CN110740405A - 一种集成式音频处理芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种集成式音频处理芯片。在一个实施例中，音频处理芯片上集成有处理器、数模转换器和音频驱动器的集成电路；设置于所述半导体衬底上方的第一金属板和第二金属板，第一金属板和第二金属板与所述半导体衬底之间设置有绝缘层，所述第一金属板和所述第二金属板组成电容的两个极,所述电容的两个极分别通过接触孔与半导体衬底中集成的音频驱动电路相连；所述振动膜通过多个支撑柱连接到第一金属板和第二金属板的上方；处理器通过所需播放的音频信号的音量的大小，来调节升压电路的输出电压使得所述输出电压随着所需播放的音频信号的音量大小变化，有助于提高系统的工作效率和有利于需要使用音频处理芯片的设备的设计更加轻巧和小型化。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域,,尤其涉及一种集成式音频处理芯片。
背景技术
传统技术中需要音频处理芯片和分离的扬声器组成耳机。随着无线耳机的发展，客户追求越来越轻巧的耳机，这样更加舒适。因此需要考虑将音频处理芯片和分离的扬声器结合。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种集成式音频处理芯片。
第一方面，本申请实施例提供了一种集成式音频处理芯片，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底上集成有处理器、数模转换器和音频驱动器的集成电路；
设置于所述半导体衬底上方的第一金属板和第二金属板，其中第一金属板和第二金属板与所述半导体衬底之间设置有绝缘层，所述第一金属板和所述第二金属板组成电容的两个极,所述电容的两个极分别通过接触孔与半导体衬底中集成的音频驱动电路相连；
振动膜，所述振动膜通过多个支撑柱设置于第一金属板和第二金属板的上方。
可选地，所述半导体衬底上还集成有：可编程增益放大器、模数转换器和处理器的集成电路；
所述可编程增益放大器，用于对接收的音频信号进行放大，并通过模数转换器将所述音频信号转换为数字信号；所述处理器，用于对模数转换器输出的数字信号进行处理，并通过数模转换器将所述数字信号转换为模拟信号，并输出到音频驱动器中；音频驱动器用以输出信号驱动电容使电容产生变化的交流电场，并通过静电感应引导振动膜振动，使振动膜推动空气产生声音。
可选地，所述半导体衬底上还集成有：升压电路；
所述升压电路用于对低压电源电压进行升压，并将升压以后的电压供给音频驱动器。
可选地，所述升压电路的升压范围为：100V～200V；
所述升压电路为基于电感的升压直流-直流转化器或基于电容的电荷泵电路中的一种。
可选地，所述处理器基于所需播放的音频信号的音量大小，调节升压电路的输出电压使得所述输出电压随着所需播放的音频信号的音量大小变化。
可选地，所述第一金属板与第二金属板为圆形，且所述第一金属板和第二金属板位于同一平面，并与振动膜平行设置，所述集成电路的至少部分电路位于所述振动膜的下方。
可选地，所述振动膜为绝缘材料，厚度为20纳米～100纳米。
可选地，所述振动膜为圆形，并在振动膜上设有开孔，开孔位置与芯片形成的压焊区相对应。
可选地，所述振动膜通过封装线进行固定，封装线穿过所述振动膜，每一根封装线固定两个压焊区，对应振动膜上的两个开孔。
可选地，将所述芯片进行封装，在封装体上进行开口，用于使芯片内部产生的声音信号通过开口传出。
本申请实施例提供的一种集成式音频电路及芯片，在一个实施例中，将模数转换器、升压电路、音频驱动器、电容和振动膜集成进入音频处理芯片中，采用升压电路为音频驱动器供电，驱动器输出信号驱动电容，使电容产生变化的交流电场，并通过静电感应引导振动膜振动，使振动膜推动空气产生声音，同时处理器通过所需播放的音频信号的音量的大小，来调节升压电路的输出电压使得所述输出电压随着所需播放的音频信号的音量大小变化，有助于提高系统的工作效率和有利于需要使用音频处理芯片的设备的设计更加轻巧和小型化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明申请一种集成式音频处理芯片的结构示意图；
图2为本发明申请一种集成式音频处理芯片中的集成电路的结构示意图；
图3为本发明申请一种集成式音频处理芯片的振动膜固定示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明申请一种集成式音频处理芯片的结构示意图，参见图1本申请实施例中的一种集成式音频处理芯片包括：半导体衬底101、绝缘层102；
半导体衬底101上集成有可编程增益放大器、模数转换器、处理器、数模转换器、升压电路、音频驱动器形成的集成电路。
在半导体衬底101上淀积绝缘层102，并在绝缘层102上溅射形成金属层，并通过刻蚀形成第一金属板1031和第二金属板1032。将第一金属板1031和第二金属板1032作为电容的两个极。其中，半导体衬底可以为硅衬底。
第一金属板1031通过第一接触孔1051与半导体衬底101上的音频驱动器相连；第二金属板1032通过第二接触孔1052与半导体衬底101上的音频驱动器相连。
在半导体衬底101上的集成电路的周围形成多个支撑柱，并将振动膜106固定于多个支撑柱上。其中第一金属板和第二金属板位于同一平面上，振动膜与第一金属板和第二金属板平行设置。
音频驱动器驱动电容的两个极产生交流变化的电场，由于静电感应，在振动膜106上产生感应的电荷，感应的电荷与电容上的电荷产生静电力，使得振动膜106在沿垂直于晶圆或晶片表面的方向上振动。
在一个可能的实施例中，在半导体衬底101上形成两个支撑柱，分别为第一支撑柱1041和第二支撑柱1042。第一支撑柱1041和第二支撑柱1042用于固定振动膜106。
在一个可能的实施例中，第一金属板1031和第二金属板1032为圆形或近似圆形。将第一金属板1031和第二金属板1032设计成圆形或近似圆形，可以有效改善朝向各个方向上的均匀性。
在一个可能的实施例中，升压电路可以为基于电感的升压直流-直流转换器(step-up DC-DC converter)，也可以是基于电容的电荷泵电路(charge-pump)。其中的电感和电容，可以用芯片外置的元件提供，也可以集成在芯片内部。
在一个可能的实施例中，振动膜106由绝缘材料制成，其中振动膜106的厚度为20纳米～100纳米。进一步地，振动膜106可由环氧树脂制成。当芯片后期被封装时，需要在封装体上开口，以便由振动膜106振动所产生的声信号可以透过开口传播出来。进一步地，封装开口可以为一个大的整体开口，或者由多个小的开口形成。
图2为本发明申请一种集成式音频处理芯片中的集成电路的结构示意图。参见图2，本申请实施例中的一种集成式音频处理芯片中的集成电路包括：可编程增益放大器201、模数转换器202、处理器203、数模转换器204、升压电路205、音频驱动器206、电容207。
可编程增益放大器201用于接收音频信号，并将接收的音频信号进行放大，然后将放大的音频信号传输到模数转换器202中；模数转换器202将放大后的音频信号转换为数字信号。
在一个可能的实施例中，模数转换器202为并联比较型模数转换器或者逐次比较型模数转换器，并联比较型模数转换器和逐次比较型模数转换器都可以将模拟的语音信号直接转换为数字信号。
处理器203用于对模数转化器202输出的数字信号进行处理，当需要播放音频信号时，处理器203将处理后的数字信号传输到数模转换器204中，数模转换器204将接收到的数字信号转换为模拟信号，并输出到音频驱动器206中。
音频驱动器206用于根据接收到的模拟信号驱动电容207，使得电容207上的两个极之间产生交流变化的电压，由于静电感应，振动膜上产生感应的电荷，感应的电荷与电容电极上的电荷产生静电力，使得振动膜振动，当振动膜振动时推动空气产生声音。
进一步地，音频驱动器206由升压电路205进行供电，升压电路205用于将低压的电源电压升压为高压电源，其中高压电源为100V～600V。
在一个可能的实施例中，升压电路205可以为基于电感的升压直流-直流转换器(step-up DC-DC converter)，也可以是基于电容的电荷泵电路(charge-pump)。
在一个可能的实施例中，处理器203根据所需播放音频信号的音量大小调节升压电路205的输出电压。当需要播放的音量大时，控制升压电路205输出升压的电压较高；当需要播放的音量较小时，控制升压电路205输出升压的电压较低。处理器203根据播放音量的大小对升压电路205的输出电压进行控制有助于提高系统的工作效率。
在一个可能的实施例中，集成电路的至少部分电路位于振动膜108的下方，即将扬声器集成到芯片以后并不会改变原有芯片的面积。
为了实现更好的听觉效果，在一个可能的实施例中，将振动膜108设计为圆形，如图3所示，包括，振动膜301、压焊区302、开孔303、封装线304。
当芯片形成压焊区302后，放置振动膜301，其中振动膜301事先在对应的压焊区302位置开孔。将封装线304穿过振动膜301上的两个开孔303，用以固定振动膜301。
在一个可能的实施例中，振动膜301可以由多根封装线304固定，封装线穿过振动膜，每一根封装线固定两个压焊区302，每个压焊区对应振动膜301上的一个开孔。
在一个可能的实施例中，封装线304为金线、铜线或者合金线中的任意一种。
将振动膜301设计成圆形，使得其振动发声在各个方向上都比较均匀。
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种集成式音频处理芯片，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底上集成有处理器、数模转换器和音频驱动器的集成电路；
设置于所述半导体衬底上方的第一金属板和第二金属板，其中第一金属板和第二金属板与所述半导体衬底之间设置有绝缘层，所述第一金属板和所述第二金属板组成电容的两个极,所述电容的两个极分别通过接触孔与半导体衬底中集成的音频驱动电路相连；
振动膜，所述振动膜通过多个支撑柱设置于第一金属板和第二金属板的上方。
2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述半导体衬底上还集成有：可编程增益放大器、模数转换器和处理器的集成电路；
所述可编程增益放大器，用于对接收的音频信号进行放大，并通过模数转换器将所述音频信号转换为数字信号；所述处理器，用于对模数转换器输出的数字信号进行处理，并通过数模转换器将所述数字信号转换为模拟信号，并输出到音频驱动器中；音频驱动器用以输出信号驱动电容使电容产生变化的交流电场，并通过静电感应引导振动膜振动，使振动膜推动空气产生声音。
3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述半导体衬底上还集成有：升压电路；
所述升压电路用于对低压电源电压进行升压，并将升压以后的电压供给音频驱动器。
4.根据权利要求3所述的芯片，其特征在于，所述升压电路的升压范围为：100V～200V；
所述升压电路为基于电感的升压直流-直流转化器或基于电容的电荷泵电路中的一种。
5.根据权利要求1或3所述的芯片，其特征在于，所述处理器基于所需播放的音频信号的音量大小，调节升压电路的输出电压使得所述输出电压随着所需播放的音频信号的音量大小变化。
6.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述第一金属板与第二金属板为圆形，且所述第一金属板和第二金属板位于同一平面，并与振动膜平行设置，所述集成电路的至少部分电路位于所述振动膜的下方。
7.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述振动膜为绝缘材料，厚度为20纳米～100纳米。
8.根据权利要求1或7所述的芯片，其特征在于，所述振动膜为圆形，并在振动膜上设有开孔，开孔位置与芯片形成的压焊区相对应。
9.根据权利要求8所述的芯片，其特征在于，所述振动膜通过封装线进行固定，封装线穿过所述振动膜，每一根封装线固定两个压焊区，对应振动膜上的两个开孔。
10.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，将所述芯片进行封装，在封装体上进行开口，用于使芯片内部产生的声音信号通过开口传出。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102659068A (zh) * | 2012-06-05 | 2012-09-12 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种mems谐振腔结构 |
| US20130231046A1 (en) * | 2012-03-01 | 2013-09-05 | Benjamin J. Pope | Electronic Device With Shared Near Field Communications and Sensor Structures |
| CN104469620A (zh) * | 2014-11-24 | 2015-03-25 | 青岛歌尔声学科技有限公司 | 一种音频输出功率大范围可调的声学产品 |
| US20160323673A1 (en) * | 2013-12-19 | 2016-11-03 | Zte Corporation | Driving Apparatus, Heat Dissipating Apparatus and Method for Speaker Vibrating Diaphragm Coil, and Mobile Terminal |
| CN106601219A (zh) * | 2016-03-25 | 2017-04-26 | 浙江大学 | 一种用植物奏乐的乐器及其控制方法 |
| CN211047199U (zh) * | 2019-11-04 | 2020-07-17 | 南京中感微电子有限公司 | 一种集成式音频处理芯片 |
-
2019
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130231046A1 (en) * | 2012-03-01 | 2013-09-05 | Benjamin J. Pope | Electronic Device With Shared Near Field Communications and Sensor Structures |
| CN102659068A (zh) * | 2012-06-05 | 2012-09-12 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种mems谐振腔结构 |
| US20160323673A1 (en) * | 2013-12-19 | 2016-11-03 | Zte Corporation | Driving Apparatus, Heat Dissipating Apparatus and Method for Speaker Vibrating Diaphragm Coil, and Mobile Terminal |
| CN104469620A (zh) * | 2014-11-24 | 2015-03-25 | 青岛歌尔声学科技有限公司 | 一种音频输出功率大范围可调的声学产品 |
| CN106601219A (zh) * | 2016-03-25 | 2017-04-26 | 浙江大学 | 一种用植物奏乐的乐器及其控制方法 |
| CN211047199U (zh) * | 2019-11-04 | 2020-07-17 | 南京中感微电子有限公司 | 一种集成式音频处理芯片 |
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