进行修改和变型，或者可以根据所公开实施方式的实践来获取。本发明的范围旨在通过随附权利要求书及其等同物来限定。
Claims (20)
1.一种麦克风，该麦克风包括：
基部；
设置在所述基部上的第一微机电系统MEMS装置，所述第一MEMS装置具有第一振膜和第一背板；
第二MEMS装置，该第二MEMS装置设置在所述基部上并且具有第二振膜和第二背板；
其中，所述第一MEMS装置和所述第二MEMS装置被设置成，使得正压力使所述第一振膜朝着所述第一背板移动，并且所述正压力同时使所述第二振膜移动离开所述第二背板。
2.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述第一MEMS装置和所述第二MEMS装置中的一个以倒装法连接至所述基部。
3.根据权利要求1所述的麦克风，所述麦克风还包括延伸穿过所述基部的端口。
4.根据权利要求1所述的麦克风，所述麦克风还包括联接至所述基部并且封闭所述第一MEMS装置和所述第二MEMS装置的盖子，和延伸穿过所述盖子的端口。
5.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述第一MEMS装置联接在所述第二MEMS装置上方。
6.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述第一振膜、所述第二振膜、所述第一背板、以及所述第二背板设置在公共MEMS硅基部上。
7.根据权利要求1所述的麦克风，其中，所述第一振膜和所述第一背板设置在第一MEMS硅基部处，并且所述第二振膜和所述第二背板设置在第二MEMS硅基部上。
8.一种麦克风，该麦克风包括：
基部；
设置在所述基部上的第一微机电系统MEMS装置，所述第一MEMS装置包括：
第一振膜；
第一背板；以及
支承所述第一振膜和所述第一背板的第一基板，
其中，所述第一振膜处于所述第一背板与所述基部之间，以及
设置在所述基部上的第二MEMS装置，所述第二MEMS装置包括：
第二振膜；
第二背板；以及
支承所述第二振膜和所述第二背板的第二基板，
其中，所述第二背板处于所述第二振膜与所述基部之间。
9.根据权利要求8所述的麦克风，其中，所述第二MEMS装置以倒装法连接至所述基部。
10.根据权利要求8所述的麦克风，所述麦克风还包括设置在所述基部上的集成电路。
11.根据权利要求8所述的麦克风，其中，所述第一MEMS装置和所述第二MEMS装置通过引线连接至所述集成电路。
12.根据权利要求8所述的麦克风，其中，来自所述第一MEMS装置的信号和来自所述第二MEMS装置的信号的差分被用于生成所述麦克风的输出。
13.根据权利要求8所述的麦克风，其中，所述基部包括印刷电路板。
14.根据权利要求8所述的麦克风，其中，所述第一基板和所述第二基板由硅构成。
15.一种麦克风，该麦克风包括：
基部；
设置在所述基部上的基板，所述基板保持第一MEMS装置和第二MEMS装置；
所述第一MEMS装置包括：
第一振膜；和
第一背板；
其中，所述第一振膜处于所述第一背板与所述基部之间，以及
所述第二MEMS装置包括：
第二振膜；和
第二背板；
其中，所述第二背板处于所述第二振膜与所述基部之间。
16.根据权利要求15所述的麦克风，其中，所述基部包括印刷电路板，并且其中，所述基板由硅构成。
17.根据权利要求15所述的麦克风，所述麦克风还包括设置在所述基部上的集成电路。
18.根据权利要求15所述的麦克风，所述第一MEMS装置和所述第二MEMS装置通过引线连接至所述集成电路。
19.根据权利要求15所述的麦克风，其中，来自所述第一MEMS装置的信号和来自所述第二MEMS装置的信号的差分被用于生成所述麦克风的输出。
20.根据权利要求15所述的麦克风，所述麦克风还包括延伸穿过所述基部的端口，所述端口允许声压到达所述第一MEMS装置和所述第二MEMS装置。
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180821 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |