CN109155890B - 微机电系统(mems)麦克风偏置电压 - Google Patents

微机电系统(mems)麦克风偏置电压 Download PDF

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Abstract

本发明描述了微机电系统(MEMS)传感器和相关的偏置电压技术。示例性MEMS传感器，诸如本文描述的示例性MEMS声学传感器或麦克风，可以采用一个或多个偏置电压发生器和单端或差分放大器布置。所描述的各种实施例可以有效地增加传感器元件可用的偏置电压，而不需要采用高击穿电压半导体工艺。另外，基于许多因素的考虑，描述了在各种操作模式下对一个或多个偏置电压发生器的控制。

Description

微机电系统(MEMS)麦克风偏置电压
相关申请的交叉引用：
本申请要求于2016年4月29日提交的名称为微机电系统(MEMS)麦克风偏置电压的美国非临时申请序列号15/142,696的权益，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明公开的主题涉及微机电系统(MEMS)传感器，诸如MEMS麦克风和相关的电压偏置技术。
背景技术
常规上，微机电系统(MEMS)麦克风可以由基板、背板和柔性振膜制成，其中靠近柔性振膜的背板可以形成可变电容器件。在一个方面，可以对背板进行穿孔，使得通过端口进入MEMS麦克风封装的声压可以穿过被穿孔的背板并使振膜变形。在其他实施方式中，通过端口进入MEMS麦克风封装的声压可以直接撞击与背板相对的振膜。在这种常规的MEMS麦克风中，施加到背板(或振膜)的直流(DC)偏置电压(Vbias)有助于将声压引起的柔性振膜的变形测量为交流AC电压，从而为进一步处理提供有用的信号。
注意，对于施加到穿孔背板的正Vbias，其中声压穿过穿孔背板以使振膜变形，穿过穿孔背板并使柔性振膜偏离穿孔背板的正向压力波将导致可变电容减小，这可能导致负向输出信号。换句话说，产生的输出信号将出现反相、180度异相或者与正向压力波具有相反的极性，这在某些情况下是不理想的。
另外，一些常规的MEMS麦克风解决方案可能无法准确地感测非常高的声压级。例如，使用MEMS麦克风准确感测高声压级的能力可能受到振膜和背板之间的距离以及振膜的刚度的限制，其设计反过来又会受到麦克风前端的可用Vbias或相关专用集成电路(ASIC)的工作电压影响。然而，对于通常用于这种MEMS麦克风前端的常规偏置电压发生器半导体电路，半导体电路的电压阈值电平限制了可用的Vbias，而高压半导体电路在技术成本和管芯尺寸方面可能是昂贵的，这可能会对传感器封装尺寸和成本造成负面影响。
因此，期望提供改进这些和其他缺陷的MEMS装置偏置电压技术。MEMS麦克风的上述缺陷仅旨在提供常规实施方式的一些问题的概述，并且不旨在详尽无遗。通过阅读以下描述，常规实施和技术的其他问题以及本文描述的各种非限制性实施例的相应益处可以变得更加明显。
发明内容
以下呈现了说明书的简要概述，以提供对说明书的一些方面的基本理解。本概述不是对说明书的广泛概述。其既不旨在标识说明书的关键或重要元素，也不旨在描述特定于说明书的任何实施例或权利要求的任何范围的任何范围。其唯一目的是以简化形式呈现说明书的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。
在所公开的主题的各种非限制性实施例中，描述了用于向示例性MEMS传感器或设备提供偏置电压的系统、设备和方法。例如，示例性非限制性实施方式提供了示例性MEMS麦克风，其包括可以包括一个或多个偏置电压发生器的专用集成电路(ASIC)。例如，各种非限制性实施方式可以有助于向示例性MEMS麦克风元件提供有效的更高偏置电压，例如，通过向示例性MEMS麦克风元件的一部分提供第二偏置电压，其与提供给示例性MEMS麦克风元件的另一部分的第一偏置电压的极性相反。在进一步的非限制性示例中，示例性ASIC可以包括耦合到示例性MEMS麦克风元件的电子电路，例如，其可以包括单端或差分放大器，其可以有助于提供单端或差分输出。在如本文所述的各种非限制性实施例中，所公开的主题有助于在考虑多种因素的情况下以多种模式操作一个或多个偏置电压发生器中的一个或多个，所述因素包括但不限于功耗、声压级、预定噪声性能等。
因此，在不采用高击穿电压半导体工艺的情况下，所公开的主题的各种实施例有助于提供具有与入射声波或声压相同极性的输出信号，同时提供改进示例性MEMS麦克风元件的稳健性和动态范围或与有效较高偏置电压相关的声压电平能力中的一个或多个，以及抵抗共模干扰等的机会。
在进一步的非限制性实施方式中，所公开的主题提供示例性MEMS麦克风，其包括具有正偏置电压发生器或负偏置电压发生器的ASIC，其有助于提供具有与入射声波或声压相同极性的输出信号。在进一步的非限制性实施方式中，所公开的主题提供示例性MEMS麦克风，其包括具有单个偏置电压发生器和差分放大器布置的ASIC，所述差分放大器布置有助于提供具有与入射声波或声压相同极性的输出信号以及提供用于抵抗共模干扰的改良机会。
所公开主题的其他非限制性实施方式提供了针对本文描述的这些和/或其他方面的示例性系统和方法。
附图说明
参考附图进一步描述各种非限制性实施例，其中：
图1描绘了适合于结合如本文所述的各种非限制性方面的示例性MEMS传感器装置或麦克风的非限制性示意性横截面；
图2描绘了示出MEMS传感器偏置电压技术的非限制性方面的示例性电路框图；
图3描绘了根据本文描述的各种实施例的另一示例性电路框图，其示出了示例性MEMS传感器偏置电压技术的进一步的非限制性方面；
图4描绘了根据本文描述的进一步的实施例的示例性电路框图，其示出了进一步的示例性MEMS传感器偏置电压技术；
图5描绘了根据本文描述的进一步的实施例的另一示例性电路框图，其示出了又进一步非限制性MEMS传感器偏置电压技术；
图6描绘了根据本文描述的又进一步实施例的另一示例性电路框图，其示出了进一步的非限制性MEMS传感器偏置电压技术；
图7描绘了根据本文描述的又进一步实施例的进一步示例性电路框图，其示出了其他示例性MEMS传感器偏置电压技术；
图8描绘了根据所公开主题的各种非限制性方面的与MEMS传感器或麦克风的示例性偏置电压相关联的非限制性方法的示例性流程图；
图9描绘了根据所公开主题的其他非限制性方面的与MEMS传感器或麦克风的示例性偏置电压相关联的非限制性方法的另一示例性流程图；
图10描绘了根据所公开主题的各种非限制性方面的与MEMS传感器或麦克风的示例性偏置电压相关联的非限制性方法的又一示例性流程图；
图11描绘了根据所公开主题的进一步的非限制性方面的与MEMS传感器或麦克风的示例性偏置电压相关联的非限制性方法的进一步示例性流程图；和
图12描绘了根据所公开主题的其他非限制性方面的与MEMS传感器或麦克风的示例性偏置电压相关联的非限制性方法的另一示例性流程图。
具体实施方式
概述：
虽然提供了简要概述，但是出于说明而非限制的目的，本文描述或描绘了所公开主题的某些方面。因此，由所公开的设备、系统和方法所建议的所公开实施例的变型旨在包含在本文公开的主题的范围内。例如，在诸如MEMS麦克风和相关电压偏置技术的MEMS传感器的背景下描述了所公开主题的设备、技术和方法的各种实施例。然而，如下面进一步详述的，各种示例性实施方式可以应用于MEMS传感器的其他应用，而不脱离本文描述的主题。
如在背景技术中所描述的，施加到穿孔背板的正Vbias，其中声压穿过穿孔背板以使振膜变形，正向压力波穿过穿孔背板并使柔性振膜偏离穿孔背板将导致可变电容减小，这可能导致负向输出信号。这可以通过参考例如图1和图2来理解。此外，使用MEMS麦克风感应高声压级(SPL)的能力可能受到振膜和背板之间的距离以及振膜的刚度的限制，而振膜的设计又可以是受麦克风前端可用的Vbias或相关ASIC的工作电压的影响。因此，通常采用的常规半导体电路的电压阈值电平限制了可用的Vbias，而高压半导体电路在技术成本和管芯尺寸方面可能是昂贵的，这可能会对传感器封装尺寸和成本造成负面影响。
因此，如本文进一步描述的，所公开的主题的示例性实施例可以采用两个相反极性的、较低电压的偏置电压发生器，当其应用于柔性振膜和穿孔背板时，所述偏置电压发生器可以提供有效的更高Vbias，而足以用于测量高声压级事件，无需采用更高击穿电压的半导体工艺。在其他非限制性方面，提供了各种偏置电压技术，其可以有助于提供生成的输出信号，所述输出信号不是反相的，而是同相的，或者与正向压力波具有匹配的极性。
例如，图1描绘了适合于结合如本文所述的各种非限制性方面的示例性MEMS传感器装置或麦克风100的非限制性示意性横截面。因此，MEMS传感器装置或麦克风100可包括MEMS声学传感器或麦克风元件102。在进一步的示例性实施例中，MEMS传感器装置或麦克风100还可包括与MEMS声学传感器相关联的ASIC互补金属氧化物半导体(CMOS)104芯片。在各个方面，MEMS声学传感器或麦克风元件102可以包括穿孔背板106，其可以与柔性振膜108一起用作静态电极，以便于将声波或压力转换成电信号，其可以与ASIC CMOS104有效地耦接。因此，如上所述，示例性MEMS声学传感器或麦克风元件102可包括穿孔背板106和柔性振膜108，其中穿孔背板106靠近柔性振膜108，穿孔背板106可以形成可变电容器件。虽然为了理解所公开主题的各种非限制性方面的目的，MEMS传感器装置或麦克风100被描绘为示例性声学传感器或麦克风设备，但是可以理解，本文描述的各个方面不限于涉及声学传感器和/或麦克风装置的应用，并且，像是可以与其他MEMS传感器或其他环境结合使用。例如，如本文所述的各个方面可以用于涉及电容器件或传感器的其他应用，和/或包括但不限于光学和/或压电装置或传感器的装置或传感器。
如图1所示，根据非限制性方面，如上文进一步描述，MEMS传感器装置或麦克风100可包括一个或多个后腔110中的一个，其可由附接到封装衬底114的盖子或盖体112限定。在各种非限制性方面，通过本领域技术人员可用的方法，MEMS声学传感器或麦克风元件102、ASIC CMOS 104芯片和/或盖子或盖体112中的一个或多个可以是电耦合和/或机械固定到封装衬底114中的一个或多个。作为非限制性示例，MEMS声学传感器或麦克风元件102可以结合到封装衬底114并且电耦合到ASIC CMOS 104(例如，通过引线键合116)，并且ASICCMOS 104可以结合并电耦合(例如，通过引线键合118)到衬底114。因此，在MEMS传感器装置或麦克风100的非限制性示例中，MEMS声学传感器或麦克风元件102机械地固定到封装衬底114，并且电气地或可操作地耦合到ASIC CMOS104芯片。
此外，盖子或盖体112和封装衬底114一起可以包括含有MEMS传感器装置或麦克风100的封装，客户印刷电路板(PCB)(未示出)可以机械地、电气地和/或可操作地耦合到所述封装，所述客户印刷电路板具有端口、孔口或其他将声波或声压传递到MEMS声学传感器或麦克风元件102的装置。例如，可以通过具有适于接收声波或声压的端口120的封装衬底114在MEMS声学传感器或麦克风元件102处接收声波或声压。提供孔口或其他传递声波或声压的装置的附接或耦合的客户PCB(未示出)有助于在MEMS声学传感器或麦克风元件102处接收声波或声压。
如上所述，在一个方面，背板106可包括穿孔背板106，其有助于声波或声压通过端口120进入MEMS传感器装置或麦克风100封装，端口120可穿过穿孔背板106并使柔性振膜108变形。在这种MEMS麦克风中，施加到背板的直流(DC)偏置电压(Vbias)有助于将声压引起的柔性振膜108的变形测量为交流电AC电压，从而为进一步处理(例如，通过ASIC CMOS 104等)提供有用的信号。虽然示例性MEMS传感器装置或麦克风100被描述为包括端口120，其促进声波或声压通过端口120进入MEMS传感器装置或麦克风100封装，穿过穿孔背板106，并使柔性振膜108变形，可以理解，本文描述的各个方面不限于涉及MEMS传感器装置或麦克风100的实施例。例如，如上所述，本文描述的各个方面，关于图3-7，例如，可以在实施例(未示出)中采用，其中通过端口进入MEMS麦克风封装的声压可以直接冲击与背板相对的振膜。
注意，对于施加到穿孔背板106的正Vbias，其中声音的声波或压力穿过穿孔背板106以使柔性振膜108变形，正向压力波穿过穿孔背板106并使柔性振膜108变形远离穿孔背板106将导致可变电容的减小，这可导致负向输出信号。换句话说，如图2所示，例如，产生的输出信号将出现反相、180度异相或者与正向压力波具有相反极性，这在某些情况下是不理想的。如上面进一步描述的，在所公开的主题的非限制性方面，提供了各种偏置电压技术，其可以有助于提供生成的输出信号，所述输出信号不是反相的，而是同相的或者与正向压力波具有匹配的极性。
例如，图2描绘了示例性电路框图200，其示出了MEMS传感器偏置电压技术的非限制性方面。例如，图2描绘了可以包括示例性ASIC CMOS 104芯片的示例性电路框图200。在非限制性方面，ASIC CMOS 104可以设置在示例性麦克风封装中(例如，包括盖或盖112的封装以及与MEMS传感器装置或麦克风100等相关联的封装衬底114)。在另一个非限制性方面，ASIC CMOS 104可以包括一个或多个偏置电压发生器。在图2中描绘的示例性ASIC CMOS104中，ASIC CMOS 104被描绘为包括偏置电压发生器202。如图2所示，偏置电压发生器202可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102的第一部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分)，并且可以被配置为向第一部分提供正偏置电压。在非限制性方面，偏置电压发生器202可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102的穿孔背板106，并且可以被配置为向穿孔背板106提供正偏置电压。在另一个非限制性方面，偏置电压发生器202可包括正电荷泵。在又一个非限制性方面，偏置电压发生器202可以包括其他偏置电压产生电路，例如某种形式的开关电容器电路，或者例如，本领域技术人员可用的其他偏置电压产生电路。在非限制性方面，由偏置电压发生器202产生的正Vbias可以包括比施加的Vdd电压大许多倍的电压。
如图2所示，ASIC CMOS 104可以进一步包括电子电路204或与电子电路204相关联。在非限制性方面，ASIC CMOS 104可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102。在另一个非限制性方面，ASIC CMOS 104可以配置为接收一个或多个信号206，其可以对应于施加到柔性振膜108的声波或声压208。在ASIC CMOS 104的示例性实施例中，电子电路204可以包括缓冲放大器，其中缓冲放大器的输入可操作地耦接到柔性振膜108。
如图1-2所示，对于施加到穿孔背板106的正Vbias，其中声波或声压208穿过穿孔背板106以使柔性振膜108变形，正向压力波穿过穿孔背板106并使柔性振膜108变形远离穿孔背板106将导致可变电容的减小，这可导致负向输出信号210。因此，如图2所示，产生的输出信号210将出现反相、180度异相或者与声波或声压208的正向压力波具有相反极性。
参考附图描述了所公开主题的各个方面或特征，其中相同的附图标记始终用于指代相同的元件。在本说明书中，阐述了许多具体细节以便提供对所公开主题的透彻理解。然而，应该理解到，可以在没有这些具体细节的情况下或者利用其他方法、组件、参数、化学成分等来实践公开的某些方面。在其他情况下，以框图形式示出了公知的结构和装置，以便于各种实施例的描述和说明。根据在所公开的主题中描述的一个或多个实施例，本文描述的是MEMS装置偏置电压技术，其可以采用如本文所述的一个或多个非限制性方面。
示例性实施例：
因此，图3描绘了根据本文描述的各种实施例的示例性电路框图300，其示出了示例性MEMS传感器偏置电压技术的进一步的非限制性方面。例如，图3描绘了可以包括示例性ASIC CMOS 104的示例性电路框图300。在非限制性方面，ASIC CMOS 104可以设置在示例性麦克风封装中(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100等相关联的封装衬底114的封装)。在进一步非限制性方面，ASIC CMOS 104可以包括一个或多个偏置电压发生器。在图3所描绘的示例性ASIC CMOS 104中，ASIC CMOS 104被描绘为包括偏置电压发生器302。如上面进一步描述的，偏置电压发生器302可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或是麦克风元件102的第一部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分)，并且偏置电压发生器302可以被配置为向第一部分提供正偏置电压。在非限制性方面，偏置电压发生器302可以可操作地耦合到MEMS声学传感器的柔性振膜108或麦克风元件102，并且偏置电压发生器302可以被配置为向柔性振膜108提供正偏置电压。在进一步的非限制性方面，偏置电压发生器302可包括正电荷泵。如上面进一步描述的，偏置电压发生器302可以包括其他偏置电压产生电路，例如某种形式的开关电容器电路，或者例如，本领域技术人员可用的其他偏置电压产生电路。在非限制性方面，由偏置电压发生器302产生的正Vbias可以包括比施加的Vdd电压大许多倍的电压。例如，示例性偏置电压发生器302可以被配置为提供在约9至约19.5伏特(V)范围内的正偏置电压。
如图3所示，ASIC CMOS 104可以进一步包括电子电路304或与电子电路304相关联。在非限制性方面，ASIC CMOS 104可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102。在进一步非限制性方面，ASIC CMOS 104可以被配置为接收一个或多个信号306，其可以对应于施加到柔性振膜108的声波或声压308。根据进一步非限制性方面，示例性偏置电压发生器302和第一部分(例如，柔性振膜108)可以通过电容器310可操作地耦合到电子电路。在ASIC CMOS 104的示例性实施例中，电子电路304可以包括缓冲放大器，其中缓冲放大器的输入可以可操作地耦合到第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)。因此，在非限制性方面，示例性缓冲放大器可以被配置为基于一个或多个信号306提供单个输出信号312，所述信号306可以对应于施加到柔性振膜108的声波或声压308。如图3中进一步描绘的，MEMS声学传感器或麦克风元件102的第二部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个)可以可操作地耦合到固定的直流(DC)电位或高阻抗接地连接。在另一个非限制性方面，如图3所示，穿孔背板106可以可操作地耦接到地面。
因此，如图3所示，对于施加到柔性振膜108的正Vbias，其中声波或声压308穿过穿孔背板106以使柔性振膜108变形，正向压力波穿过穿孔背板106并使柔性振膜108变形远离穿孔背板106将导致可变电容的减小，这可以导致正向输出信号312产生。因此，如图3所示，采用电路框图300的各个方面的所公开主题的示例性实施例可以有助于提供生成的输出信号312，其不是反相的，而是同相或者与声波或声压308的正向压力波具有匹配的极性。
因此，如关于图1和3的上述内容，所公开的主题的各种非限制性实施例提供示例性MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)，其包括MEMS麦克风元件(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)，其包括设置在麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中的振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)。
在非限制性方面，例如，如本文进一步描述的，示例性MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)可以进一步包括设置在麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中的ASIC(例如，ASIC CMOS104)，其可包括偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器302)。在进一步的非限制性方面，示例性偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器302)可以可操作地耦合到MEMS麦克风元件(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，柔性振膜108)，并且示例性偏置电压发生器可以配置成向第一部分(例如，柔性振膜108)提供正偏置电压。在非限制性实施例中，第一部分(例如，柔性振膜108)可包括振膜(例如，柔性振膜108)的至少一部分。在又一个非限制性方面，示例性偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器302)可以包括正电荷泵。在又一个非限制性方面，示例性偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器302)可以被配置为提供在约9至约19.5伏特(V)范围内的正偏置电压。
在非限制性实施例中，如上所述，示例性ASIC(例如，ASIC CMOS 104)可以进一步包括电子电路(例如，包括缓冲放大器的电子电路304)。根据所公开主题的进一步的非限制性实施例，示例性MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)可包括与ASIC(例如，ASIC CMOS 104)相关联的电子电路(例如，包括缓冲放大器的电子电路304)，所述ASIC可操作地耦合到MEMS麦克风元件(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102或其一部分)。在进一步的非限制性方面，如图3所示，示例性电子电路(例如，包括缓冲放大器的电子电路304)可以包括缓冲放大器，并且其中缓冲放大器的输入可以通过电容器(例如，电容器310)可操作地耦合到振膜(例如，柔性振膜108或其一部分)和偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器302)。根据非限制性实施方式，示例性缓冲放大器可被配置为基于对应于施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压308)的一个或多个信号(例如，一个或多个信号306)来提供单个输出信号(例如，输出信号312)，其中单个输出信号(例如，输出信号312)的极性匹配施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压308)的极性。
在又一个非限制性方面，示例性电子电路(例如，包括缓冲放大器的电子电路304)可以被配置为接收一个或多个信号(例如，一个或多个信号306)，所述一个或多个信号对应于施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压308)，其中偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器302)和第一部分(例如，柔性振膜108)通过电容器(例如，电容器310)可操作地耦合到电子电路(例如，包括缓冲放大器的电子电路304)。
在示例性MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的进一步非限制性实施例中，例如，如本文进一步描述的，MEMS麦克风元件(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第二部分(例如，穿孔背板106或其一部分)可以可操作地耦合到固定DC电位或高阻抗接地连接。在另一个非限制性方面，第二部分(例如，穿孔背板106)可以包括背板(例如，穿孔背板106)的至少一部分。
如关于图1和3的上文叙述，例如，所公开的主题的进一步的非限制性实施例提供了包括MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)元件的示例性系统，所述MEMS麦克风元件包括设置在麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中的振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)。
如本文进一步描述中举例的，例如，包括MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的示例性系统可以包括用于将偏置电压(例如，偏置电压发生器302)施加到MEMS麦克风元件(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，柔性振膜108)的装置。作为非限制性示例，用于施加偏置电压的示例性装置(例如，偏置电压发生器302)可以包括电荷泵和/或可以包括用于在约9至约19.5伏特(V)的范围内施加偏置电压(例如，通过偏置电压发生器302)的装置。
包括MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的示例性系统可以进一步包括用于从MEMS麦克风元件(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，柔性振膜108)接收(例如，包括缓冲放大器的电子电路304)一个或多个信号(例如，一个或多个信号306)以响应于振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)之间的传感器信号变化(例如，电容变化)的装置。在非限制性方面，用于施加偏置电压的示例性装置(例如，偏置电压发生器302)和第一部分(例如，柔性振膜108)可以通过电容器(例如，电容器310)可操作地耦合到用于接收(例如，包括缓冲放大器的电子电路304)一个或多个信号(例如，一个或多个信号306)的装置。
此外，在各种非限制性实施例中，用于将偏置电压(例如，偏置电压发生器302)施加到第一部分(例如，柔性振膜108)的示例性装置和用于从第一部分(例如，柔性振膜108)接收(例如，包括缓冲放大器的电子电路304)一个或多个信号(例如，一个或多个信号306)的示例性装置可以分别包括用于将偏置电压(例如，偏置电压发生器302)施加到振膜(例如，柔性振膜108)的至少一部分和/或用于从振膜(例如，柔性振膜108)的至少一部分接收(例如，包括缓冲放大器的电子电路304)一个或多个信号(例如，一个或多个信号406)的装置。
此外，包括MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的示例性系统还可以包括用于产生(例如，包括缓冲放大器的电子电路304)与传感器信号改变(例如，电容改变)相关联的输出信号(例如，输出信号312)的装置，其中输出信号(例如，输出信号312)与施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压308)的极性匹配。
图4描绘了根据本文描述的进一步的实施例的示例性电路框图400，其示出了进一步的示例性MEMS传感器偏置电压技术。例如，图4描绘了可以包括示例性ASIC CMOS 104的示例性电路框图400。在非限制性方面，ASIC CMOS 104可以设置在示例性麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中。在进一步的非限制性方面，ASIC CMOS 104可以包括一个或多个偏置电压发生器。在图4中所描绘的示例性ASIC CMOS 104ASIC CMOS 104被描绘为包括偏置电压发生器402。如上文进一步描述的，偏置电压发生器402可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102的第一部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分)，并且偏置电压发生器402可以被配置为向第一部分提供负偏置电压。在非限制性方面，偏置电压发生器402可以可操作地耦合到MEMS声学传感器的穿孔背板106或麦克风元件102，并且偏置电压发生器402可以被配置为向穿孔背板106提供负偏置电压。在另一个非限制性方面，偏置电压发生器402可包括负电荷泵。如上文进一步描述的，偏置电压发生器402可以包括其他偏置电压产生电路，例如某种形式的开关电容器电路，或者例如，本领域技术人员可用的其他偏置电压产生电路。例如，示例性偏置电压发生器402可以被配置为提供在约-15到约-7.5V范围内的负偏置电压。
如图4所示，ASIC CMOS 104可以进一步包括电子电路404或与电子电路404相关联。在非限制性方面，ASIC CMOS 104可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102。在进一步的非限制性方面，ASIC CMOS 104可以配置为接收一个或多个信号406，其可以对应于施加到柔性振膜108的声波或声压408。在ASIC CMOS 104的示例性实施方式中，电子电路404可以包括缓冲放大器，其中缓冲放大器的输入可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102的第二部分(例如，柔性振膜108)。因此，在非限制性方面，示例性缓冲放大器可以被配置为基于一个或多个信号406提供单个输出信号410，所述信号406可以对应于施加到柔性振膜108的声波或声压408。
因此，如图4所示，对于施加到穿孔背板106的负Vbias，其中声波或声压408穿过穿孔背板106以使柔性振膜108变形，正向压力波穿过穿孔背板106并使柔性振膜108变形远离穿孔背板106将导致可变电容的减小，这可导致正向输出信号410产生。因此，如图4所描绘的，采用电路框图400的各个方面的所公开主题的示例性实施例可以有助于提供生成的输出信号410，其不是反相的，而是同相的，或者与声波或声压408的正向压力波具有匹配的极性。
因此，如关于图1及4的上文所述，所公开的主题的各种非限制性实施例提供示例性MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)，其包括MEMS麦克风元件(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)，其包括设置在麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112的封装和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中的振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)。
在非限制性方面，示例性MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)可以进一步包括设置在麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中的ASIC(例如，ASIC CMOS 104)，其包括偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器402)。在进一步的非限制性方面，示例性偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器402)可以可操作地耦合到MEMS麦克风元件(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，穿孔背板106或其一部分)并且被配置为向第一部分(例如，穿孔背板106)提供负偏置电压。在非限制性实施例中，第一部分(例如，穿孔背板106或其一部分)可包括背板(例如，穿孔背板106)的至少一部分。在又另一个非限制性方面，示例性偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器402)可以包括负电荷泵。在又一个非限制性方面，例如，如本文进一步描述的，示例性偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器402)可以被配置为提供在约-15至约-7.5伏特(V)范围内的负偏置电压。
在非限制性实施例中，如上所述，示例性ASIC(例如，ASIC CMOS 104)可以进一步包括电子电路(例如，包括缓冲放大器的电子电路404)。在进一步的非限制性方面，示例性电子电路(例如，包括缓冲放大器的电子电路404)可以包括缓冲放大器，并且其中缓冲放大器的输入可以可操作地耦合到MEMS麦克风元件(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第二部分(例如，柔性振膜108或其一部分)。根据所公开主题的进一步的非限制性实施例，示例性MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)可包括与ASIC(例如，ASICCMOS 104)相关联的电子电路(例如，包括缓冲放大器的电子电路404)，所述ASIC可操作地耦合到MEMS麦克风元件(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102或其一部分)的第二部分(例如，柔性振膜108或其一部分)。在又一个非限制性方面，第二部分(例如，柔性振膜108或其一部分)可包括振膜(例如，柔性振膜108)的至少一部分，例如，如关于图3的上文所述。在非限制性实施例中，与可操作地耦合到第二部分(例如，柔性振膜108或其一部分)的ASIC(例如，ASIC CMOS 104)相关联的示例性电子电路(例如，包括缓冲放大器的电子电路404)可被配置为接收一个或多个信号(例如，一个或多个信号406)，所述信号对应于施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压408)。
因此，示例性缓冲放大器(例如，与电子电路404相关联的缓冲放大器)可以被配置为基于一个或多个信号(例如，一个或多个信号406)提供单个输出信号(例如，输出信号410)，所述信号对应于施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压408)，其中单个输出信号(例如，输出信号410)的极性匹配施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压408)的极性。
所公开的主题的进一步的非限制性实施例提供了示例性系统，例如，如关于图1和4的上文所述，所述系统包括MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)元件，其包括设置在麦克风封装中(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中的振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)。
例如，包括MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的示例性系统可以包括用于将偏置电压(例如，偏置电压发生器402)施加到MEMS麦克风元件(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，穿孔背板106)的装置。作为非限制性示例，例如，如本文进一步描述的，用于施加偏置电压的示例性装置可以包括电荷泵和/或可以包括用于将偏置电压(例如，偏置电压发生器402)施加到第一部分(例如，穿孔背板106)的装置，可以包括用于将偏置电压(例如，偏置电压发生器402)施加到背板(例如，穿孔背板106)的至少一部分的装置，可以包括用于施加偏置电压的装置(例如，偏置电压发生器402)，和/或可以包括用于施加偏置电压(例如，通过偏置电压发生器402)在大约-15到大约-7.5伏特(V)的范围内的装置。
包括MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的示例性系统可以进一步包括用于从响应于振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)之间的传感器信号变化(例如，电容变化)的MEMS麦克风元件(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第二部分(例如，柔性振膜108或其一部分)接收(例如，包括缓冲放大器的电子电路404)一个或多个信号(例如，一个或多个信号406)的装置。在非限制性方面，用于从第二部分(例如，柔性振膜108或其一部分)接收(例如，包括缓冲放大器的电子电路404)一个或多个信号(例如，一个或多个信号406)的示例性装置)可以包括用于从振膜例如，柔性振膜108)的至少一部分(接收(例如，包括缓冲放大器的电子电路404)一个或多个信号(例如，一个或多个信号406)的装置。
此外，包括MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的示例性系统还可以包括用于产生(例如，包括缓冲放大器的电子电路404)与传感器信号改变(例如，电容改变)相关联的输出信号(例如，输出信号410)的装置，其中输出信号(例如，输出信号410)与施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压408)的极性匹配。在进一步的非限制性方面，用于产生(例如，包括缓冲放大器的电子电路404)输出信号(例如，输出信号410)的示例性装置可以包括缓冲放大器。
注意，与示例性电路框图300和400一样，Vbias电压可以由某种形式的开关电容器电路产生，其中生成的可能电压比施加的Vdd电压大许多倍。然而，通常用于这种MEMS麦克风前端的常规偏置电压发生器半导体工艺可以具有阻止实施方式足够高的Vbias的击穿电压限制。可以理解的是，对于麦克风前端(例如，示例性电路框图300和400等)，施加到MEMS声学传感器或麦克风元件102的Vbias电压越高，可以由MEMS声学传感器或麦克风元件102设计提供的整体灵敏度越高。另外，对于需要相同灵敏度的针对MEMS传感器装置或麦克风100应用的MEMS声学传感器或麦克风元件102设计而言，更高的Vbias或有效地更高的Vbias允许MEMS声学传感器或麦克风元件102采用更稳固的结构(例如，一个或更多的穿孔背板106或柔性振膜108)，其提供对于静摩擦力有增强的稳健性(例如，更强的恢复力)。
然而，如上所述，较高的电压受到用于制造电子器件的半导体工艺的击穿电压的限制。除非采用特殊的高电压半导体制造工艺，否则希望常规的ASIC CMOS 104Vbias电压维持低于约25V。因此，如本文进一步描述的，所公开的主题的示例性实施例可以采用两个极性相反且电压更低的偏置电压发生器，当施加到柔性振膜108和穿孔背板106时，所述偏置电压发生器可以提供足够高的Vbias，其足以测量高声压级(SPL)事件，而不需要采用更高的击穿电压半导体工艺。
因此，根据本文进一步描述的实施例，图5描绘另一示例性电路框图500，其又进一步示出示例性MEMS传感器偏置电压技术。例如，图5描绘了可以包括示例性ASIC CMOS 104的示例性电路框图500。在非限制性方面，ASIC CMOS 104可以设置在示例性麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中。在进一步的非限制性方面，ASIC CMOS 104可以包括一个或多个偏置电压发生器。在图5中描绘的示例性ASIC CMOS 104中，ASIC CMOS 104被描绘为包括第一偏置电压发生器502。如上文进一步描述的，第一偏置电压发生器502可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102的第一部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分)，并且第一偏置电压发生器502可以被配置为向第一部分提供正偏置电压。在非限制性方面，第一偏置电压发生器502可以可操作地耦合到MEMS声学传感器的柔性振膜108或麦克风元件102，并且第一偏置电压发生器502可以被配置为向柔性振膜108提供正偏置电压。在进一步的非限制性方面，第一偏置电压发生器502可包括正电荷泵。如上文进一步描述的，第一偏置电压发生器502可以包括其他偏置电压产生电路，例如某种形式的开关电容器电路，或者例如，本领域技术人员可用的其他偏置电压产生电路。在非限制性方面，由第一偏置电压发生器502产生的正Vbias可以包括比施加的Vdd电压大许多倍的电压。例如，示例性第一偏置电压发生器502可以被配置为提供在约9至约19.5伏特(V)范围内的正偏置电压。
如图5所示，ASIC CMOS 104可以进一步包括电子电路504或与电子电路504相关联。在非限制性方面，ASIC CMOS 104可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102。在进一步的非限制性方面，ASIC CMOS 104可以被配置为接收一个或多个信号506，其可以对应于施加到柔性振膜108的声波或声压508。根据进一步的非限制性方面，示例性第一偏置电压发生器502和第一部分(例如，柔性振膜108)可以通过电容器510可操作地耦合到电子电路504。在ASIC CMOS 104的示例性实施例中，电子电路504可以包括缓冲放大器，其中缓冲放大器的输入可以可操作地耦合到第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)。
如图5中进一步描绘的，示例性ASIC CMOS 104可以进一步包括第二偏置电压发生器512。如上文所述，第二偏置电压发生器512可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102的第二部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个或其一部分)，并且第二偏置电压发生器512可以配置成向第二部分提供负偏置电压。在非限制性方面，第二偏置电压发生器512可以可操作地耦合到MEMS声学传感器的穿孔背板106或麦克风元件102，并且第二偏置电压发生器512可以被配置为向穿孔背板106提供负偏置电压。在进一步的非限制性方面，第二偏置电压发生器512可包括负电荷泵。如上文进一步描述的，第二偏置电压发生器512可以包括其他偏置电压产生电路，例如某种形式的开关电容器电路，或者例如，本领域技术人员可用的其他偏置电压产生电路。例如，示例性第二偏置电压发生器512可以被配置为提供在约-15至约-7.5V范围内的负偏置电压。
作为采用示例性偏置电压发生器502和512的结果，其中第二偏置电压发生器512的第二偏置电压具有与第一偏置电压发生器502的第一偏置电压相反的极性，由于穿孔背板106和柔性振膜108之间的有效偏置电压，是两个偏置电压的幅值的总和，因此可以施加有效更高的Vbias到MEMS声学传感器或麦克风元件102。注意，可以最大化示例性偏置电压发生器502和512，而不须采用更高的击穿电压半导体工艺。因此，如上所述，MEMS声学传感器或麦克风元件102设计可通过允许穿孔背板106和柔性振膜108之间的更宽感测间隙来提供对静摩擦力的增强的稳健性和/或可提供可以容忍更大声压级的MEMS声学传感器或麦克风元件102设计，其使得MEMS传感器装置或麦克风100具有更高的动态范围。
因此，在非限制性方面，电子电路504的示例性缓冲放大器可以被配置为基于一个或多个信号506提供单个输出信号514，所述信号506可以对应于施加到柔性振膜108的声波或声音508。
因此，如图5所示，对于施加到柔性振膜108的正Vbias，其中声波或声压508穿过穿孔背板106以使柔性振膜108变形，正向压力波穿过穿孔背板106并使柔性振膜108变形远离穿孔背板106将导致可变电容的减小，这可导致正向输出信号514产生。因此，如图5所描绘的，采用电路框图500的各个方面的所公开主题的示例性实施例可以有助于提供生成的输出信号514，所述输出信号514不是反相的，而是同相的，或者与声波或声压508的正向压力波具有匹配的极性，同时有助于提高MEMS声学传感器或麦克风元件102的灵敏度和/或稳健性，而无需采用更高的击穿电压半导体工艺。
因此，如关于图1和5的上文所述，所公开的主题的各种非限制性实施例提供示例性MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)，其包括MEMS麦克风元件(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)，其包括设置在麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中的振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)。
在非限制性方面，示例性MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)可以进一步包括设置在麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中的ASIC(例如，ASIC CMOS 104)，其包括第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器502)和第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器512)。在进一步的非限制性方面，示例性第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器502)可以可操作地耦合到振膜(例如，柔性振膜108或其一部分)，并且示例性第一偏置电压发生器可以被配置为向振膜(例如，柔性振膜108)提供第一偏置电压。在另一个非限制性方面，示例性第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器512)可以可操作地耦合到背板(例如，穿孔背板106或其一部分)，并且示例性第二偏置电压发生器可以被配置为提供第二偏置电压到背板(例如，穿孔背板106)，其中，根据非限制性方面，第二偏置电压可以与第一偏置电压的极性相反。
在非限制性实施例中，如本文进一步描述的，示例性第一偏置电压可以是正极性，示例性第二偏置电压可以是负极性。在其他非限制性实施例中，示例性第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器502)可以包括正电荷泵和/或示例性第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器512)可以包括负电荷泵。在其他非限制性示例中，例如，如本文进一步描述的，示例性第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器502)可以被配置为提供在约9至约19.5伏特(V)范围内的正偏置电压，并且示例性第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器512)可以被配置为提供在约-15至约-7.5伏特(V)的范围内的负偏置电压。在另一个非限制性方面，示例性第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器502)和示例性第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器512)可以在幅值上维持实质相等。
在非限制性实施例中，如上所述，示例性ASIC(例如，ASIC CMOS 104)可以进一步包括电子电路(例如，包括缓冲放大器的电子电路504)。根据所公开主题的进一步的非限制性实施方式，包括示例性电子电路(例如，包括缓冲放大器的电子电路504)的示例性MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)可以可操作地耦合到MEMS麦克风元件(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102或其一部分)。在进一步的非限制性方面，如图5所示，示例性电子电路(例如，包括缓冲放大器的电子电路504)可以包括缓冲放大器，其中缓冲放大器的输入可以通过电容器(例如，电容器510)可操作地耦合到振膜(例如，柔性振膜108或其一部分)。在又一个非限制性方面，示例性电子电路(例如，包括缓冲放大器的电子电路504)可以被配置为接收一个或多个信号(例如，一个或多个信号506)，所述信号对应于施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压508)。根据非限制性实施方式，示例性缓冲放大器可以被配置为基于一个或多个信号(例如，一个或多个信号506)来提供单个输出信号(例如，输出信号512)，所述输出信号对应于施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压508)，其中单个输出信号(例如，输出信号514)的极性匹配施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压508)的极性。
在其他非限制性方面，示例性ASIC(例如，ASIC CMOS 104)可以进一步被配置为基于MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的功率消耗、声压级、预定噪声性能和/或例如本文进一步描述的其他考量以一组模式中的一个或多个模式操作第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器502)或第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器512)中的一个或多个。在又一个非限制性方面，示例性模式组中的一个或多个可以包括与第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器502)或第二偏置电压中的一个或多个相关联的一个或多个电压的变化，所述电压的变化在零和与第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器502)或第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器512)中的一个或多个相关联的最大电压电平之间。
所公开主题的进一步的非限制性实施方式提供了针对示例性电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的示例性系统。在非限制性方面，例如，如关于图1和5的上文所述，示例性电容式MEMS传感器可包括设置在麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中的示例性MEMS声学传感器或麦克风元件102的振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)。
如关于图1和5的上文进一步描述的，示例性系统可以包括电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)和电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的第二部分(例如，穿孔背板106或其一部分)。在非限制性方面，第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)可包括MEMS麦克风的振膜(例如，柔性振膜108)和/或第二部分(例如，穿孔背板106或其一部分)可以包括MEMS麦克风的背板(例如，穿孔背板106)。
示例性系统可以进一步包括与电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)相关联的ASIC(例如，ASIC CMOS 104)，其包括缓冲放大器(例如，与电子电路504相关联的缓冲放大器)和一个或更多偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器502或偏置电压发生器512中的一个或多个)。作为非限制性示例，示例性缓冲放大器的输入可以可操作地耦合到电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)。因此，在其他非限制性实施方式中，示例性电子电路(例如，包括缓冲放大器的电子电路504)可以被配置为接收一个或多个信号(例如，506)，所述信号对应于施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压508)。因此，根据非限制性方面，示例性缓冲放大器可被配置为基于对应于在电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)与第二部分(例如，穿孔背板106或其一部分)之间的传感器信号变化(例如，电容变化)的一个或多个信号(例如，一个或多个信号506)来提供单个输出信号(例如，输出信号514)。
在示例性系统的非限制性方面，一个或多个偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器502或偏置电压发生器512中的一个或多个)可包括可操作地耦合到第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)的正电荷泵。在示例性系统的另一个非限制性方面，所述一个或多个偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器502或偏置电压发生器512中的一个或多个)可以进一步包括可操作地耦合到第二部分(例如，穿孔背板106或其一部分)的负电荷泵。在又一个非限制性方面，缓冲放大器的输入可以通过电容器(例如，电容器510)可操作地耦合到正电荷泵和第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)。根据进一步的非限制性实施方式，例如，如本文进一步描述的，一个或多个偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器502)中的一个或多个可以被配置为提供在约9至约19.5伏特(V)的范围内的正偏置电压，所述一个或多个偏置电压发生器中的另一个(例如，偏置电压发生器512)可以被配置为提供在约-15至约-7.5伏特(V)范围内的负偏置电压。在另一个非限制性方面，由一个或多个偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器502,512)提供的正偏置电压和负偏置电压可以维持实质相等的幅值。
在示例性系统的其他非限制性实施方式中，如本文所述，示例性ASIC(例如，ASICCMOS 104)可以进一步被配置为基于MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的功耗、声压级、预定噪声性能和/或例如本文进一步描述的其他考量以一组模式中的一个或多个操作正电荷泵或负电荷泵。作为非限制性示例，例如，如本文进一步描述的，所述模式组中的一个或多个可以包括与第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器502)或第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器512)相关联的一个或多个电压的变化，所述电压的变化在零和与第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器502)或第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器512)中的一个或多个相关联的最大电压电平之间。
如图5中所示，示出了示例性电子电路504，其包括示例性缓冲放大器。然而，进一步的非限制性实施方式可以采用差分放大器以便于增加MEMS传感器装置或麦克风100对于在差分放大器的信号输入处的共模干扰的抗扰度。例如，图6描绘了根据本文描述的又进一步实施例的另一示例性电路框图600，其进一步示出了示例性MEMS传感器偏置电压技术。例如，图6描绘了可以包括示例性ASIC CMOS 104的示例性电路框图600。在非限制性方面，ASIC CMOS 104可以设置在示例性麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中。
在进一步的非限制性方面，ASIC CMOS 104可包括一个或多个偏置电压发生器。在图6中描绘的示例性ASIC CMOS 104中，ASIC CMOS 104被描绘为包括第一偏置电压发生器602。如上文进一步描述的，第一偏置电压发生器602可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102的第一部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分)，并且第一偏置电压发生器602可以被配置为向第一部分提供正偏置电压。在非限制性方面，第一偏置电压发生器602可以可操作地耦合到MEMS声学传感器的柔性振膜108或麦克风元件102，并且第一偏置电压发生器602可以被配置为向柔性振膜108提供正偏置电压。在进一步的非限制性方面，第一偏置电压发生器602可包括正电荷泵。如上文进一步描述的，第一偏置电压发生器602可以包括其他偏置电压产生电路，例如某种形式的开关电容器电路，或者例如，本领域技术人员可用的其他偏置电压产生电路。在非限制性方面，由第一偏置电压发生器602产生的正Vbias可以包括比施加的Vdd电压大许多倍的电压。例如，示例性第一偏置电压发生器602可以被配置为提供在约9至约19.5伏特(V)范围内的正偏置电压。
如图6所示，ASIC CMOS 104可以进一步包括电子电路604或与电子电路604相关联。在非限制性方面，ASIC CMOS 104可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102。在进一步的非限制性方面，ASIC CMOS 104可以被配置为接收一个或多个第一信号606，所述第一信号606可以对应于施加到柔性振膜108的声波或声压608。根据进一步的非限制性方面，示例性第一偏置电压发生器602和第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)可以通过电容器610可操作地耦合到电子电路604。在ASIC CMOS 104的示例性实施方式中，电子电路604可以包括差分放大器，其中差分放大器的第一输入可以可操作地耦合到第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)。
如图6中进一步描绘的，示例性ASIC CMOS 104可以进一步包括第二偏置电压发生器612。如上所述，第二偏置电压发生器612可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102的第二部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个或其一部分)，并且第二偏置电压发生器612可以被配置成向第二部分提供负偏置电压。在非限制性方面，第二偏置电压发生器612可以可操作地耦合到MEMS声学传感器的穿孔背板106或麦克风元件102，并且第二偏置电压发生器612可以被配置为向穿孔背板106提供负偏置电压。在进一步的非限制性方面，第二偏置电压发生器612可包括负电荷泵。如上文进一步描述的，第二偏置电压发生器612可以包括其他偏置电压产生电路，例如某种形式的开关电容器电路，或者例如，本领域技术人员可用的其他偏置电压产生电路。例如，示例性第二偏置电压发生器612可以被配置为提供在约-15至约-7.5V范围内的负偏置电压。
根据进一步的非限制性方面，示例性第二偏置电压发生器612和第二部分(例如，穿孔背板106或其一部分)可以通过电容器614可操作地耦合到电子电路604。如上所述，在ASIC CMOS 104的示例性实施方式中，电子电路604可以包括差分放大器，其中差分放大器的第二输入可以可操作地耦合到第二部分(例如，穿孔背板106或其一部分)。如上文进一步描述的，在进一步的非限制性方面，ASIC CMOS 104可以被配置为接收一个或多个第二信号616，所述第二信号616可以对应于或者与施加到柔性振膜108的声波或声压608相关联。
作为采用示例性偏置电压发生器602和612的结果，其中第二偏置电压发生器612的第二偏置电压具有与第一偏置电压发生器602的第一偏置电压相反的极性，由于穿孔背板106和柔性振膜108之间的有效偏置电压，是两个偏置电压的幅值的总和，因此可以施加有效更高的Vbias到MEMS声学传感器或麦克风元件102。注意，可以最大化示例性偏置电压发生器602和612，而无需采用更高的击穿电压半导体工艺。因此，如上所述，MEMS声学传感器或麦克风元件102设计可通过允许穿孔背板106和柔性振膜108之间的更宽感测间隙来提供对静摩擦力的增强的稳健性和/或可提供可以容忍更大声压级的MEMS声学传感器或麦克风元件102设计，其使得MEMS传感器装置或麦克风100具有更高的动态范围。
因此，在非限制性方面，电子电路604的示例性差分放大器可以被配置为基于一个或多个第一信号606提供单个输出信号618，所述第一信号606可以对应于施加到柔性振膜108的声波或声压608。在另一个非限制性方面，电子电路604的示例性差分放大器可以被配置为基于可以对应于或者与施加到柔性振膜108的声波或声压608相关联的一个或多个第一信号606和616来提供包括输出信号618和输出信号620的差分输出。因此，如图6所示，对于施加到柔性振膜108的正Vbias，其中声波或声压608穿过穿孔背板106以使柔性振膜108变形，正向压力波穿过穿孔背板106并使柔性振膜108变形远离穿孔背板106将导致可变电容的减小，这可以导致正向输出信号622产生。因此，如图6所示，采用电路框图600的各个方面的所公开主题的示例性实施例可以有助于提供生成的输出信号622，其不是反相的，而是同相的，或者与声波或声压608的正向压力波具有匹配的极性，同时有助于提高MEMS声学传感器或麦克风元件102的灵敏度和/或稳健性，而不需要采用更高的击穿电压半导体工艺，同时，因为与电子电路604的示例性差分放大器相关联的差分输入而提供改进的共模抑制，和/或同时因为与包括输出信号618和输出信号620的ASIC CMOS 104的差分输出相关联的电位差分输出能力而提供改进的SPL能力(例如，改善的动态范围)。
根据所公开主题的进一步的非限制性方面，示例性ASIC CMOS 104的各种实施例可以被配置为基于MEMS麦克风的功耗、声压级或预定噪声性能或其他考量等以一组模式中的一个或多个操作第一偏置电压发生器(例如，第一偏置电压发生器502、602等)或第二偏置电压发生器(例如，第二偏置电压发生器512、612等)中的一个或多个。作为非限制性示例，如本文进一步描述的，一组示例性模式可包括与第一偏置电压发生器(例如，第一偏置电压发生器502、602等)或第二偏置电压发生器(例如，第二偏置电压发生器512、612等)相关联的一个或多个电压的变化，所述电压的变化在零和与第一偏置电压发生器(例如，第一偏置电压发生器502、602)或第二偏置电压发生器(例如，第二偏置电压发生器512、612)相关联的最大电压电平之间。可以理解的是，如本文所述的一组模式中的一个或多个可以包括其他操作模式，包括但不限于诸如偏置电压发生器开通、断开等的模式，无论是否以间歇、定期或其他方式等操作。
因此，所公开的主题的各种非限制性实施方式可以提供示例性ASIC CMOS 104，所述示例性ASIC CMOS 104可以被配置为基于本文考量中所识别的触发事件(例如，基于MEMS麦克风的功耗、声压级或预定噪声性能或其他考量等中的一个或多个)或其他考量因素，以一组模式中的一个或多个操作第一偏置电压发生器(例如，第一偏置电压发生器502、602等)或第二偏置电压发生器(例如，第二偏置电压发生器512、612等)中的一个或多个。作为非限制性示例，示例性ASIC CMOS 104可以被配置为便于识别或判断一个或多个触发事件、设置第一偏置电压发生器(例如，第一偏置电压发生器502、602)或第二偏置电压发生器(例如，第二偏置电压发生器512、612)的一个或多个模式(例如，开、关、电压电平的变化等)，如本文进一步描述的，和/或在识别或判断一个或多个其他触发事件时的结束、识别或确定一个或多个其他触发事件等时返回到正常或其他操作模式，但不限于此。
因此，如关于图1和6的上文所述，所公开主题的各种非限制性实施方式提供示例性MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)，其包括MEMS麦克风元件(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)，其包括设置在麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中的振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)。
在非限制性方面，示例性MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)可以进一步包括设置在麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100等相关联的封装衬底114的封装)中的ASIC(例如，ASIC CMOS 104)，其包括第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器602)和第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器612)。在进一步的非限制性方面，示例性第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器602)可以可操作地耦合到振膜(例如，柔性振膜108或其一部分)，并且示例性第一偏置电压发生器可以被配置为向振膜(例如，柔性振膜108)提供第一偏置电压。在另一个非限制性方面，示例性第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器612)可以可操作地耦合到背板(例如，穿孔背板106或其一部分)，并且示例性第二偏置电压发生器可以被配置为向背板(例如，穿孔背板106)提供第二偏置电压，根据非限制性方面，其中第二偏置电压可以与第一偏置电压的极性相反。
在非限制性实施例中，如本文进一步描述的，示例性第一偏置电压可以是正极性，示例性第二偏置电压可以是负极性。在其他非限制性实施例中，示例性第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器602)可以包括正电荷泵和/或示例性第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器612)可以包括负电荷泵。在其他非限制性示例中，例如，如本文进一步描述的，示例性第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器602)可以被配置为提供在约9至约19.5伏特(V)范围内的正偏置电压，并且示例性第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器612)可以被配置为提供在约-15至约-7.5伏特(V)范围内的负偏置电压。在另一个非限制性方面，示例性第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器602)和示例性第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器612)可以维持实质相等的幅值。在又一个非限制性方面，可以维持示例性第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器602)和示例性第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器612)，使得与振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)相关联的一个或多个信号(例如，一个或多个第一信号606或一个或多个第二信号616中的一个或多个)未被扭曲(例如，被削波，其中一个信号相对于其他信号被过早地削波)。
在非限制性实施例中，如上所述，示例性ASIC(例如，ASIC CMOS 104)可以进一步包括电子电路(例如，包括差分放大器的电子电路604)。因此，示例性ASIC(例如，ASIC CMOS104)可以进一步包括电子电路(例如，包括差分放大器的电子电路604)，其中差分放大器的第一输入可以通过第一电容器(例如，电容器610)可操作地耦合到振膜(例如，柔性振膜108或其一部分)，并且其中差分放大器的第二输入可以通过第二电容器(例如，电容器614)可操作地耦合到背板(例如，穿孔背板106或其一部分)。因此，在其他非限制性实施方式中，示例性电子电路(例如，包括差分放大器的电子电路604)可以被配置为接收一个或多个信号(例如，所述一个或多个第一信号606或所述一个或多个第二信号616中的一个或多个)，所述一个或多个信号对应于施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压608)。在一个方面，示例性差分放大器可以被配置为拒绝背板(例如，穿孔背板106)和振膜(例如，柔性振膜108)之间的共模信号。因此，根据非限制性方面，示例性差分放大器可以被配置为基于对应于施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压608)的一个或多个信号(例如，一个或多个第一信号606或一个或多个第二信号616中的一个或多个)提供单个输出信号(例如，输出信号618)或差分输出信号(例如，包括输出信号618和输出信号620的ASIC CMOS 104的差分输出)。
在其他非限制性方面，示例性ASIC(例如，ASIC CMOS 104)可以进一步被配置为基于MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的功耗、声压级、预定噪声性能和/或例如本文进一步描述的其他考量以一组模式中的一个或多个模式操作第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器602)或第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器612)中的一个或多个。在又一个非限制性方面，示例性模式组中的一个或多个可以包括与第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器602)或第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器612)中的一个或多个相关联的一个或多个电压的变化，所述电压的变化在零和与第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器602)或第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器612)中的一个或多个相关联的最大电压电平之间。
所公开的主题的进一步的非限制性实施方式提供了针对示例性电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的示例性系统。在非限制性方面，例如，如关于图1和6的上文所述，示例性电容式MEMS传感器可包括设置在麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中的示例性MEMS声学传感器或麦克风元件102的振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)。如上文关于图1和图6的进一步描述，示例性系统可以包括电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)和电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的第二部分(例如，穿孔背板106或其一部分)。在非限制性方面，第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)可包括MEMS麦克风的振膜(例如，柔性振膜108)，和/或第二部分(例如，穿孔背板106或其一部分)可以包括MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的背板(例如，穿孔背板106)。
示例性系统可以进一步包括与电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)相关联的ASIC(例如，ASIC CMOS 104)，其包括差分放大器(例如，与电子电路604相关联的差分放大器)和一个或更多偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器602或偏置电压发生器612中的一个或多个)。作为非限制性示例，差分放大器的第一输入可以可操作地耦合到电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)，和/或差分放大器的第二输入可以可操作地耦合到电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的第二部分(例如，穿孔背板106或其一部分)。因此，在其他非限制性实施方式中，示例性电子电路(例如，包括差分放大器的电子电路604)可以被配置为接收一个或多个信号(例如，一个或多个第一信号606或一个或多个第二信号616中的一个或多个)，所述一个或多个信号对应于施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压608)。
在一个方面，示例性差分放大器可以被配置为拒绝背板(例如，穿孔背板106)和振膜(例如，柔性振膜108)之间的共模信号。因此，根据非限制性方面，示例性差分放大器可以被配置为基于对应于电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)和第二部分(例如，穿孔背板106或其一部分)之间的传感器信号变化(例如，电容变化)的一个或多个信号(例如，一个或多个第一信号606或一个或多个第二信号616中的一个或多个)提供单个输出信号(例如，输出信号618)或差分输出信号(例如，包括输出信号618和输出信号620的ASIC CMOS 104的差分输出)。
在示例性系统的非限制性方面，一个或多个偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器602或偏置电压发生器612中的一个或多个)可包括可操作地耦合到第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)的正电荷泵。在示例性系统的另一个非限制性方面，一个或多个偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器602或偏置电压发生器612中的一个或多个)可以进一步包括可操作地耦合到第二部分(例如，穿孔背板106或其一部分)的负电荷泵。在又一个非限制性方面，差分放大器的第一输入可以通过第一电容器(例如，电容器610)可操作地耦合到振膜(例如，柔性振膜108或其一部分)，并且差分放大器的第二输入可以通过第二电容器(例如，电容器614)可操作地耦合到背板(例如，穿孔背板106或其一部分)。
根据进一步的非限制性实施方式，例如，如本文进一步描述的，所述一个或多个偏置电压产生器(例如，偏置电压产生器602)中的一个或多个可被配置为提供在约9至约19.5伏特(V)范围内的正偏置电压，一个或多个偏置电压发生器中的另一个(例如，偏置电压发生器612)可以被配置为提供在约-15到约-7.5伏特(V)范围内的负偏置电压。在另一个非限制性方面，由一个或多个偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器602,612)提供的正偏置电压和负偏置电压可以维持实质相等的幅值。
在示例性系统的其他非限制性实施方式中，如本文所述，示例性ASIC(例如，ASICCMOS 104)可以进一步被配置为基于MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的功耗、声压级、预定噪声性能和/或例如本文进一步描述的其他考量以一组模式中的一个或多个模式操作正电荷泵或负电荷泵中的一个或多个。作为非限制性示例，例如，如本文进一步描述的，所述组模式中的一个或多个可以包括与第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器602)或第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器612)中的一个或多个相关联的一个或多个电压的变化，所述电压的变化在零和与第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器602)或第二偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器612)中的一个或多个相关联的最大电压电平之间。
图7描绘了根据本文描述的进一步实施例的进一步示例性电路框图700，其示出了其他示例性MEMS传感器偏置电压技术。例如，图7描绘了可以包括示例性ASIC CMOS 104的示例性电路框图700。在非限制性方面，ASIC CMOS 104可以设置在示例性麦克风封装中(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)。在进一步非限制性方面，ASIC CMOS 104可以包括一个或多个偏置电压发生器。在图7中描绘的示例性ASIC CMOS 104中，ASIC CMOS 104被描绘为包括偏置电压发生器702。如上文进一步描述的，偏置电压发生器702可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102的第一部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分的节点2)，并且偏置电压发生器702可以被配置为向第一部分提供正偏置电压。在非限制性方面，偏置电压发生器702可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102的柔性振膜108，并且偏置电压发生器702可以被配置为向柔性振膜108提供正偏置电压。在进一步非限制性方面，偏置电压发生器702可以包括正电荷泵。如上文进一步描述的，偏置电压发生器702可以包括其他偏置电压产生电路，例如某种形式的开关电容器电路，或者例如，本领域技术人员可用的其他偏置电压产生电路。在非限制性方面，由偏置电压发生器702产生的正Vbias可以包括比施加的Vdd电压大许多倍的电压。例如，示例性偏置电压发生器702可以被配置为提供在约9至约19.5伏特(V)范围内的正偏置电压。
如图7所示，ASIC CMOS 104可以进一步包括电子电路704或与电子电路704相关联。在非限制性方面，ASIC CMOS 104可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102。在进一步的非限制性方面，ASIC CMOS 104可以被配置为接收一个或多个第一信号706，所述第一信号706可以对应于施加到柔性振膜108的声波或声压708。根据进一步的非限制性方面，示例性偏置电压发生器702和第一部分第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)可以通过电容器710可操作地耦合到电子电路704。根据非限制性方面，在ASIC CMOS104的示例性实施方式中，电子电路704可以包括差分放大器，其中差分放大器的第一输入可以可操作地耦合到第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)。
与包括第二偏置电压发生器612的图6的示例性电路框图600相反，图7的示例性电路框图700描绘了MEMS声学传感器或麦克风元件102的第二部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个的节点1)，其可以可操作地耦合到固定DC电位或高阻抗接地连接712。在非限制方面，固定DC电位或高阻抗接地连接712可以可操作地耦合到MEMS声学传感器或麦克风元件102的穿孔背板106。在另一个非限制性方面，穿孔背板106可以可操作地耦合接地。根据进一步的非限制性方面，固定DC电位或高阻抗接地连接712和第二部分(例如，穿孔背板106或其一部分)可以通过电容器714可操作地耦合到电子电路704。
如上文进一步描述的，在ASIC CMOS 104的示例性实施方式中，电子电路704可以包括差分放大器，其中差分放大器的第二输入可以可操作地耦合到第二部分(例如，穿孔背板106或一部分)物)。如上文进一步描述的，在进一步的非限制性方面，ASIC CMOS 104可以被配置为接收一个或多个第二信号716，所述第二信号716可以对应于或者与施加到柔性振膜108的声波或声压708相关联。
作为在图7的示例性电路框图700中采用示例性偏置电压发生器702和固定DC电位或高阻抗接地连接712取代如图6的示例性电路框图600中包括的第二偏置电压发生器612的结果。在示例性电路框图700中描绘的ASIC CMOS104可以提供降低的复杂性、成本和/或功耗，同时，因为与电子电路704的示例性差分放大器相关联的差分输入而促使改进的共模抑制，和/或同时因为与ASIC CMOS 104相关联的差分输出能力而提供改进的SPL能力(例如，改善的动态范围)。可以理解的是，如本文所述，固定DC电位或高阻抗接地连接712的示例性固定DC电位可包括在本领域技术人员可获得的技术所允许的范围内的任何预定值的固定DC电位，例如，受常规半导体工艺的击穿电压的限制。
因此，在非限制性方面，电子电路704的示例性差分放大器可以被配置为基于一个或多个第一信号706提供单个输出信号718，所述第一信号706可以对应于施加到柔性振膜108的声波或声压708。在另一个非限制性方面，电子电路704的示例性差分放大器可以被配置为基于可以对应于或者与施加到柔性振膜108的声波或声压708相关联的一个或多个的第一信号706和第二信号716来提供包括输出信号718和输出信号720的差分输出。因此，如图7所示，对于施加到包括柔性振膜108的节点2(例如，包括柔性振膜108或穿孔背板106或其一部分)的正Vbias，其中声波或声压708穿过穿孔背板106以变形柔性振膜108，穿过穿孔背板106并使柔性振膜108变形远离穿孔背板106的正向压力波将导致可变电容的减小，这可导致正向输出信号722产生。因此，如图7所示，采用电路框图700的各个方面的所公开主题的示例性实施例可以有助于提供生成的输出信号722，其不是反相的，而是同相的，或者与声波或声压708的正向压力波有匹配的极性，同时，因为与电子电路704的示例性差分放大器相关联的差分输入而提供改进的共模抑制，和/或同时因为与包括输出信号718和输出信号720的ASIC CMOS 104的差分输出能力相关联的电位差分输出能力而提供改进的SPL能力(例如，改善的动态范围)。
因此，如关于图1和7的上文所描述的，所公开的主题的各种非限制性实施方式提供示例性MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)，其包括MEMS麦克风元件(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)，其包括设置在麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中的振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)。
在非限制性方面，示例性MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)可以进一步包括设置在麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中的ASIC(例如，ASIC CMOS 104)，其包括第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器702)。在进一步的非限制性方面，示例性ASIC(例如，ASIC CMOS104)可以进一步包括第二偏置电压发生器(未示出)中的一个或多个或固定DC电位或高阻抗接地连接712。在其他非在限制实施方式中，示例性第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器702)可以可操作地耦合到振膜(例如，柔性振膜108或其一部分)，并且示例性第一偏置电压发生器可以被配置为向振膜(例如，柔性振膜108)提供第一偏置电压。在其他非限制性实施方式中，第二偏置电压发生器(未示出)中的一个或多个或固定DC电位或高阻抗接地连接712可以可操作地耦合到背板(例如，穿孔背板106或其一部分)，并且第二偏置电压发生器可以被配置为向背板(例如，穿孔背板106)提供第二偏置电压，其中第二偏置电压可以具有与第一偏置电压相反的极性，或者可以被配置为提供固定DC电位或高阻抗接地连接712。如上所述，在非限制性实施例中，示例性第一偏置电压可以是正极性，示例性第二偏置电压可以是负极性，如本文进一步描述的，而高阻抗接地连接712可以促使将背板(例如，穿孔背板106或其一部分)可操作地耦合到如本文所述的示例性差分放大器的第二输入端。
在其他非限制性实施例中，示例性第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器702)可以包括正电荷泵和/或示例性第二偏置电压发生器(未示出)可以包括负电荷泵。在其他非限制性示例中，例如，如本文进一步描述的，示例性第一偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器702)可以被配置为提供在约9至约19.5伏特(V)范围内的正偏置电压，并且示例性第二偏置电压发生器(未示出)可以被配置为提供在约-15至约-7.5伏特(V)的范围内的负偏置电压。在其他非限制性实施方式中，第二部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分中的另一个的节点1)可操作地耦合到固定DC电位或高阻抗接地连接712。在另一非限制方面，示例性第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器702)和示例性第二偏置电压(未示出)可以维持实质上相等的幅值，或者可以提供固定DC电位或高阻抗接地连接712。
对于其他非限制性实施例，如上所述，示例性ASIC(例如，ASIC CMOS104)可以进一步包括电子电路(例如，包括差分放大器的电子电路704)。因此，在一个方面，示例性电子电路(例如，包括差分放大器的电子电路704)可以包括差分放大器，其中差分放大器的第一输入可以通过第一电容器(例如，电容器710)可操作地耦合到振膜(例如，柔性振膜108或一部分)，并且其中差分放大器的第二输入可以通过第二电容器(例如，电容器714)可操作地耦合到背板(例如，穿孔背板106或其一部分)。因此，在其他非限制性实施方式中，示例性电子电路(例如，包括差分放大器的电子电路704)可以被配置为接收一个或多个信号(例如，所述一个或多个第一信号706或所述多个第二信号716中的一个或多个)，所述一个或多个信号对应于施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压708)。在一个方面，示例性差分放大器可以被配置为抑制第一部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分的节点2)与第二部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分中的另一个的节点1)之间的共模信号。因此，根据非限制性方面，示例性差分放大器可以被配置为基于与施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压708)相对应的一个或多个信号(例如，一个或多个第一信号706或多个的第二信号716中的一个或多个)提供单个输出信号(例如，输出信号718)或差分输出信号(例如，包括输出信号718和输出信号720的ASICCMOS 104的差分输出)。
所公开的主题的进一步的非限制性实施方式提供了针对示例性电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的示例性系统。在非限制性方面，例如，如关于图1和7的上文所述，示例性电容式MEMS传感器可包括设置在麦克风封装(例如，包括盖子或盖体112和与MEMS传感器装置或麦克风100相关联的封装衬底114等的封装)中的示例性MEMS声学传感器或麦克风元件102的振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)。如关于图1和7的上文进一步所述，示例性系统可包括电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的第一部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分的节点2)和电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的第二部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分中的另一个的节点1)。根据非限制性实施方式，第一部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分的节点2)可包括MEMS麦克风的振膜(例如，柔性振膜108)，并且其中第二部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分中的另一个的节点1)可包括MEMS麦克风(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的背板(例如，穿孔背板106)。在非限制性方面，第一部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分的节点2)可包括MEMS麦克风的振膜(例如，柔性振膜108)和/或第二部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分中的另一个的节点1)可包括MEMS麦克风的背板(例如，穿孔背板106)。
示例性系统还可以包括与电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)相关联的ASIC(例如，ASIC CMOS 104)，其包括差分放大器(例如，与电子电路704相关联的差分放大器)和一个或多个偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器702)。作为非限制性示例，差分放大器的第一输入可以可操作地耦合到电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的第一部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分的节点2)，和/或差分放大器的第二输入可以可操作地耦合到电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的第二部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分中的另一个的节点1)。因此，在其他非限制性实施方式中，示例性电子电路(例如，包括差分放大器的电子电路704)可以被配置为接收一个或多个信号(例如，所述一个或多个第一信号706或所述多个第二信号716中的一个或多个)，所述一个或多个信号对应于施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压708)。在一个方面，示例性差分放大器可以被配置为抑制第一部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分的节点2)与第二部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分的中另一个的节点1)之间的共模信号。因此，根据非限制性方面，示例性差分放大器可以被配置为基于对应于电容式MEMS传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的第一部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分的节点2)和第二部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分中的另一个的节点1)之间的传感器信号变化(例如，电容变化)的一个或多个信号(例如，一个或多个第一信号706或更多个第二信号716中的一个或多个)提供单个输出信号(例如，输出信号718)或差分输出信号(例如，包括输出信号718和输出信号720的ASIC CMOS 104的差分输出)中的一个或多个。
在示例性系统的非限制性方面，所述一个或多个偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器702)可以包括可操作地耦合到第一部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分的节点2)的正电荷泵。在示例性系统的另一个非限制性方面，如本文进一步描述的，第二部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分中的另一个的节点1)可以可操作地耦合到固定DC电位或高阻抗接地连接712。在又一个非限制性方面，差分放大器的第一输入可以通过第一电容器(例如，电容器710)可操作地耦合到第一部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分的节点2)，差分放大器的第二输入可以通过第二电容器(例如，电容器714)可操作地耦合到第二部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分中的另一个的节点1)。根据进一步的非限制性实施方式，例如，如本文进一步描述的，所述一个或多个偏置电压发生器(例如，偏置电压发生器702)中的一个或多个可以被配置为提供在约9至约19.5伏特(V)范围内的正偏置电压，所述一个或多个偏置电压发生器(未示出)中的另一个可以被配置为提供在约-15至约-7.5伏特(V)范围内的负偏置电压。在其他非限制性实施方式中，第二部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108或其一部分中的另一个的节点1)可以可操作地耦合到固定DC电位或高阻抗接地连接712。在另一个非限制方面，示例性第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器702)和示例性第二偏置电压(未示出)可以维持实质上相等的幅值，或者可以提供固定DC电位或高阻抗接地连接712。
虽然出于说明而非限制的目的，参考了MEMS传感器装置或麦克风100、MEMS声学传感器或麦克风元件102和/或ASIC CMOS 104或其部分等的示例性非限制性实施例，本文中描述了所公开主题的各种非限制性实施方式。可以理解到，在本文中所公开主题的所附权利要求的范围内，所公开的主题的变化是可能的。例如，可以理解到，本文所描述的关于图3-7的各个方面，例如，可以用于MEMS传感器装置或麦克风的实施方式中，其中通过端口进入MEMS麦克风封装的声压可以直接冲击与背板相对的振膜。作为非限制性示例，MEMS传感器装置或麦克风的实施方式中，其中通过端口进入MEMS麦克风封装的声压可直接冲击与背板相对的振膜，可采用如本文所述的关于图6-7的各种方面，例如，通过反转极性和/或与相关的偏置电压发生器的振膜和背板的连接，和/或采用与电子电路604/704相关的差分放大器结构。作为进一步的非限制性实例，应注意，在本文所述的关于图6-7的各种方面，例如，所公开的主题可以促使反转极性和/或与相关的偏置电压发生器的振膜和背板的连接，这可以反转所得信号的极性，和/或采用与电子电路604/704相关的差分放大器结构，其可以消除所得信号的极性的这种考量。此外，尽管本文对差分放大器进行了各种参考，但是可以理解，示例性差分放大器可以如本领域技术人员所理解的包括多个单端放大器的布置。
另外，虽然出于理解的目的，本文中参考示例性MEMS传感器装置或麦克风描述了各种非限制性实施例，但是本文所公开的主题所附的权利要求的范围不限于此。在非限制性示例中，可以理解的是，本文所描述的关于图3-7的各个方面，例如，可以使用于依赖电容感测元件(例如，压力传感器、差压传感器、超声传感器等)的其他MEMS传感器或装置的实施方式和/或可以应用于采用其他感测元件(例如，光学感测元件、压电感测元件等)的其他MEMS传感器装置中。此外，虽然可以在针对包括电压信号或信号或其他信号的一个或多个信号的各种文本中进行参考或得到提示，但是出于理解的目的，附加于本文公开的主题的权利要求的范围不限于此。因此，如本文所述的关于图3-7各个方面，例如，可以在不采用电压信号而是采用另一信号(例如，电流信号和光信号等)的其他环境中采用。
此外，虽然为了理解的目的，本文中参考与MEMS传感器或装置相关联的传感器信号变化(例如电容变化)描述了各种非限制性实施例，但是附加于本文公开的主题的权利要求的范围不限于此。在另一个非限制性示例中，可以理解的是，本文描述的关于图3-7的各个方面，例如，可以使用于可以采用技术来维持各种传感器信号恒定(例如，恒定电流，恒定电压等)的其他MEMS传感器或设备的实施方式中，其同时可以通过所采用的技术检测与传感器参数改变紧密相关的另一信号。换句话说，本文描述的关于图3-7的各个方面，例如，可以在不需要或不采用如本文描述的传感器信号变化、电容变化等的其他MEMS传感器或装置的其他实施方式中采用。
鉴于上文描述的主题，将参考图8-12的流程图以更好地理解根据所公开的主题而可以实施的方法。虽然为了简化说明的目的，将方法示出并描述为一系列块，但应理解和认知到，这些图示或相应的描述不受块的顺序限制，因为一些块可能出现在不同的块中和/或与本文所描绘和描述的其他块同时出现。通过流程图示出的任何非顺序或分支流程应当被理解为指示可以实施的块的各种其他分支、流程路径和/顺序，其实施方式达成相同或相似的结果。此外，不是所有示出的块都需要用来实施方式后文描述的方法。
示例性方法
图8描绘了根据所公开主题的各种非限制性方面的与MEMS传感器或麦克风的示例性偏置电压相关联的非限制性方法800的示例性流程图。因此，如本文所述，示例性方法800的各种非限制性实施方式在802处可包括将正偏置电压(例如，通过偏置电压发生器302)施加到包括振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)的MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，柔性振膜108)。在非限制性方面，施加正偏置电压(例如，通过偏置电压电压发生器302)到MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，柔性振膜108)可包括将正偏置电压(例如，通过偏置电压发生器302)施加到具有ASIC(例如，ASIC CMOS 104)的正电荷泵的第一部分(例如，柔性振膜108)。在进一步的非限制性方面，如本文所述，将正偏置电压(例如，通过偏置电压发生器302)施加到第一部分(例如，柔性振膜108)可包括施加正偏置电压(例如，通过偏置电压发生器302)到振膜(例如，柔性振膜108)的至少一部分。在又一个非限制性方面，将正偏置电压(例如，通过偏置电压发生器302)施加到第一部分(例如，柔性振膜108)可以包括在约为9至约19.5伏特(V)的所述范围内施加正电压(例如，通过偏置电压发生器302)。
在进一步的非限制性方面，示例性方法800在804处可以包括将MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第二部分(例如，穿孔背板106)维持在大地电位。示例性方法800在806处还可以包括利用与MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)相关联的ASIC(例如，ASIC CMOS 104)中的缓冲放大器(例如，包括缓冲放大器的电子电路304)，接收来自第一部分(例如，柔性振膜108)并响应于MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)之间的传感器信号变化(例如，电容变化)的信号(例如，一个或多个信号306)。如本文进一步描述的，正偏置电压(例如，通过偏置电压发生器302生成的正偏置电压)和第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)可以通过电容器(例如，电容器310)可操作地耦合到缓冲放大器(例如，包括缓冲放大器的电子电路304)。在进一步的非限制性方面，从第一部分(例如，柔性振膜108)接收信号(例如，一个或多个信号306)可以进一步包括从振膜(例如，柔性振膜108)的至少一部分接收信号(例如，一个或多个信号306)。
作为进一步的非限制性示例，例如，如本文进一步描述的，示例性方法800在808处可以包括产生与传感器信号改变(例如，电容变化)相关联的缓冲放大器(例如，包括缓冲放大器的电子电路304)的输出信号(例如，输出信号312)。例如，在方法800的各种示例性实施方式中，产生输出信号(例如，输出信号312)可以包括产生与施加于振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压308)极性相匹配的输出信号(例如，输出信号312)。
图9描绘了根据所公开主题的各种非限制性方面的与用于示例性MEMS传感器或麦克风的偏置电压相关联的非限制性方法900的另一示例性流程图。因此，如本文所述，示例性方法900的各种非限制性实施方式在902处可包括将负偏置电压(例如，通过偏置电压发生器402)施加到包括振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，穿孔背板106)。在非限制性方面，施加负偏置电压(例如，通过偏置电压发生器402)到MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，穿孔背板106)可包括施加负偏置电压(例如，通过偏置电压发生器402)到具有ASIC的负电荷泵的背板(例如，穿孔背板106)的至少一部分。在进一步的非限制性方面，将负偏置电压(例如，通过偏置电压发生器402)施加到第一部分(例如，穿孔背板106)可以包括在约-15至约-7.5伏特(V)的范围内施加负偏置电压(例如，通过偏置电压发生器402)。
在又一个非限制性方面，示例性方法900在904处可以包括利用与MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)相关联的ASIC(例如，ASIC CMOS 104)中的缓冲放大器(例如，包括缓冲放大器的电子电路404)，接收来自第二部分(例如，柔性振膜108)并响应于MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)之间的传感器信号变化(例如，电容变化)的信号(例如，一个或多个信号406)。此外，示例性方法900在906处还可以包括产生与传感器信号变化(例如，电容变化)相关联的缓冲放大器(例如，包括缓冲放大器的电子电路404)的输出信号(例如，输出信号410)。在另一非限制性方面，产生输出信号(例如，输出信号410)可以包括产生与施加到振膜(例如，柔性振膜108)的声压(例如，声波或声压408)的极性相匹配的输出信号(例如，输出信号410)。
图10描绘了根据所公开主题的各种非限制性方面的与用于MEMS传感器或麦克风的示例性偏置电压相关联的非限制性方法1000的又一示例性流程图。因此，如本文所述，示例性方法1000的各种非限制性实施方式在1002处可包括将第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器502)施加到电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的一者)。在非限制性方面，将第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器502)施加到电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的一者)可包括将正电压(例如，通过偏置电压发生器502)施加到MEMS麦克风传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的振膜(例如，柔性振膜108)。
在另一非限制性方面，如本文进一步描述的，示例性方法1000在1004处可包括将第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器512)施加到电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第二部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个)，其中第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器512)具有与第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器502)相反的极性。在进一步的非限制性方面，将第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器512)施加到电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第二部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个)可以包括将负电压(例如，通过偏置电压发生器512)施加到电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的背板(例如，穿孔背板106)。
在示例性方法1000(未示出)的其他非限制性实施方式中，示例性方法1000可以包括利用与MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)相关联的ASIC(例如，ASIC CMOS 104)中的缓冲放大器(例如，包括缓冲放大器的电子电路504)，接收来自第一部分(例如，柔性振膜108)并响应于在MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的振膜(例如，柔性振膜108)和背板(例如，穿孔背板106)之间的传感器信号变化(例如，电容变化)的信号(例如，一个或多个信号506)。如上所述，示例性正偏置电压(例如，通过偏置电压发生器502的正偏置电压)和第一部分(例如，柔性振膜108或其一部分)可以通过电容器(例如，电容器510)可操作地耦合到缓冲放大器(例如，包括缓冲放大器的电子电路504)。另外，示例性方法1000(未示出)的进一步的非限制性实施方式可以包括产生与传感器信号变化(例如，电容变化)相关联的缓冲放大器(例如，包括缓冲放大器的电子电路504)的输出信号(例如，输出信号514)。
在示例性方法1000(未示出)的进一步的非限制性实施方式中，例如，如本文进一步描述的，示例性方法1000可以进一步包括根据基于电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的功耗、声压级、预定噪声性能和/或其他考量的一组模式中的一个或多个选择性地改变第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器502)或第二偏置电压中的一个或多个(例如，通过偏置电压发生器512)。在非限制性方面，根据一组模式中的一个或多个选择性地改变第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器502)电压或第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器512)中的一个或多个可以包括在零和最大电压电平之间改变第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器502)或第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器512)中的一个或多个。如本文进一步描述的，选择性地改变第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器502)或第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器512)中的一个或多个可以包括在约-15至约-7.5伏特(V)的范围内选择性地改变负偏置电压(例如，通过偏置电压发生器512)中的一个或多个或在约9至约19.5伏特的范围内(V)选择性地改变正偏置电压(例如，通过偏置电压发生器502)。
图11描绘了根据所公开主题的进一步非限制性方面的与用于MEMS传感器或麦克风的示例性偏置电压相关联的非限制性方法1100的进一步示例性流程图。因此，如本文所述，示例性方法1100的各种非限制性实施方式可包括在1102处将第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器602)施加到电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的一个)。在非限制性方面，将第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器602)施加到电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的一个)可包括将正电压(例如，通过偏置电压发生器602)施加到MEMS麦克风传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的振膜(例如，柔性振膜108)。
在示例性方法1100的进一步的非限制性实施方式中，例如，如本文进一步描述的，示例性方法1100在1104处可以进一步包括将第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器612)施加到电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102))的第二部分(例如，穿孔背板或柔性振膜108中的另一个)。在进一步的非限制性方面，将第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器612)施加到电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第二部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个)可以包括将负电压(例如，通过偏置电压发生器612)施加到电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的背板(例如，穿孔背板106)。因此，在非限制性方面，如本文进一步描述的，将第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器612)施加到电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第二部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个)可以包括施加具有与第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器602)相反的极性的第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器612)。在示例性方法1100的其他非限制性实施方式中，将第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器612)施加到电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第二部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个)可以包括将第二部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个)耦合到一个或多个固定DC电位或高阻抗接地连接。
示例性方法1100在1106处可以进一步包括在与电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)相关联的ASIC(例如，ASIC CMOS104)中的差分放大器(例如，包括差分放大器的电子电路604)的第一输入处，接收来自第一部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的一个)并响应于电容式MEMS传感器(MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的一个)与第二部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个)之间的传感器信号变化(例如，电容变化)的第一信号(例如，一个或多个第一信号606)。在1108处，示例性方法1100可以进一步包括在差分放大器(例如，包括差分放大器的电子电路604)的第二输入处接收来自第二部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个)并响应于传感器信号变化(例如，电容变化)的第二信号(例如，一个或多个第二信号616)。在又一个非限制性方面，例如，如本文进一步描述的，在第一输入处接收或在第二输入处接收可以包括通过电容器(例如，电容器610或614中的一个或多个)在差分放大器(例如，包括差分放大器的电子电路604)处接收。
在示例性方法1100的其他非限制性实施方式中，例如，如本文进一步描述的，在1110处，示例性方法1100可进一步包含产生与传感器信号变化(例如，电容变化)相关联的差分放大器(例如，包括差分放大器的电子电路604)的输出信号(例如，输出信号618和输出信号620中的一个或多个)。例如，在非限制性实施例中，产生与传感器信号改变(例如，电容改变)相关联的输出信号(例如，输出信号618和输出信号620中的一个或多个)可以包含产生基于与电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)相关联的电容变化的输出信号(例如，输出信号618和输出信号620中的一个或多个)。在非限制性方面，产生输出信号(例如，输出信号618和输出信号620中的一个或多个)可以包括基于对应于传感器信号变化(例如，电容变化)的第一信号(例如，一个或多个第一信号606)或第二信号(例如，一个或多个第二信号616)中的一个或多个产生单个输出信号(例如，输出信号618)或差分输出信号(例如，包括输出信号618和输出信号620的ASIC CMOS 104的差分输出)中的一个或多个。在进一步的非限制性方面，例如，通过包括差分放大器等的电子电路604，产生输出信号(例如，输出信号618和输出信号620中的一个或多个)可以包括抑制第一部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的一个)和第二部分(例如，穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个)之间的共模信号。
在示例性方法1100(未示出)的进一步的非限制性实施方式中，示例性方法1100可进一步包含根据基于电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的功耗、声压级或预定噪声性能和/或其他例如本文进一步描述的考虑因素的一组模式中的一个或多个，选择性地改变第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器602)或第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器612)中的一个或多个。作为非限制性示例，根据一组模式中的一个或多个选择性地改变第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器602)或第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器612)中的一个或多个可以包括在零和最大电压电平之间改变第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器602)或第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器612)中的一个或多个。如本文进一步描述的，选择性地改变第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器602)或第二偏置电压(例如，通过偏置电压发生器612)中的一个或多个可以包括选择性地在约-15至约-7.5伏特(V)的范围内改变负偏置(例如，通过偏置电压发生器612)电压或在约9至约19.5伏特(V)的范围内改变正偏置电压(例如，通过偏置电压发生器602)中的一个或多个。
图12描绘了根据所公开主题的其他非限制性方面的与用于MEMS传感器或麦克风的示例性偏置电压相关联的非限制性方法1200的另一示例性流程图。因此，如本文所述，示例性方法1200的各种非限制性实施方式在1202中处可包括将第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器702)施加到电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108的节点2)。在非限制性方面，将第一偏置电压(例如，通过偏置电压发生器702)施加到电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108的节点2)可包括将正电压(例如，通过偏置电压发生器702)施加到MEMS麦克风传感器(例如，MEMS传感器装置或麦克风100)的振膜(例如，柔性振膜108)。
在示例性方法1200的进一步的非限制性实施方式中，在1204处，示例性方法1200可以进一步包括将电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第二部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个的节点1)耦合到固定直流(DC)电位或高阻抗接地连接。
示例性方法1200在1206处可以进一步包括在与电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)相关联的ASIC(例如，ASIC CMOS104)中的差分放大器(例如，包括差分放大器的电子电路704)的第一输入处，接收来自第一部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108的节点2)并响应于电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)的第一部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108的节点2)与第二部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个的节点1)之间的传感器信号变化(例如，电容变化)的第一信号(例如，一个或多个第一信号706)。在1208处，例如，如本文进一步描述的那样，示例性方法1200可以进一步包括在差分放大器(例如，包括差分放大器的电子电路704)的第二输入处接收来自第二部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个的节点1)并响应于传感器信号变化(例如，电容变化)的第二信号(例如，一个或多个第二信号716)。在又一个非限制性方面，例如，如本文进一步描述的，在第一输入处接收或在第二输入处接收可以包括通过电容器(例如，电容器710或714中的一个或多个)在差分放大器(例如，包括差分放大器的电子电路704)处接收。
在示例性方法1200的其他非限制性实施方式中，在1210处，例如，如本文进一步描述的，示例性方法1200可以进一步包括产生与传感器信号变化(例如，电容变化)相关联的差分放大器(例如，包括差分放大器的电子电路704)的输出信号(例如，输出信号718和输出信号720中的一个或多个)。例如，在非限制性方面，产生与传感器信号变化(例如，电容变化)相关联的输出信号(例如，输出信号718和输出信号720中的一个或多个)可以包括基于与电容式MEMS传感器(例如，MEMS声学传感器或麦克风元件102)相关联的电容变化产生输出信号(例如，输出信号718和输出信号720中的一个或多个)。在非限制性方面，产生输出信号(例如，输出信号718和输出信号720中的一个或多个)可以包括基于对应于传感器信号变化(例如，电容变化)的第一信号(例如，一个或多个第一信号706)或第二信号(例如，一个或多个第二信号716)中的一个或多个产生单个输出信号(例如，输出信号718)或差分输出信号(例如，包括输出信号718和输出信号720的ASIC CMOS 104的差分输出)中的一个或多个。在进一步的非限制性方面，产生输出信号(例如，输出信号718和输出信号720中的一个或多个)可以基于抑制来自第一部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108的节点2)的第一信号(例如，一个或多个第一信号706)和来自第二部分(例如，包括穿孔背板106或柔性振膜108中的另一个的节点1)的第二信号(例如，一个或多个第二信号716)之间的共模信号，例如，通过包括差分放大器等的电子电路704。
以上描述的内容包括所公开主题的实施例的示例。当然，出于描述所要求保护的主题的目的，不可能描述配置、组件和/或方法的每个可想到的组合，但是应当理解，各种实施例的进一步其他组合和置换是可能的。因此，所要求保护的主题旨在涵盖落入所附权利要求的精神和范围内的所有这些改变、修改和变化。尽管出于说明性目的在所公开的主题中描述了特定实施例和示例，但是如相关领域的技术人员可以认知到的，可以在这些实施例和示例的范围内考虑进行各种修改。
此外，本文使用词语“示例”或“示例性”来表示用作示例、实例或说明。本文中描述为“示例性”的任何方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更优选或更具优势。相反，使用“示例性”一词旨在以具体方式呈现概念。如在本申请中所使用的，术语“或”旨在表示包含性的“或”而非排他性的“或”。也就是说，除非另有说明或从上下文中清楚显示，否则“X使用A或B”旨在表示任何自然的包含性排列。也就是说，如果X使用A；X使用B；或者X使用A和B两者，然后在任何前述情况下满足“X使用A或B”。另外，本申请和所附权利要求中使用的冠词“一”和“一个”通常应理解为表示“一个或多个”，除非另有说明或从上下文清楚地指向单数形式。
另外，尽管可能仅相对于若干实施例中的一个公开了一个方面，但是这样的特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征组合，这对于任何给定或特定应用可能是需要的和有利的。此外，对于在详细描述或权利要求中使用术语“包括有”、“包括”、“具有”、“包含”、其变体和其他类似词语的范围，这些术语旨在包括在类似于作为开放转换词的术语“包括”内，而不排除任何附加或其他元素的方式。诸如电压、比率等的数值数据在本文中以范围形式呈现。范围形式仅用于方便和简洁。范围形式旨在灵活地解释为不仅包括明确列为范围限制的数值，而且还包括范围内包含的所有个别数值或子范围，如同每个数值和子范围一样范围明确列举。当在本文中报告时，任何数值意味着隐含地包括术语“约”。在进行测量时可能发生的实验误差导致的值意味着将包括在数值中。

Claims (24)

1.一种微机电系统MEMS麦克风，其特征在于，所述微机电系统麦克风包含：
MEMS麦克风元件，包含设置在麦克风封装中的振膜和背板；
设置在麦克风封装中的专用集成电路ASIC，包括第一偏置电压发生器和第二偏置电压发生器，其中第一偏置电压发生器可操作地耦合到振膜并且被配置为向振膜提供第一偏置电压并且第二偏置电压发生器可操作地耦合到背板并且被配置为向背板提供第二偏置电压，其中第二偏置电压具有与第一偏置电压相反的极性，并且其中所述ASIC被进一步配置为至少部分地基于MEMS麦克风的功耗、声压级或预定噪声性能在一组模式中的至少一个模式下操作所述第一偏置电压发生器或所述第二偏置电压发生器中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述第一偏置电压具有正极性，并且其中所述第二偏置电压具有负极性。
3.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述第一偏置电压发生器包括正电荷泵，并且其中所述第二偏置电压发生器包括负电荷泵。
4.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述ASIC还包括电子电路，所述电子电路可操作地耦合到所述MEMS麦克风元件并且被配置为接收对应于施加到所述振膜的声压的至少一个信号。
5.根据权利要求4所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述电子电路包括缓冲放大器，并且其中所述缓冲放大器的输入通过电容器可操作地耦合到所述振膜或所述背板中的至少一个。
6.根据权利要求4所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述电子电路包括差分放大器，其中所述差分放大器的第一输入通过第一电容器可操作地耦合到所述振膜，并且其中所述差分放大器的第二输入通过第二个电容器可操作地耦合到所述背板。
7.根据权利要求6所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述差分放大器被配置为至少部分地基于与施加到所述振膜的声压对应的所述至少一个信号提供单个输出信号或差分输出信号。
8.根据权利要求6所述的MEMS麦克风，其特征在于，被配置为向所述振膜提供所述第一偏置电压的所述第一偏置电压发生器或被配置为向所述背板提供所述第二偏置电压的所述第二偏置电压发生器包括将所述背板耦合到固定直流电位或高阻抗接地连接中的至少一个。
9.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述一组模式中的至少一个包括在与零和与第一偏置电压发生器或第二偏置电压发生器中的至少一个相关联的最大电压电平之间的与第一偏置电压发生器或第二偏置电压发生器中的至少一个相关联的至少一个电压的变化。
10.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述第一偏置电压和所述第二偏置电压被配置为使得它们的幅值实质相等或者使得与所述振膜和所述背板相关联的信号不会扭曲。
11.一种将偏置电压提供给微机电系统传感器的方法，其特征在于，所述方法包括：
将第一偏置电压施加到电容式微机电系统MEMS传感器的第一部分；
将第二偏置电压施加到电容式MEMS传感器的第二部分；
根据至少部分地基于电容式MEMS传感器的功耗、声压级或预定噪声性能的一组模式中的至少一个选择性地改变所述第一偏置电压或所述第二偏置电压中的至少一个；
在与电容式MEMS传感器相关联的专用集成电路中的差分放大器的第一输入处接收来自第一部分并响应在电容式MEMS传感器的第一部分和第二部分之间的传感器信号变化的第一信号；
在差分放大器的第二输入处接收来自第二部分并响应于传感器信号变化的第二信号；以及
产生与传感器信号变化相关的差分放大器的输出信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，产生与传感器信号变化相关联的输出信号包括至少部分地基于与电容式MEMS传感器相关联的电容变化来产生输出信号。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述第一偏置电压施加到所述电容式MEMS传感器的第一部分包括将正电压施加到MEMS麦克风传感器的振膜或背板中的一个。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，将所述第二偏置电压施加到所述电容式MEMS传感器的第二部分包括将负电压施加到所述MEMS麦克风传感器的振膜或背板中的另一个。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述第二偏置电压施加到所述电容式MEMS传感器的第二部分包括将所述第二部分耦合到固定直流电位或高阻抗接地连接中的至少一个。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，产生所述差分放大器的输出信号包括至少部分地基于对应于传感器信号变化的第一信号或第二信号中的至少一个来产生单个输出信号或差分输出信号中的至少一个。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，产生所述输出信号包括基于抑制所述第一部分和所述第二部分之间的共模信号来产生所述输出信号。
18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述第一输入处接收或在所述第二输入处接收中的至少一个包括通过电容器在所述差分放大器处接收。
19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，根据一组模式中的至少一个选择性地改变所述第一偏置电压或所述第二偏置电压中的至少一个包括改变零和最大电压电平之间的所述第一偏置电压或所述第二偏置电压中的至少一个。
20.一种微机电系统传感器的系统，其特征在于，所述系统包含：
电容式微机电系统MEMS传感器的第一部分；
所述电容式MEMS传感器的第二部分；和
与所述电容式MEMS传感器相关联的专用集成电路，包括差分放大器和至少一个偏置电压发生器，其中所述差分放大器的第一输入可操作地耦合到所述电容式MEMS传感器的第一部分，并且其中所述差分放大器的第二输入可操作地耦合到所述电容式MEMS传感器的第二部分，并且其中差分放大器被配置为至少部分地基于对应于电容式MEMS传感器的第一部分和第二部分之间的传感器信号变化的至少一个信号提供单个输出信号或差分输出信号中的至少一个，其中所述第二部分可操作地耦合到固定直流电位或高阻抗接地连接中的至少一个，并且其中所述差分放大器被配置为抑制所述第一部分和所述第二部分之间的共模信号。
21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述至少一个偏置电压发生器包括可操作地耦合到所述第一部分的正电荷泵。
22.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述差分放大器的第一输入通过第一电容器可操作地耦合到所述电容式MEMS传感器的第一部分，并且其中所述差分放大器的第二输入通过第二电容器可操作地耦合到所述电容式MEMS传感器的第二部分。
23.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述至少一个偏置电压发生器进一步包括可操作地耦合到所述第二部分的负电荷泵。
24.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述第一部分包括MEMS麦克风的振膜，并且其中所述第二部分包括所述MEMS麦克风的背板。
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