CN108827449A - 组合式环境压力和声学mems传感器 - Google Patents

组合式环境压力和声学mems传感器 Download PDF

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Abstract

本发明题为：“组合式环境压力和声学MEMS传感器”。本发明公开了一种微机电系统(MEMS)环境压力和声学传感器，该MEMS环境压力和声学传感器包括：具有壳体壁的壳体，该壳体限定内部腔室和至该内部腔室的声学输入开口；移动结构，该移动结构定位在内部腔室内并且以声学方式耦接到声学输入开口。该移动结构具有能够响应于声压输入而移动的声学感测部分和能够响应于环境压力输入而移动的环境压力感测部分。该传感器还包括电路，该电路电耦接到移动结构并且是可操作的以基于移动结构的移动来确定声学输出和环境压力输出。

Description

组合式环境压力和声学MEMS传感器
相关专利申请的交叉引用
本专利申请要求于2017年5月1日提交的待审的美国临时专利申请62/492,821的较早提交日期的权益，该专利申请以引用方式并入本文。
技术领域
本发明的实施方案涉及用于环境压力感测和声学感测的传感器；并且更具体地涉及用于环境压力感测和声学感测的微机电系统(MEMS)感测元件。
背景技术
在现代消费电子产品中，便携式计算设备，诸如膝上型电脑、笔记本、平板电脑、智能电话和便携式钟表不具有足够的空间来容纳相对大的换能器(例如。麦克风、扬声器等)和/或其他传感器(例如，加速度计、气压传感器等)。因此，用于此类设备的换能器和传感器的尺寸变得越来越紧凑并且尺寸减小。然而，换能器和传感器可执行不同的功能(例如，声音拾取、压力感测等)并且通常必须将多于一个信号调节单元或电路结合到用于处理不同信号的设备中。因此，多个不同的换能器、传感器和/或处理单元通常必须被结合到便携式设备中，从而导致产品空间挑战和集成挑战，这些挑战不能通过逐一减小这些部件中的每个部件的尺寸来解决。
发明内容
在一个实施方案中，本发明涉及用于环境压力感测和声学感测的微机电系统(MEMS)感测元件。代表性地，该感测元件可将用于声学感测的MEMS麦克风和用于环境压力感测的环境压力传感器的各个方面组合到使用共享MEMS管芯以用于进行压力感测和声学感测两者的单个感测元件中。例如，该感测元件可包括被设计成响应于针对环境压力感测的低频环境压力变化(例如，移动结构两端的压力差或波动)和针对声学感测的高频声学压力变化两者而移动(例如，振动)的移动结构。更具体地，该移动结构可包括具有一个或多个声学感测部分和一个或多个压力感测部分的MEMS隔膜、膜或其他MEMS板状结构，该声学感测部分响应于对应于或指示声学输入(例如，声音)的压力变化而移动，该压力感测部分响应于对应于或指示环境压力变化(例如，爬楼梯)的压力变化而移动。例如，环境压力变化(例如，低频压力变化)将导致隔膜的环境压力感测部分移动。根据环境压力感测部分(例如，电阻器或电容器)的配置，这种移动可通过电阻或电容变化来检测到，继而可用于确定局部测量压力以用于压力感测。类似地，对声学感测而言，与例如声音对应的小而快速的压力变化(例如，高频压力变化)将移动隔膜的声学感测部分。这种移动还可被检测为例如电容变化并用于声学感测。继而，该移动结构电连接到电路(例如。专用集成电路(ASIC))以用于对来自传感器的一种或多种电信号进行信号调节和处理以用于环境压力感测和声学感测。在这一方面中，通过优化用于高频声学感测和低频压力感测两者的单个MEMS部件，可设计宽带设备，以测量叠加在更慢变化的环境压力信号上的声压变化。此外，由于单个感测元件可执行两个感测操作，因此可解决MEMS技术所面临的生产空间挑战和集成挑战。
更具体地，在一个实施方案中，本发明涉及一种微机电系统(MEMS)环境压力和声学传感器，该MEMS环境压力和声学传感器包括具有壳体壁的壳体，该壳体限定内部腔室和至内部腔室的声学输入开口。该传感器还可包括定位在内部腔室内并且以声学方式耦接到声学输入开口的移动结构。该移动结构可具有能够响应于声压输入而移动的声学感测部分和能够响应于环境压力输入而移动的环境压力感测部分。此外，电路可电耦接至该移动结构并且是可操作的以基于移动结构的移动来确定声学输出(例如，输出音频信号)和环境压力输出(例如，输出指示环境压力变化的信号)。在一些实施方案中，声压感测部分比环境压力感测部分更柔顺。更进一步地，声压感测部分可相对于环境压力感测部分径向地向内。例如，该声学感测部分可包括基本上实心的膜，并且环境压力感测部分可包括从基本上实心的膜径向向外延伸的多个辐条。在其他实施方案中，该声压感测部分可包括定位在第一板和第二板之间的柔顺构件，该第一板和该第二板可相对于该柔顺构件是固定的。在一些实施方案中，该环境压力感测部分可包括压电电阻器。
此外，在一些实施方案中，声压输入可对应于100帕或更低的压力变化。此外，在一些情况下，该环境压力输入对应于大于100千帕的压力变化。在一些实施方案中，该电路是可操作的以基于由声学感测部分相对于壳体内的固定后板的移动而引起的电容变化来确定声学输出。此外，该电路可以是可操作的以基于由环境压力感测部分相对于壳体内的固定后板的移动而引起的电容变化来确定环境压力输出出。在其他实施方案中，该电路可以是可操作的以基于由环境压力感测部分响应于环境压力输入的移动而引起的环境压力感测部分的电阻变化来确定环境压力输出。更进一步地，该电路可一是可操作的以过滤与移动结构的移动对应的信号以确定声学输出和环境压力输出。此外，该环境压力感测部分包括第一可移动板，并且该声学感测部分包括第二可移动板，第一可移动板和第二可移动板共享两者之间的密封体积，并且环境压力输出或声学输出中的至少一者基于密封体积内的压力变化来确定。
在其他实施方案中，本发明涉及一种MEMS环境压力和声学传感器，该MEMS环境压力和声学传感器包括具有壳体壁的壳体，该壳体限定内部腔室和至内部腔室的声学端口。在一些实施方案中，该移动结构定位在内部腔室内并且以声学方式耦接到声学输入开口。该移动结构可具有隔膜部分和从隔膜部分径向向外延伸的压电部分。该隔膜部分能够响应于声压输入而移动，并且压电部分能够响应于环境压力输入而移动。此外，电路可电耦接到移动结构以检测移动结构的移动以用于声学感测和环境压力感测。在一些实施方案中，该压电部分可包括多个辐条，并且辐条中的每个辐条可包括压电电阻器。在本实施方案中，压力感测可包括检测压电电阻器的电阻变化。在附加实施方案中，声学感测可包括检测由隔膜部分相对于壳体内的固定板的移动而引起的电容变化。该声压输入可对应于例如50毫帕至100帕的压力变化。此外，该环境压力输入可对应于100帕至110千帕的压力变化。
在其他实施方案中，本发明涉及一种MEMS环境压力和声学传感器，该MEMS环境压力和声学传感器包括具有壳体壁的壳体，该壳体限定内部腔室和至内部腔室的声学输入开口。移动结构可定位在内部腔室内并且以声学方式耦接到声学输入开口。该移动结构可具有声学感测部分和环境压力感测部分。该声学感测部分可包括定位在第一板和第二板之间的柔顺构件。该柔顺构件能够相对于第一板和第二板移动。该环境压力感测部分可从声学感测部分沿径向向外延伸并且能够相对于壳体移动。更进一步地，电路可电耦接到移动结构以基于移动结构的移动来检测声压输入和环境压力输入。该柔顺构件可包括响应于声学输入而振动的隔膜。在其他实施方案中，该柔顺构件可包括响应于声学输入而变形的可变形聚合物。此外，当隔膜部分响应于声压输入而移动时，该环境压力感测部分可保持在固定位置。在一些情况下，该隔膜构件能够响应于与20Hz或更大的高频输入对应的压力变化而移动。该压电部分可响应于与10Hz或更小的低频输入对应的压力变化而移动。
以上概述不包括本发明的所有方面的详尽列表。可预期的是，本发明包括可从上文概述的各个方面以及在下文的具体实施方式中公开并且在随该专利申请提交的权利要求书中特别指出的各个方面的所有合适的组合而实施的所有系统和方法。此类组合具有未在上述发明内容中具体阐述的特定优点。
附图说明
在附图的图示中通过举例而非限制的方式示出了实施方案，在附图中类似的附图标号指示类似的元件。应当指出的是，在本公开中提到“一”或“一个”实施方案未必是同一实施方案，并且其意指至少一个。
图1为传感器组件的一个实施方案的示意性横截面。
图2为图1的传感器组件的移动结构的一个实施方案的俯视平面图。
图3为图1的传感器组件的移动结构的一个实施方案的横截面侧视图。
图4为图1的传感器组件的移动结构的一个实施方案的横截面侧视图。
图5为图1的传感器组件的移动结构的一个实施方案的横截面侧视图。
图6示出了可实施本发明的实施方案的电子设备的实施方案的构成部件中的一些构成部件的框图。
具体实施方式
以下描述示出了许多具体细节。然而，应当理解，可不需要这些具体细节的情况下来实践本发明的实施方案。在其他情况下，未详细示出已熟知的电路、结构和技术，以免模糊对此描述的理解。
在下面的描述中，参考示出本发明的若干个实施方案的附图。应当理解，其他实施方案也可被利用，并且在不脱离本公开的实质和范围的情况下可进行机械组成改变、结构改变、电气改变、以及操作改变。下面的详细描述不应该被理解为限制性的意义，并且本发明的实施方案的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。
本文中所使用的术语仅仅是为了描述特定实施方案并非旨在对本发明进行限制。空间相关术语，诸如“在……之下”、“在……下方”、“下”、“在……上方”、“上”等可在本文中用于描述的方便，以描述一个元件或特征部与另外一个或多个元件或一个或多个特征部的关系，如在附图中示出的。应当理解，空间相对术语旨在涵盖除了在附图所示取向之外的设备使用或操作过程中的不同取向。例如，如果图中的设备被翻转，则被描述为在其他元件或特征部“下方”或“之下”的元件然后可被取向成在其他元件或特征部“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可涵盖在……上方和在……下方这两个取向。设备可以另外的方式被取向(例如，旋转90度或在其他的取向)，并且在本文中使用的空间相对描述词被相应地解释。
如本文所用，单数形式“一个”(“a”,“an”)和“该”旨在同样包括复数形式，除非上下文另外指出。应当进一步理解，术语“包括”(“comprises”和/或“comprising”)限定了所述特征、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件、和/或其集合的存在或添加。
本文所用的术语“或”以及“和/或”应被解释为包含在内或意指任何一个或任何组合。因此，“A、B或C”或“A、B和/或C”指“以下中的任意一种：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C。”仅当元素、功能、步骤或动作的组合以某种方式固有地互相排斥时，才会出现这个定义的例外。
图1为传感器模块或组件的一个实施方案的示意性横截面。传感器组件100可为包括感测元件104和集成电路(IC)130的组合式环境压力和声学传感器。感测元件104可为适于环境压力感测和声学感测的单个感测单元，并且IC 130(例如，专用集成电路(ASIC))可为适于对对应信号进行处理和/或过滤两者的单个IC芯片。在这个方面中，多个功能(例如，环境压力感测和声学感测)可由单个感测元件执行，并且信号由单个IC处理，从而消除对多个设备执行这些功能中的每个功能的需求。
感测元件104和IC 130可被包封在壳体102的内部腔室或空间114内。壳体102可包括顶壁或顶侧106，底壁或底侧108，以及将顶侧106连接到底侧108的侧壁110。顶侧106，底侧108和侧壁110的组合可限定内部腔室或空间114。在一些实施方案中，顶侧106、底侧108和/或侧壁110中的一者或多者可彼此作为单个单元整体形成。在其他实施方案中，侧面中的一个侧面可由具有形成于其中的电路的基板(例如，印刷电路板)形成。例如，顶侧106和侧壁110可为一个整体形成的结构，例如盖或压盖，该结构被安装到由基板形成的底侧108，以形成传感器组件的各种部件可定位在其内的封闭空间。壳体102还可包括声学端口116。在一些实施方案中，声学端口116可为允许来自围绕壳体102的环境的声音(S)被输入到壳体102内的感测元件104(例如以用于由感测元件104进行的声音拾取)的声学入口端口。然而，应当理解，在其他实施方案中，声学端口116可用作输出端口，例如以从感测元件104向环境或周围环境输出声音。在图1中，声学端口116被示出为被形成在壳体102的底侧108内。在其他实施方案中，声学端口116可被形成在壳体102的顶侧106内。在另外的实施方案中，声学端口116可穿过侧壁110，或壳体102的任何其他部分形成，这允许声音(S)通过声学端口116来输入到感测元件104。
现在具体参见感测元件104，感测元件104可被安装到壳体102的底侧108，使得其声学耦接到声学端口116并且可通过其来接收声音(S)。然而，应当理解，尽管未示出，但感测元件104可被安装或通过其他方式耦接到壳体102的任一侧面，这样允许其声学耦接到或通过其他方式与声学端口116连接。感测元件104可包括由支撑构件122,124悬挂在声学端口116上方的移动结构120。在这一方面中，移动结构120可沿底面或侧面120B面对声学端口116或通过其他方式与声学端口共享体积，并且顶面或侧面120A可面对内部空间114或通过其他方式与其共享体积。换句话讲，移动结构120可将内部空间114分成第一腔室112和第二腔室118。第一腔室112可被视为例如后体积腔室或基准压力腔室(具有已知压力)，在一些实施方案中，其基本上相对于周边环境来密封(或仅具有小渗漏或排气端口)。继而，第二腔室118可被视为经由声学端口116向周围环境开放的前体积腔室，并且在一些实施方案中可从第一腔室112声学隔离或密封。
为了实现如先前所述的环境压力和声学感测两者，移动结构120被配置为响应于声学输入和环境压力输入而移动。例如，在一个实施方案中，移动结构120可包括MEMS隔膜、膜、板等中的一者或多者。例如，移动结构120可包括在MEMS处理操作期间形成的隔膜，或包括聚酯材料的隔膜，膜或板，该聚酯材料诸如聚萘(PEN)、聚氨酯(PU)、或不同材料的层(例如，夹在两个铝层之间的核心层)。在一些情况下，MEMS隔膜、膜、板等的部分可具有不同的顺应性特性，使得一些部分相对顺应并且能够响应于声音输入而移动(例如，用于声音拾取)，而其他部分更具刚性，使得它们仅响应于环境压力输入而移动(例如，用于压力感测)。应当理解，术语“顺应”或“顺应性”旨在指构件或用于形成构件的材料的弹性模量，使得更顺应的构件或材料表示构件或材料相对于较不顺应或“刚性”的材料具有更低弹性模量。例如，对于声学输入诸如声音(S)，对应声压力波可为高频或小的快速压力变化。因此，移动结构120的一部分可具有顺从性和/或结构，其允许其响应于这些小而快速的压力变化而移动(例如振动)，以类似于MEMS麦克风而用于声学感测和声音转导。相反，环境压力输入可例如为相对较大且缓慢的压力变化(例如，低频)，诸如由在其中实现感测元件104的设备的移动所引起(例如在楼梯上行走)造成的压力变化。因此移动结构120也可具有带有顺应性和/或结构的一部分(例如，环境压力感测部分)，其允许其响应于针对环境压力感测的这些低频压力变化而移动。然而，该环境压力感测部分可在声学输入期间保持静止，使得与该部分的移动对应的任何信号输出(例如，环境压力输出)对于环境压力变化而言为特定的。换句话讲，响应于声学输入而移动的部分可被认为比对环境压力输入进行响应的部分更柔顺、更不刚性，或具有更低的杨氏模量。将参考图2-5更详细地描述关于允许环境压力感测和声学感测两者的移动结构的配置和/或结构的附加细节。
感测元件104还可包括任选的后板126。任选的后板126可用于基于电容变化来检测移动结构104的移动。代表性地，后板126可被布置成处于相对于移动结构120的平行和固定的位置。例如，后板126可在移动结构120上方或下方的位置处被连接至支撑构件122,124。在图1中，后板126被示为沿移动结构120(例如在移动结构102上方)的顶侧120A而定位。然而，在其他实施方案中，后板126可沿移动结构120的底侧12B，或顶侧120A和底侧120B两者而定位。后板126和移动结构120可包括导电表面，使得它们形成可变电容器的板。当移动结构120响应于压力输入(例如，声压力变化或环境压力变化)而移动时，两个板之间的空气隙改变，从而导致与压力输入成比例的电容变化，这继而可用于声学感测或环境压力感测。应当指出的是，虽然在图1中示出了后板126，但在一些实施方案中，可省略后板126并且壳体102的壁可用作后板。例如，与移动结构120对准或以其他方式在其上方的顶壁106的一部分可用作用于检测电容变化的后板。
感测组件100还可包括用于处理由感测元件104输出的信号(或多个信号)(例如，声学输出和环境压力输出)的集成电路，诸如定位在壳体102内的专用集成电路(ASIC)130。ASIC 130可被安装到壳体102的底侧108并且通过线132来电连接到感测元件104。如前所述，ASIC 130可用于对由感测元件104输出的环境压力信号和声学信号进行信号调节和/或处理以用于声学感测和环境压力感测。
现在更详细地参考移动结构，图2示出了图1的移动结构的一个实施方案的顶部平面图。代表性地，从该视图可看出移动结构120可包括声学感测部分202和环境压力感测部分204。声学感测部分202可例如基本上类似于MEMS膜，该MEMS膜可以用于MEMS麦克风中，或者在一些情况下用于MEMS扬声器组件中。代表性地，声学感测部分202可为基本上实心且相对柔顺的膜或板。在一些实施方案中，用于受控排气或气压减轻的相对较小的压力或排气口208可被包括在声学感测部分202中。声学感测部分202可被配置为响应于声音输入诸如声音(S)而振动，或以其他方式移动。在这一方面中，声学感测部分202可具有顺应性，使得其将响应于作为声学输入的特性的小的快速压力变化而移动或振动。例如，声学感测部分202可具有顺应性或弹性模量，使得其可响应于与100帕或更小例如50毫帕到100帕的压力变化对应的声学输入而移动(例如，振动)。在另一个示例中，声学感测部分202可具有足以响应于大于10Hz或20Hz或更大的高频声学输入而移动(例如振动)的顺应性。
另一方面，环境压力感测部分204可被配置为对与环境压力变化相关联的较低频率变化和/或较高压力变化进行响应。代表性地，环境压力感测部分204可具有顺应性和/或结构，使得其响应于大于100帕例如高达100千帕最高至110千帕或更大的压力变化，或本来在声学感测部分202对其进行响应的范围之外的压力变化而移动。在另一个示例中，环境压力感测部分204可具有顺应性和/或结构，其足以允许其响应于10赫兹(Hz)或更小的低频输入，或本来在声学感测部分202对其进行响应的范围之外的频率而移动。换句话讲，环境压力感测部分204被认为比声学感测部分202更不柔顺或更刚性例如，环境压力感测部分204具有足够的硬刚性或顺应性，使得其对环境压力输入(例如，低频和/或高压变化)进行响应，但不对声学输入(例如，高频和/或低压变化)进行响应。在这一方面中，声学感测部分202和环境压力感测部分204响应于不同的预先确定的压力变化和/或频率而移动。因此由不同部分输出的对应电信号可通过ASIC滤波，或以其他方式处理，以使用单个移动结构120来确定声学输出和环境压力输出或测量。
例如，在一些实施方案中，声学输出或环境压力输出信号可为由于可用于确定声学和/或环境压力的声学感测部分202和/或环境压力感测部分204的移动而导致的电阻和/或电容变化。代表性地，在一个实施方案中，声学感测部分202为可变电容器的一部分，使得移动导致可作为一个信号被输出到ASIC的电容变化。另一方面，环境压力感测部分204的移动可被检测为电阻或电容变化，并将对应的信号输出至ASIC。然后可由ASIC对该信息进行处理(例如滤波)以用于声学感测和环境压力感测。
例如，对于基于环境压力感测部分204的电阻变化的环境压力感测而言，环境压力感测部分204可包括从声学感测部分202径向向外延伸的多个臂或辐条状构件204A,204B,204C和204D。臂或辐条状构件204A-204D还可包括相对于声学感测部分202增大环境压力感测部分204的刚性并在环境压力感测部分204移动时改变电阻的弹簧206A,206B,206C和206D。例如，弹簧206A-206D可为嵌入或以其他方式连接至形成声学感测部分202的结构(例如，膜)的延伸部分(臂或辐条状构件)的压电电阻器。压电电阻器可充当响应于环境压力输入而弯曲并导致电阻变化的应变仪。然后电阻变化可由ASIC进行处理以用于环境压力感测。
在一个示例性实施方案中，声学感测部分202经由导线132来将信号输出到ASIC(参见图1的ASIC 130)，并且环境压力感测部分20经由另一条导线1324来将信号输出到ASIC。继而，这些信号中的每个信号可由ASIC过滤和/或处理，以在给定时间提供声音输出和/或对环境压力的测量。此外，在其他实施方案中，与整个频率范围对应的信号可被输出到ASIC，并且ASIC可处理信号以确定环境压力(例如，低频输出)和声音拾取(例如，高频输出)。
图3示出了具有声学感测部分和环境压力感测部分的移动结构的一个实施方案的横截面侧视图。例如，图3的移动结构可为先前参照图1和图2所讨论的移动结构120的横截面图。代表性地，如前所述，移动结构120包括声学感测部分202和环境压力感测部分204。从该视图可看出，声学感测部分202可包括由MEMS膜，膜和/或板构成的堆叠。例如，声学感测部分202可包括夹在第一基准压力板304和第二基准压力板306之间的柔顺构件或板302。第一基准压力板和第二基准压力板304,306可相对于板302固定。然而，如前所述，柔顺板302可响应于声学输入(例如，小的快速压力改变)相对于板304,306移动(如箭头310所示)以用于声学感测。因此，可相对于固定的第一基准压力板和第二基准压力板304,306中的一者或两者来测量由于柔顺板302的移动而导致的电容变化。进一步应当理解的是，尽管公开了第一基准压力板和第二基准压力板304,306两者，但在一些实施方案中，可仅提供一个基准板。
此外，在一些实施方案中，柔顺板302可包括响应于声学输入而变形的可变形聚合物。可变形聚合物可响应于声学输入与环境压力输入而以不同方式变形。例如，响应于环境压力输入，可变形聚合物可导致将直流信号(DC)输出到ASIC，同时响应于声学输入而输出交流电(AC)信号。然后可通过ASIC来处理这些信号以确定声学变化或环境压力变化。作为另外一种选择，可变形聚合物和基准压力板304,306之间发生的变形程度和/或电容变化可用于声学感测。
环境压力感测部分204可如图所示从声学感测部分202径向向外延伸。在一些实施方案中，环境压力感测部分204可包括如前文参照图2所讨论的用于检测移动的压电电阻器。此外，在一些实施方案中，由于环境压力感测部分204在箭头312的方向上的移动而导致的电容变化可用于检测或测量环境压力。代表性地，环境压力感测部分204相对于绝对基准板308(相对于环境压力感测部分204固定)的移动可导致可用于环境压力感测的两个板之间的电容变化。在一些实施方案中，绝对基准板308可为后板126的一部分或前面参考图1所述的壳体102的顶壁106的一部分。
图4示出了具有声学感测部分和环境压力感测部分的移动结构的另一个实施方案的横截面侧视图。例如，图4的移动结构可为先前参照图1所讨论的移动结构120的横截面图。代表性地，移动结构120可包括响应于声学输入和/或环境压力输入而在箭头408的方向上移动的声学感测部分402和环境压力感测部分404，如前所述。然而，从本视图可看出，声学感测部分402为顶部MEMS膜、膜和/或板，并且环境压力感测部分404为底部MEMS膜、膜和/或板。声学感测部分402和环境压力感测部分404在两者之间包含具有已知基准压力的密封体积406。在这一方面中，压力变化(例如环境压力输入)越大，部分402和404移动得越靠近一起。换句话讲，部分402和404的移动程度响应于较低的压力变化(例如，声学输入)而更小。在这一方面中，密封体积406内的压力变化可用于确定声学变化或环境压力变化。代表性地，部分402,404将响应于高压力变化(例如环境压力变化)比响应于低压力变化(例如声学输入)移动得更靠近在一起并且引起密封体积406内的更大的压力增加。于是，与密封体积406内的已知的基准压力相比的密封体积406内的压力变化的大小或程度可用于区分并确定部分402,404响应于声学输入或环境压力输入的移动并用于声学感测和环境压力感测。
图5示出了用于声学和环境压力感测的移动结构的另一个实施方案的横截面侧视图。例如，图5的移动结构可为先前参照图1所讨论的移动结构120的横截面图。代表性地，在本实施方案中，移动结构120可包括单个膜或隔膜502，其中通气孔或其他类似的放气口(诸如先前结合图2所述)被省略或以其他方式闭合。省略隔膜502中的排气口或放气口允许隔膜响应于声学输入(例如，高频输入)和环境压力输入(例如低，频输入)两者而在箭头506的方向上移动。换句话讲，隔膜502将响应于小而快速的压力变化(例如，高于10Hz的声音输入)而移动并且还响应于低频环境压力变化(例如，低于10Hz的输入)而移动。可由移动所检测到的对应的整个频率范围然后通过ASIC输出和过滤，以使用同一移动结构120来确定环境压力(例如，低频)和声音拾取(例如，高频)。
图6示出了可在其中实现本文所述声学和环境感测元件的电子设备的一个实施方案的简化示意图。例如，便携式电子设备为可包括由电子设备600示出的电路中的一些或全部电路的系统的示例。
电子设备600可包括例如电源602、存储装置604、信号处理器606、存储器608、处理器610、通信电路612、以及输入/输出电路614。在一些实施方案中，电子设备600可包括每种电路部件中的多于一个电路部件，但为了简化起见，仅在图6中示出每种部件中的一个部件。此外，本领域的技术人员应当理解，某些部件的功能可被合并或省略，并且未在图1至图5中示出的附加部件或更少的部件可被包括在例如便携式设备中。
电源602可向电子设备600的部件供电。在一些实施方案中，电源602可被耦接到电网，诸如例如壁装电源插座。在一些实施方案中，电源602可包括用于向耳机、头戴式耳机或与头戴式耳机相关联的其他类型电子设备供电的一个或多个电池。又如，电源602可被配置为从天然源(例如，使用太阳能电池的太阳能)生成电力。
存储装置604可包括例如硬盘驱动器、闪存存储器、高速缓存、ROM和/或RAM。另外，存储装置604可为本地的和/或远离电子设备600。例如，存储装置604可包括集成存储介质、可移除存储介质、在远程服务器上的存储空间、无线存储介质、或它们的任何组合。此外，存储装置604可存储数据，诸如例如系统数据、用户简档数据、以及任何其他相关数据。
信号处理器606可为例如用于实时处理数字信号的数字信号处理器，该数字信号由例如输入/输出电路614从模拟信号转换。在数字信号的处理已完成之后，该数字信号可然后被转换回到模拟信号。
存储器608可包括任何形式的临时性存储器诸如RAM、缓冲器、和/或高速缓存。存储器608还可被用于存储用于操作电子设备应用程序(例如，操作系统指令)的数据。
除了信号处理器606之外，电子设备600可另外包含通用处理器610。处理器610能够解译系统指令并处理数据。例如，处理器610能够执行指令或程序，诸如系统应用程序、固件应用程序、和/或任何其他应用程序。另外，处理器610具有执行指令以便与电子设备600的任何或全部部件进行通信的能力。例如，处理器610可执行被存储在存储器608中的指令，以启用或禁用ANC。
通信电路612可为可操作以引发通信请求、连接到通信网络和/或向通信网络内的一个或多个服务器或设备传输通信数据的任何合适的通信电路。例如，通信电路612可支持Wi-Fi(例如，802.11协议)、高频系统、红外、GSM、GSM加EDGE、CDMA、或任何其他通信协议中的一者或多者、和/或它们的任何组合。
输入/输出电路614可将模拟信号和其他信号(例如，物理接触输入、物理移动、模拟音频信号等)转换(并且如有必要，编码/解码)为数字数据。输入/输出电路614还可将数字数据转换为任何其他类型的信号。数字数据可被提供至处理器610、存储装置604、存储器608、信号处理器606或电子设备600的任何其他部件，并可从上述部件接收。输入/输出电路614可被用于与任何合适的输入或输出设备诸如麦克风、扬声器等进行接口连接。此外，电子设备600可包括与输入设备相关联的专用输入电路，诸如例如一个或多个接近传感器、加速度计等。电子设备600还可包括与输出设备相关联的专用输出电路，诸如例如一个或多个扬声器、耳机等。
最后，总线616可提供用于向处理器610、存储装置604、存储器608、通信电路612和被包括在电子设备500中的任何其他部件传输数据、从这些部件传输数据或者在这些部件之间传输数据的数据传输路径。虽然总线616在图6中被示为单个部件，但是本领域的技术人员应当理解电子设备600可包括一个或多个部件。
虽然附图中描述并且示出了某些示例性实施方案，但应当理解，此类实施方案仅为示例性的并对广义发明不具有限制性，并且本发明不限于所示和所述的具体构造和布置，因为本领域的普通技术人员可进行各种其他修改。因此，要将描述视为示例性的而非限制性的。

Claims (25)

1.一种微机电系统(MEMS)环境压力和声学传感器，包括：
具有壳体壁的壳体，所述壳体限定内部腔室和至所述内部腔室的声学输入开口；
移动结构，所述移动结构定位在所述内部腔室内并且以声学方式耦接到所述声学输入开口，所述移动结构具有能够响应于声压输入而移动的声学感测部分和能够响应于环境压力输入而移动的环境压力感测部分；和
电路，所述电路电耦接到所述移动结构，所述电路是可操作的以基于所述移动结构的移动来确定声学输出和环境压力输出。
2.根据权利要求1所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述声压感测部分比所述环境压力感测部分更柔顺。
3.根据权利要求1所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述声压感测部分相对于所述环境压力感测部分径向地向内。
4.根据权利要求1所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述声压感测部分包括基本上实心的膜，并且所述环境压力感测部分包括从所述基本上实心的膜径向向外延伸的多个辐条。
5.根据权利要求1所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述声压感测部分包括定位在第一板和第二板之间的柔顺构件，并且其中所述第一板和所述第二板相对于所述柔顺构件是固定的。
6.根据权利要求1所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述环境压力感测部分包括压电电阻器。
7.根据权利要求1所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述声压输入对应于100帕或更小的压力变化。
8.根据权利要求1所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述环境压力输入对应于大于100千帕的压力变化。
9.根据权利要求1所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述电路是可操作的以基于由所述声学感测部分相对于所述壳体内的固定后板的移动而引起的电容变化来确定所述声学输出。
10.根据权利要求1所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述电路是可操作的以基于由所述环境压力感测部分相对于所述壳体内的固定后板的移动而引起的电容变化来确定所述环境压力输出。
11.根据权利要求1所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述电路是可操作的以基于由所述环境压力感测部分响应于所述环境压力输入的移动而引起的所述环境压力感测部分的电阻变化来确定所述环境压力输出。
12.根据权利要求1所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述电路是可操作的以过滤与所述移动结构的移动对应的信号以确定所述声学输出和所述环境压力输出。
13.根据权利要求1所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述环境压力感测部分包括第一可移动板，并且所述声学感测部分包括第二可移动板，所述第一可移动板和所述第二可移动板共享两者之间的密封体积，并且所述环境压力输出或所述声学输出中的至少一者基于所述密封体积内的压力变化来确定。
14.一种微机电系统(MEMS)环境压力和声学传感器，包括：
具有壳体壁的壳体，所述壳体限定内部腔室和至所述内部腔室的声学端口；
移动结构，所述移动结构定位在所述内部腔室内并且以声学方式耦接到所述声学输入开口，所述移动结构具有隔膜部分和从所述隔膜部分径向向外延伸的压电部分，并且所述隔膜部分能够响应于声压输入而移动，并且所述压电部分能够响应于环境压力输入而移动；和
电路，所述电路电耦接到所述移动结构以检测所述移动结构的移动以用于声学感测和环境压力感测。
15.根据权利要求14所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述压电部分包括多个辐条，并且所述辐条中的每个辐条包括压电电阻器。
16.根据权利要求15所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述压力感测包括检测所述压电电阻器的电阻变化。
17.根据权利要求14所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述声学感测包括检测由所述隔膜部分相对于所述壳体内的固定板的移动而引起的电容变化。
18.根据权利要求14所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述声压输入对应于50毫帕到100帕的压力变化。
19.根据权利要求14所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述环境压力输入对应于100帕到110千帕的压力变化。
20.一种微机电系统(MEMS)环境压力和声学传感器，包括：
具有壳体壁的壳体，所述壳体限定内部腔室和至所述内部腔室的声学输入开口；
移动结构，所述移动结构定位在所述内部腔室内并且以声学方式耦接到所述声学输入开口，所述移动结构具有声学感测部分和从所述声学感测部分径向向外延伸的环境压力感测部分，所述声学感测部分包括定位在第一板和第二板之间的柔顺构件，所述柔顺构件能够相对于所述第一板和所述第二板移动，所述环境压力感测部分能够相对于所述壳体移动；和
电路，所述电路电耦接到所述移动结构以基于所述移动结构的移动来检测所述声压输入和所述环境压力输入。
21.根据权利要求20所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述柔顺构件包括响应于声学输入而振动的隔膜。
22.根据权利要求20所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述柔顺构件包括响应于声学输入而变形的可变形聚合物。
23.根据权利要求20所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中当所述柔顺构件响应于声压输入而移动时，所述环境压力感测部分保持在固定位置。
24.根据权利要求20所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述柔顺构件能够响应于与20Hz或更大的高频输入对应的压力变化而移动。
25.根据权利要求20所述的MEMS环境压力和声学传感器，其中所述压电部分能够响应于与10Hz或更小的低频输入对应的压力变化而移动。
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