CN116193342B - 一种电容-压电式耦合麦克风 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电容‑压电式耦合麦克风，提高了MEMS麦克风的性能。该麦克风包括：信号处理电路、偏置电压输出电路、背板，以及依次沉积在背板上表面的第一电极层、第一绝缘层、第二电极层、第二绝缘层、第三电极层、压电材料和第四电极层；其中，第一绝缘层为环形支撑件，第一绝缘层、第一电极层和第二电极层围设形成空腔；空腔、第一电极层和第二电极层组成电容式麦克风的主体结构，偏置电压输出电路向其施加偏置电压；第三电极层、压电材料和第四电极层组成压电式麦克风的主体结构；信号处理电路将两主体结构输出的电信号进行放大后再叠加在一起。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体地说，涉及一种电容-压电式耦合麦克风。
背景技术
MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem，微机电系统)麦克风广泛用于话筒、手机、电脑和智能语音人机交互设备中，具有体积小、灵敏度高、成本低等优点。
常见的MEMS麦克风有电容式麦克风和压电式麦克风两种。其中，电容式麦克风采用背板加振膜的结构进行拾音，器件具有灵敏度高、频率响应平坦和噪声水平低等优点，但易受灰尘、水和带有薄膜的颗粒物质的影响。压电麦克风由单个压电振膜构成，结构简单，具有防水防尘、功耗低、动态响应范围大、启动时间短、匹配电路简单等优点，在智能家居、智能驾驶和可穿戴设备等应用领域具有可观的发展前景，但存在底噪高、灵敏度低的问题。
随着业界对MEMS麦克风的性能要求不断提高，设计更高性能的MEMS麦克风一直是本领域追求的目标。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电容-压电式耦合麦克风，以提高MEMS麦克风的性能。
一种电容-压电式耦合麦克风，包括：信号处理电路、偏置电压输出电路、背板，以及依次沉积在背板上表面的第一电极层、第一绝缘层、第二电极层、第二绝缘层、第三电极层、压电材料和第四电极层；
其中，第一绝缘层为环形支撑件，第一绝缘层、第一电极层和第二电极层围设形成空腔；
第一电极层为背板电极，第二电极层为振膜电极，所述空腔、背板电极和振膜电极组成电容式麦克风的主体结构，所述偏置电压输出电路用于向电容式麦克风的主体结构施加偏置电压；
第三电极层、压电材料和第四电极层组成压电式麦克风的主体结构；
所述信号处理电路，用于将电容式麦克风的主体结构输出的电信号与压电式麦克风的主体结构输出的电信号进行放大后再叠加在一起。
可选的，每一个主体结构均为差分输出方式；所述信号处理电路利用不同的差分放大电路对来自不同主体结构的差分信号进行放大，再将放大后的信号叠加在一起。
可选的，压电材料上划分有2M个压电区域；当压电材料接收声波而产生机械振动时，其中M个压电区域产生的机械应力与另外M个压电区域产生的机械应力相反，M≥1；
第四电极层分割为2M个相互绝缘的第四电极，第i个第四电极位于第i个压电区域的正上方，i＝1、2、…、2M；第三电极层分割为2M个相互绝缘的第三电极，第i个第三电极位于第i个压电区域的正下方；第i个压电区域、第i个第三电极和第i个第四电极组成一个压电元件；2M个所述压电元件连接成至少一个差分网络，每一个差分网络各自引出一对差分信号线。
可选的，第二电极层分割为2N个相互绝缘的第二电极；第一电极层分割为2N个相互绝缘的第一电极，第j个第一电极位于第j个第二电极的正下方，j＝1、2、…、2M；所述空腔、第j个第一电极和第j个第二电极组成一个电容元件；N≥1；
所述偏置电压输出电路用于向2N个所述电容元件施加偏置电压，并且所述偏置电压输出电路向其中N个电容元件施加的偏置电压方向与向另外N个电容元件施加的偏置电压方向相反；2N个所述电容元件连接成至少一个差分网络，每一个差分网络各自引出一对差分信号线。
可选的，压电材料的边界固定方式为四周为固定边界的悬臂梁式，或中心固定的悬臂梁式，或弹簧活塞组合式，
可选的，背板上开设有多个通孔。
可选的，所述电容-压电式耦合麦克风还包括：依次沉积在第四电极层上表面的第三绝缘层、第五电极层、第四绝缘层、第六电极层和又一背板；
其中，第四绝缘层也为环形支撑件，第五电极层、第四绝缘层和第六电极层围设形成又一空腔；
所述又一空腔、第五电极层和第六电极层组成又一电容式麦克风的主体结构，所述偏置电压输出电路用于向所述又一电容式麦克风的主体结构施加偏置电压；
对应的，所述信号处理电路用于将三个主体结构输出的电信号进行放大后再叠加在一起。
可选的，在上一电容-压电式耦合麦克风中，每一个主体结构均为差分输出方式；所述信号处理电路利用不同的差分放大电路对来自不同主体结构的差分信号进行放大，再将放大后的信号叠加在一起；
或者，来自不同电容式耦合麦克风的主体结构的输出信号组成同一对差分信号，压电式麦克风为差分输出方式；所述信号处理电路用不同的差分放大电路对不同的差分信号进行放大后再叠加在一起。
可选的，所述电容-压电式耦合麦克风还包括：依次沉积在背板下表面的第七电极层、第五绝缘层、第八电极层、第六绝缘层、第九电极层、又一压电材料和第八电极层；
其中，第五绝缘层为环形支撑件，第五绝缘层、第七电极层和第八电极层围设形成又一空腔；
所述又一空腔、第七电极层和第八电极层组成又一电容式麦克风的主体结构，所述偏置电压输出电路用于向所述又一电容式麦克风的主体结构施加偏置电压；
所述第九电极层、又一压电材料和第八电极层组成又一压电式麦克风的主体结构；两个背板上均开设有多个通孔；
对应的，所述信号处理电路用于将三个主体结构输出的电信号进行放大后再叠加在一起。
可选的，在上一电容-压电式耦合麦克风中，每一个主体结构均为差分输出方式；所述信号处理电路利用不同的差分放大电路对来自不同主体结构的差分信号进行放大，再将放大后的信号叠加在一起；
或者，来自不同压电式耦合麦克风的主体结构的输出信号组成同一对差分信号，来自不同电容式耦合麦克风的主体结构的输出信号组成同一对差分信号；所述信号处理电路用不同的差分放大电路对不同的差分信号进行放大后再叠加在一起。
从上述的技术方案可以看出，本发明通过将电容式麦克风的振膜替换为压电材料，实现了电容式麦克风与压电式麦克风的耦合，相耦合的两种麦克风的输出信号叠加在一起作为最终的输出信号，该最终的输出信号的强度相比电容式麦克风、压电式麦克风具有明显增强，从而具有更高的灵敏度。而且，用压电材料作为振膜的设置在一定程度上也起到了防水防尘的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种电容-压电式耦合麦克风的纵向剖面图；
图2为圆形的电容-压电式耦合麦克风中的背板俯视图；
图3为圆形的电容-压电式耦合麦克风中的第一电极层的俯视图；
图4为圆形的电容-压电式耦合麦克风中的压电材料的俯视图，该压电材料边界固定方式为四周为固定边界的悬臂梁式；
图5为圆形的电容-压电式耦合麦克风中的压电材料的俯视图，该压电材料边界固定方式为中心固定悬臂梁式；
图6为电容-压电式耦合麦克风中的压电材料的俯视图，该压电材料边界固定方式为弹簧活塞组合式；
图7为本发明实施例公开的又一种电容-压电式耦合麦克风的纵向剖面图；
图8为本发明实施例公开的一种信号处理电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例公开了一种电容-压电式耦合麦克风，包括：信号处理电路(图1中未示出)、偏置电压输出电路、背板101，以及依次沉积(即依次叠压)在背板101上表面的第一电极层102、第一绝缘层103、第二电极层104、第二绝缘层105、第三电极层106、压电材料107和第四电极层108；
其中，第一绝缘层103为环形支撑件，第一绝缘层103、第一电极层102和第二电极层104围设形成空腔即空气腔；
第一电极层102为背板电极，第二电极层104为振膜电极，所述空腔、背板电极和振膜电极组成电容式麦克风的主体结构，所述偏置电压输出电路用于向电容式麦克风的主体结构施加偏置电压；
第三电极层106、压电材料107和第四电极层108组成压电式麦克风的主体结构；
所述信号处理电路，用于将电容式麦克风的主体结构输出的电信号与压电式麦克风的主体结构输出的电信号进行放大后再叠加在一起。
下面，首先介绍本发明实施例中的压电式麦克风的主体结构的工作原理：
压电材料是指具有压电效应的材料。压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。压电材料的两端面上敷设有电极层，压电材料受到压力作用时会在两端面间产生电压，即将机械能转化为电能，这称为正压电效应；反之，在压电材料的两端面间施加电压时会产生机械应力，即将电能转化为机械能，这称为逆压电效应。
声波是一种机械波，声波传到压电材料时，压电材料会产生机械振动，由于压电材料的正压电效应，做机械振动的压电材料将机械能转换为电能，外围电路就可以通过压电材料两端面的电极层采集产生的电信号。基于此，本发明实施例在压电材料107的一个端面敷设第三电极层106、另一端面敷设第四电极层108，以形成压电式麦克风的主体结构，压电式麦克风的主体结构上引出电信号输出端。
接下来，介绍本发明实施例中的电容式麦克风的主体结构的工作原理：
现有的电容式麦克风是采用背板加振膜的结构进行拾音，背板电极与振膜电极之间加空腔也即声腔形成电容，当振膜因声波而产生机械振动时，振膜电极与振膜电极之间的距离改变，即该电容的容值改变，从而使声波信号转换成电信号。基于此，本发明实施例用压电材料107作为振膜，用第一电极层102作为背板电极，用第二电极层104作为振膜电极，用第一绝缘层103、第一电极层102和第二电极层104围设形成空腔，从而形成电容式麦克风的主体结构，电容式麦克风的主体结构上引出电信号输出端。
综合上述压电式、电容式麦克风的工作原理可知，本发明实施例通过将电容式麦克风的振膜替换为压电材料，实现了电容式麦克风与压电式麦克风的耦合。当压电材料因声波而产生机械振动时，由于压电材料的正压电效应，压电式麦克风的主体结构会产生电信号；同时，由于压电材料的机械振动会导致背板电极与振膜电极之间的距离改变，所以电容式麦克风的主体结构也会产生电信号；相耦合的两种麦克风的输出信号叠加在一起作为最终的麦克风输出信号。
所述最终的麦克风输出信号的强度相比单一的压电式麦克风有明显增加，从而相比单一的压电式麦克风具有更高的灵敏度和信噪比。而且，用压电材料作为振膜的设置在一定程度上也起到了防水防尘的作用。本发明实施例结构简单，微纳加工成本低，批量化生产难度低。
图1所示电容-压电式耦合麦克风还包括：底衬99和沉积在底衬99上的第三绝缘层100，背板101沉积在第三绝缘层100上。底衬99和第三绝缘层100是本领域公知的麦克风的基本结构，不再赘述。本发明实施例中的绝缘层起支撑与隔离作用。
可选的，为进一步提高电容-压电式耦合麦克风的灵敏度和信噪比，本发明实施例将压电式麦克风的主体结构和电容式麦克风的主体结构均设计为差分输出方式。对应的，所述信号处理电路包括多个差分放大电路；每一对差分信号线各自接入一个差分放大电路的输入端，差分放大电路的作用是放大差模信号、抑制共模信号；各差分放大电路的输出信号叠加在一起，从而把经过处理的差分信号叠加以获得更大的输出信号。
由此可见，本发明实施例通过将电容式麦克风的振膜替换为压电材料，实现了电容式麦克风与压电式麦克风的耦合，同时通过将相耦合的两种麦克风均设计为差分输出方式，再将其差分信号放大后叠加在一起，使得本发明实施例公开的麦克风不论是相较于电容式麦克风还是压电式麦克风，输出信号都大大增加，且减小了本底噪声，从而提高了麦克风的灵敏度和信噪比。
在一个实施例中，差分输出的压电式麦克风的主体结构设计如下：
压电材料107上划分有2M个压电区域；当压电材料107接收声波而产生机械振动时，其中M个压电区域产生的机械应力与另外M个压电区域产生的机械应力相反，M≥1；
第四电极层108分割为2M个相互绝缘的第四电极，第i(i＝1、2、…、2M)个第四电极位于第i个压电区域的正上方；第三电极层分割为2M个相互绝缘的第三电极，第i个第三电极位于第i个压电区域的正下方；第i个压电区域、第i个第三电极和第i个第四电极组成一个压电元件；2M个所述压电元件连接成至少一个差分网络，每一个差分网络各自引出一对差分信号线；仍参见图1，图1仅以2M个所述压电元件连接成一个差分网络(图1中画了各压电元件之间的部分接线，图1中的“+”表示正极，“-”表示负极，“GND”表示接地端)，该差分网络引出的一对差分信号线输出信号A和信号B，信号A和信号B为一对差分信号作为示例。
上述差分输出的压电式麦克风这部分结构的工作原理如下：机械应力相反的压电材料产生的电压相反，所以外围电路从具有相反机械应力的压电元件上采集到的电压相反。本发明实施例通过在2M个压电材料上下表面敷设电极得到了2M个压电元件，且第1～M个压电元件与第M+1～2M个压电元件的输出信号极性相反。假设让第1～M个压电元件串联，第M+1～2M个压电元件串联，第1～M个压电元件串联后的输出信号为A，第M+1～2M个压电元件串联后的输出信号为B，则信号A与信号B中的差模信号主体为有用信号，共模信号主体为共模噪声，信号A与信号B经过差分放大电路处理后，差模信号被放大为2倍的信号A的强度(也是2倍的信号B的强度)，且共模噪声被有效抑制。
在一个实施例中，差分输出的电容式麦克风的主体结构设计如下：
第二电极层104分割为2N个相互绝缘的第二电极；第一电极层102分割为2N个相互绝缘的第一电极，第j个第一电极位于第j(j＝1、2、…、2M)个第二电极的正下方；所述空腔、第j个第一电极和第j个第二电极组成一个电容元件；N≥1；
所述偏置电压输出电路用于向2N个所述电容元件施加偏置电压，并且所述偏置电压输出电路向其中N个电容元件施加的偏置电压方向与向另外N个电容元件施加的偏置电压方向相反；2N个所述电容元件连接成至少一个差分网络，每一个差分网络各自引出一对差分信号线；仍参见图1，图1仅以2N个所述电容元件连接成一个差分网络(图1中画了各电容元件之间的部分接线)，该差分网络引出的一对差分信号线输出信号C和信号D，信号C和信号D为一对差分信号作为示例。
上述差分输出的电容式麦克风这部分结构的工作原理如下：本发明实施例对2N个电容元件施加偏置电压时，向第1～N个电容元件施加的偏置电压方向与向第N+1～2N个电容元件施加的偏置电压方向相反，即施加方向相反的电场，假设让第1～N个电容元件串联，第N+1～2N个电容元件串联，第1～N个电容元件串联后的输出信号为C，第N+1～2N个电容元件串联后的输出信号为D，则信号C和信号D中的差模信号主体为有用信号，共模信号主体为共模噪声，信号C和信号D经过又一差分放大电路处理后，差模信号被放大为2倍的信号C的强度(也是2倍的信号D的强度)，且共模噪声被有效抑制。
可选的，在上述公开的任一实施例中，背板101为多晶硅掺杂导电材料的刚性背板。
可选的，在上述公开的任一实施例中，背板101上开设有多个通孔，因为：对于电容式麦克风来说，背板相对于振膜基本保持静止，当电容式麦克风尺寸较小时，背板和振膜之间的声间隙会产生压膜阻尼，这会限制电容式麦克风的频响带宽，且背板在加工、装配的过程中可能会产生残余应力，导致电容式麦克风灵敏度降低，因此需要在背板上设置很多个声学穿孔(即所述通孔)来降低压膜阻尼和残余应力；但是，声学穿孔的增加又会导致背板刚度下降，使得背板“软化”，如果背板刚度降到与振膜相同的数量级，会严重影响电容式麦克风的性能，所以背板刚度要大，通常可以通过加厚背板等方式来增大背板刚度。
可选的，在上述公开的任一实施例中，电容-压电式耦合麦克风的整体工作区域的形状不限，可以是圆形或者任意偶数边的多边形，其压电材料的边界固定方式可以为四周为固定边界的悬臂梁式，或中心固定的悬臂梁式，或弹簧活塞组合式。
以电容-压电式耦合麦克风的整体工作区域为圆形为例，参见图2～图5。图2为麦克风的背板101的俯视图，背板101上开设有多个通孔202。图3为麦克风的背板电极也即第一电极层102的俯视图，第一电极层102划分成了12个相互绝缘的第一电极，图3中具有与图2中位置对应的通孔；由于偏置电压输出电路给背板电极和振膜电极之间施加了方向相反的偏置电压即声腔之间存在两种方向相反的电场，所以图3中6个标“+”的第一电极与6个标“-”的第一电极的电压极性相反。图4所示为麦克风的压电材料107的俯视图，其边界固定方式采用四周为固定边界的悬臂梁式，压电材料107下层的第三电极层106划分成了12个相互绝缘的第三电极；压电材料107在接收声波产生形变时，两组压电区域处于相反的应力，此时图4中6个标“+”的第三电极与6个标“-”的第三电极的电压极性相反。图5所示也为麦克风的压电材料107的俯视图，其边界固定方式为中心固定悬臂梁式，即固定边界位于工作区域中部；压电材料107上层的第四电极层108划分成了12个相互绝缘的第四电极；压电材料107在接收声波产生形变时，两组压电区域处于相反的应力，此时图5中6个标“+”的第四电极与6个标“-”的第四电极的电压极性相反附图标记，附图标记99为底衬。
图6所示为电容-压电式耦合麦克风的边界固定方式为弹簧活塞组合式，压电材料107四周的四根梁602分别通过锚点604连接外周固定边界和内活塞，相当于弹簧的作用，弹簧梁的两端在振膜形变时会产生相反的应力，可分别作为差分输出信号端A和B；附图标记99为底衬；压电材料107在四周弹簧梁的作用下作活塞式运动，是电容器的主要工作区域，通过施加不同方向的偏置电压分别输出信号C和D作为后续差分处理。这种活塞式振动使得电容极性变化的速度变大，充放电速度加快，灵敏度高，且声学噪声源的可有效降低，同时允许高电容密度，显著提高麦克风的SNR，而不必增加其尺寸。此外与约束膜片相比，连接到膜片上的弹簧梁还能有效地降低残余膜应力。值得一提的是这种结构的电容差分区域和压电差分区域是非重合的，四周弹簧梁为压电差分区域，中心振膜为电容差分区域，而图4和图5对应的差分区域是重合的，可能存在信号耦合增大的效果，同时也可能存在耦合干扰的风险。
上述公开的各实施例均是基于单背板的电容-压电式耦合麦克风进行介绍，此外电容-压电式耦合麦克风也可以采用中间为压电材料、上下两侧均有背板的双背板结构，或者采用中间为背板、上下两侧均有压电振膜的双振膜结构。
其中，如图7所示，所述中间为压电材料、上下两侧均有背板的双背板结构，除了包括单背板的电容-压电式耦合麦克风的全部结构外，还包括：依次沉积在第四电极层108上表面的第三绝缘层109、第五电极层110、第四绝缘层111、第六电极层112和又一背板113；
其中，第四绝缘层111也为环形支撑件，第五电极层110、第四绝缘层111和第六电极层112围设形成又一空腔；
所述又一空腔、第五电极层110和第六电极层112组成又一电容式麦克风的主体结构，所述偏置电压输出电路用于向所述又一电容式麦克风的主体结构施加偏置电压；
对应的，所述信号处理电路用于将三个主体结构输出的电信号进行放大后再叠加在一起。
可选的，在图7中，当压电材料107上下振动时，其与下背板101和上背板113的距离均改变，即上下电容同时改变。上下背板的结构设计可采用相同设计。
可选的，在图7中，每一个主体结构均为差分输出方式；所述信号处理电路利用不同的差分放大电路对来自不同主体结构的差分信号进行放大，再将放大后的信号叠加在一起；
或者，来自不同电容式耦合麦克风的主体结构的输出信号组成同一对差分信号，压电式麦克风为差分输出方式；所述信号处理电路用不同的差分放大电路对不同的差分信号进行放大后再叠加在一起。
其中，所述中间为背板、上下两侧均有压电振膜的双振膜结构，除了包括单背板的电容-压电式耦合麦克风的全部结构外，还包括：依次沉积在背板101下表面的第七电极层、第五绝缘层、第八电极层、第六绝缘层、第九电极层、又一压电材料和第八电极层；
其中，第五绝缘层为环形支撑件，第五绝缘层、第七电极层和第八电极层围设形成又一空腔；
所述又一空腔、第七电极层和第八电极层组成又一电容式麦克风的主体结构，所述偏置电压输出电路用于向所述又一电容式麦克风的主体结构施加偏置电压；
所述第九电极层、又一压电材料和第八电极层组成又一压电式麦克风的主体结构；
对应的，所述信号处理电路用于将三个主体结构输出的电信号进行放大后再叠加在一起；
两个背板上均开设有多个通孔，可以使得声波可以畅通传播至压电材料107使其正常工作。
可选的，对于所述中间为背板、上下两侧均有压电振膜的双振膜结构，每一个主体结构均为差分输出方式；所述信号处理电路利用不同的差分放大电路对来自不同主体结构的差分信号进行放大，再将放大后的信号叠加在一起；
或者，来自不同压电式耦合麦克风的主体结构的输出信号组成同一对差分信号，来自不同电容式耦合麦克风的主体结构的输出信号组成同一对差分信号；所述信号处理电路用不同的差分放大电路对不同的差分信号进行放大后再叠加在一起。
参见图8，在上述公开的任一实施例中，以压电式麦克风的主体结构输出一对差分信号线输出信号A和信号B，电容式麦克风的主体结构输出一对差分信号线输出信号C和信号D为例，则所述信号处理电路包括两个差分放大电路和一个同相叠加电路；信号A和信号B分别输入一个差分放大电路的两个输入端，输出电压UO1；信号C和信号D分别输入另一差分放大电路的两个输入端，输出电压UO2；电压UO1和电压UO2输入同相叠加电路的两个输入端，输出电压UO＝UO1+UO2。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种电容-压电式耦合麦克风，其特征在于，包括：信号处理电路、偏置电压输出电路、背板，以及依次沉积在背板上表面的第一电极层、第一绝缘层、第二电极层、第二绝缘层、第三电极层、压电材料和第四电极层；
其中，第一绝缘层为环形支撑件，第一绝缘层、第一电极层和第二电极层围设形成空腔；
第一电极层为背板电极，第二电极层为振膜电极，所述空腔、背板电极和振膜电极组成电容式麦克风的主体结构，所述偏置电压输出电路用于向电容式麦克风的主体结构施加偏置电压；
第三电极层、压电材料和第四电极层组成压电式麦克风的主体结构；
所述信号处理电路，用于将电容式麦克风的主体结构输出的电信号与压电式麦克风的主体结构输出的电信号进行放大后再叠加在一起；
每一个主体结构均为差分输出方式；所述信号处理电路利用不同的差分放大电路对来自不同主体结构的差分信号进行放大，再将放大后的信号叠加在一起。
2.根据权利要求1所述的电容-压电式耦合麦克风，其特征在于，压电材料上划分有2M个压电区域；当压电材料接收声波而产生机械振动时，其中M个压电区域产生的机械应力与另外M个压电区域产生的机械应力相反，M≥1；
第四电极层分割为2M个相互绝缘的第四电极，第i个第四电极位于第i个压电区域的正上方，i =1、2 、… 、2M；第三电极层分割为2M个相互绝缘的第三电极，第i个第三电极位于第i个压电区域的正下方；第i个压电区域、第i个第三电极和第i个第四电极组成一个压电元件；2M个所述压电元件连接成至少一个差分网络，每一个差分网络各自引出一对差分信号线。
3.根据权利要求1或2所述的电容-压电式耦合麦克风，其特征在于，第二电极层分割为2N个相互绝缘的第二电极；第一电极层分割为2N个相互绝缘的第一电极，第j个第一电极位于第j个第二电极的正下方，j =1、2 、… 、2M；所述空腔、第j个第一电极和第j个第二电极组成一个电容元件；N≥1；
所述偏置电压输出电路用于向2N个所述电容元件施加偏置电压，并且所述偏置电压输出电路向其中N个电容元件施加的偏置电压方向与向另外N个电容元件施加的偏置电压方向相反；2N个所述电容元件连接成至少一个差分网络，每一个差分网络各自引出一对差分信号线。
4.根据权利要求1所述的电容-压电式耦合麦克风，其特征在于，压电材料的边界固定方式为四周为固定边界的悬臂梁式，或中心固定的悬臂梁式，或弹簧活塞组合式。
5.根据权利要求1所述的电容-压电式耦合麦克风，其特征在于，背板上开设有多个通孔。
6.根据权利要求1所述的电容-压电式耦合麦克风，其特征在于，所述电容-压电式耦合麦克风还包括：依次沉积在第四电极层上表面的第三绝缘层、第五电极层、第四绝缘层、第六电极层和又一背板；
其中，第四绝缘层也为环形支撑件，第五电极层、第四绝缘层和第六电极层围设形成又一空腔；
所述又一空腔、第五电极层和第六电极层组成又一电容式麦克风的主体结构，所述偏置电压输出电路用于向所述又一电容式麦克风的主体结构施加偏置电压；
对应的，所述信号处理电路用于将三个主体结构输出的电信号进行放大后再叠加在一起。
7.根据权利要求6所述的电容-压电式耦合麦克风，其特征在于，来自不同电容式耦合麦克风的主体结构的输出信号组成同一对差分信号，压电式麦克风为差分输出方式；所述信号处理电路用不同的差分放大电路对不同的差分信号进行放大后再叠加在一起。
8.根据权利要求1所述的电容-压电式耦合麦克风，其特征在于，所述电容-压电式耦合麦克风还包括：依次沉积在背板下表面的第七电极层、第五绝缘层、第八电极层、第六绝缘层、第九电极层、又一压电材料和第八电极层；
其中，第五绝缘层为环形支撑件，第五绝缘层、第七电极层和第八电极层围设形成又一空腔；
所述又一空腔、第七电极层和第八电极层组成又一电容式麦克风的主体结构，所述偏置电压输出电路用于向所述又一电容式麦克风的主体结构施加偏置电压；
所述第九电极层、又一压电材料和第八电极层组成又一压电式麦克风的主体结构；两个背板上均开设有多个通孔；
对应的，所述信号处理电路用于将三个主体结构输出的电信号进行放大后再叠加在一起。
9.根据权利要求8所述的电容-压电式耦合麦克风，其特征在于，来自不同压电式耦合麦克风的主体结构的输出信号组成同一对差分信号，来自不同电容式耦合麦克风的主体结构的输出信号组成同一对差分信号；所述信号处理电路用不同的差分放大电路对不同的差分信号进行放大后再叠加在一起。
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