CN1625299A - 表面安装器件型偏压电容器麦克风 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带有两个用于表面安装的连接端的SMD型偏压电容器麦克风,包括:用于与外部电路连接的接地端;一端与接地端连接的振动膜/后板组,用于根据声压的强度改变电容并将声音转换为电信号;直流-直流转换器,用于提供偏置电压以在振动膜/后板组的一端形成静电场;缓冲器IC,用于放大来自振动膜/后板组的电信号;及去耦电容器,用于防止来自直流-直流转换器的偏置电压输出直接加载到缓冲器IC并将来自振动膜/后板组的电信号传送给缓冲器IC。本发明提高了与传统ECM的兼容性,解决圆形电容器麦克风在表面安装过程中的方向性问题,并通过从外部加载电压以形成静电场从而即使软熔操作完成后也能够维持恒定电场,由此防止了灵敏度的损失。
Description
发明领域
本发明涉及一种偏压(biased)电容器麦克风,尤其涉及一种带有两个用于表面安装的连接端的SMD(表面安装器件)型偏压电容器麦克风。
背景技术
通常,电容器麦克风包括带有电容器(C)的振动膜/后板(backplate)组以及用于缓冲输出信号的结型场效应管(JFET),其中电容器(C)的电容根据电压偏置因子和声压而改变。
作为这种电容器麦克风的一个例子,有这样一种偏压电容器麦克风,其中偏置电压被从外部加载以在振动膜和后板之间形成静电场。
图1A是传统偏压电容器麦克风的等效电路图。包括缓冲器集成电路(IC)14和麦克风单元中的可变电容12的麦克风封壳(capsule)10通过三个端16-1、16-2和16-3与外部电路连接。第一端16-1用于将缓冲器IC 14的输出部分通过电阻R1连接到电源Vdd,同时将其通过一个电容器连接到信号输出部分。第二端16-2用于将缓冲器IC 14连接到接地部分GND。此外,第三端16-3用于为麦克风单元提供偏置电压。
图1B是传统偏压电容器麦克风的另一种等效电路图。包括缓冲器集成电路(IC)14和麦克风单元中的可变电容12的麦克风封壳(capsule)10也通过三个端16-1、16-2和16-3与外部电路相连接。第一端16-1用于通过电阻R2向麦克风单元提供偏置电压,第二端16-2用于通过电阻R1将缓冲器IC 14的输出部分连接到电源Vdd,同时将其通过一个电容器连接到信号输出部分,另外,第三端16-3连接缓冲器IC 14与接地部分GND。
然而,由于传统偏压电容器麦克风至少配有3个端(如偏置端、电源和输出端、以及接地端)以与外界连接,因此存在着在表面安装过程中必须检查圆形电容器麦克风的方向性的问题。另外,由于必须在麦克风的外部配备用于提供偏置电压的单独电压设备,因而很难使麦克风实现小型化。还有,因为它与通常用来连接外部电路的驻极体电容器麦克风(ECM)的兼容性不好,因而存在着不得不单独设计PCB的问题。
发明内容
因此,本发明意在一种偏压电容器麦克风,其可基本消除由于相关技术的缺点和局限产生的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供一种SMD型偏压电容器麦克风,其能够通过利用去耦电容器以形成双端的型式从而提高与传统ECM的兼容性,解决了圆形电容器麦克风在表面安装过程中的方向性问题,并且还通过从外部加载电压以形成静电场从而即使软熔(reflow)操作完成后也能够维持恒定电场,由此防止了灵敏度的损失。
本发明的另一目的是提供一种SMD型偏压电容器麦克风,其中带有内置去耦电容器的电压泵IC安装在麦克风的印刷电路板(PCB)上,电压泵IC和缓冲器IC由通过单个电压输入端提供的电压驱动,而且通过根据来自电压泵IC的输出端的被放大和传送的偏置电压的强度来改变振动膜与后板之间的电场强度,就可以调节灵敏度。
为实现这些目的和其它优点并根据本发明的目的,如本文所举例说明并概括描述的那样,本发明提供了一种SMD型偏压电容器麦克风,包括:接地端,用于与外部电路连接;一端与所述接地端连接的振动膜/后板组,用于根据声压的强度改变电容并将声音转换为电信号;直流-直流(DC-DC)转换器,用于提供偏置电压以在所述振动膜/后板组的一侧形成静电场;缓冲器IC,用于放大来自所述振动膜/后板组的电信号;以及去耦电容器,用于防止来自所述DC-DC转换器的偏置电压输出直接被加载到缓冲器IC,并将来自所述振动膜/后板组的电信号传送给所述缓冲器IC。
本发明的其它的优点、目的和特征将部分地在随后的说明书中阐明,并且部分地随着本领域的技术人员基于对下文分析和对本发明的实践而变得更加清楚。通过由所写的说明书、权利要求以及附图所指明的特定结构可了解并实现本发明的目的和其它优点。
应该理解,以上对本发明的概括描述和以下的详细描述是示例性和解释性的,其意图是为所要求保护的发明提供进一步的解释。
附图的简要说明
被结合于本申请中并作为本申请的一部分的附图用于提供对本发明的深入理解,它示出了本发明的实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中:
图1A和图1B是传统偏压电容器麦克风的电路图;
图2是根据本发明第一实施例的SMD型电容器麦克风的电路图;
图3是根据本发明第一实施例的SMD型电容器麦克风的横剖面图;
图4是图3所示电容器麦克风的连接端的立体图;
图5是根据本发明第二实施例的SMD型电容器麦克风的电路图;及
图6是根据本发明第二实施例的SMD型电容器麦克风的横剖面图。
具体实施方式
现在将对本发明的优选实施例进行详细说明,这些方案的例子在附图中示出。只要可能,在全部附图中,相同的参考标号用于指代相同或类似的部分。
与通过强制注入驻极体来形成静电场的传统方式不同,在本发明的操作原理中,通过从外部施加所需的电压在后板(backplate)和振动膜之间产生静电场,并通过缓冲器IC输出与振动膜的振动相应的电信号。
为在后板和振动膜之间提供外部电源,传统麦克风需要三个外部端,即,外部电源端、信号输出端以及接地端。然而,本发明的电容器麦克风可由两个端驱动。
第一实施例
图2是根据本发明第一实施例的SMD型电容器麦克风的电路图,图3是根据本发明的第一实施例的SMD型电容器麦克风的横剖面图。
如图2所示,在根据本发明的第一实施例的等效电路中,振动膜206和后板210由单个可变电容C0代表,这样,振动膜206被连接到接地部分GND,而后板210被连接到直流-直流(DC-DC)转换器232。去耦电容器C1连接在DC-DC转换器232与缓冲器集成电路(IC)240之间。此处,电压泵(voltage pump)IC 230由DC-DC转换器232和去耦电容器C1组成,缓冲器IC 240为场效应晶体管(FET)、放大器或模-数转换器。
同时,在内部印刷电路板(PCB)电路中,如果需要,可为诸如电压泵IC 230和缓冲器IC 240的基础部件添加以串联或并联方式连接的电感、电容或电阻等,以提高针对EMI(电磁干扰)或ESD(静电放电)的特性。
如图3所示,在根据本发明第一实施例所述的SMD型偏压电容器麦克风中,在底面中形成有声音入口孔202a。与环204整体形成在一起的振动膜206被插入圆柱形壳体202中,圆柱形壳体202的一个表面是开放的。振动膜206上设有垫圈208,用以保证后板210与振动膜206之间的间隔空间。由绝缘材料制成的圆柱形第一基座212放置在垫圈208上。由金属板制成的后板210放置在第一基座212的内部,从而通过垫圈208与振动膜相分离。在后板210上设置有由导电材料制成的第二基座214,用以使后板210与PCB 216的电路电连接。装有元件(电压泵IC,缓冲器IC等)的PCB 216安装在第二基座214上,随后壳体202的末端被卷曲。
参照图3,后板210由不带聚合物组系薄膜(polymer series film)的金属板形成以形成驻极体。振动膜206由金属膜形成,或通过将金属淀积在有机或无机膜的一个或两个表面上而形成。
同时,如图4所示,连接端218、220形成在PCB 216暴露的表面上,以比壳体202的卷曲表面更为凸出,从而使麦克风200可与SMD型的主PCB(例如,蜂窝电话的PCB)相连接。为此,如图4所示,在内部形成了用于电源和输出连接Vdd/Out的圆形端220,并且环形接地端218形成在圆形端220的外侧,从而与圆形端220分开以一定的距离。接地端218被三个气体出口槽222分成三个部分,以用于排出SMD型连接过程中产生的气体。
以下将详细描述根据本发明第一实施例所述的偏压电容器麦克风的操作。
根据本发明第一实施例所述,驱动电压Vdd通过PCB 216的电源和输出端220分别加载给缓冲器IC 240和电压泵IC 230。所加载的驱动电压Vdd驱动缓冲器IC 240和电压泵IC 230。电压泵IC 230的DC-DC转换器232将驱动电压Vdd转换为被放大到所需电平的DC偏置电压VB。偏置电压VB通过第二基座214加载给后板210。PCB 216的接地端218公共地连接到缓冲器IC 240和DC-DC转换器232,并且同时通过壳体202和环204与振动膜206连接。因此,在加载有偏置电压VB的后板210与接地的振动膜206之间,由偏置电压VB形成了电容C0和静电场。
在这种情况下,如果振动膜206随外部声压振动,则会产生电信号。该电信号穿过后板210和第二基座214被传送到PCB 216的缓冲器IC240,并在缓冲器IC 240中放大,随后通过PCB 216的电源和输出端220输出到外部。根据本发明,为了防止从DC-DC转换器232输出的DC偏置电压VB直接加载给缓冲器IC 240,去耦电容器C1被连接在电压泵IC 230的输出部分与缓冲器IC 240的输入部分之间。去耦电容器C1起到了防止DC偏置电压VB直接加载给缓冲器IC 240的作用,并只允许振动膜206的振动所生成的电信号通过缓冲器IC 240,从而将DC偏置电压VB从电信号中分离出来。
第二实施例
图5是根据本发明第二实施例的SMD型电容器麦克风500的电路图,图6是根据本发明第二实施例的SMD型电容器麦克风500的横剖面图。
比较本发明的第一实施例和第二实施例,由于除后板210和振动膜206的位置改变之外第二实施例的结构与第一实施例的结构完全相似,因而省略了对相同或类似部件的描述。
参照图5和图6,与第一实施例的等效电路相比较,在第二实施例的电路中,可变电容C0相当于后板20和振动膜206。后板210与接地部分连接,振动膜206与DC-DC转换器232相连接。
也就是说,在第二实施例中,驱动电压Vdd通过PCB 216的电源和输出端220分别加载给缓冲器IC 240和电压泵IC 230。所加载的驱动电压Vdd驱动缓冲器IC 240和电压泵IC 230。电压泵IC 230的DC-DC转换器232将驱动电压Vdd转换为被放大到所需电平的DC偏置电压VB。偏置电压VB通过第二基座214和环204加载给振动膜206。PCB 216的接地端218公共地连接到缓冲器IC 240和DC-DC转换器232,并且同时通过壳体202与后板210连接。因此,在接地的后板210与加载有偏置电压VB的振动膜206之间,由偏置电压VB形成了电容C0和静电场。
在这种情况下,如果振动膜206随外部声压振动,则会产生电信号。该电信号穿过环204和第二基座214被传送到PCB 216的缓冲器IC 240,并在缓冲器IC 240中放大,随后通过PCB 216的电源和输出端220输出到外部。根据本发明,为了防止从DC-DC转换器232输出的DC偏置电压VB直接加载给缓冲器IC 240,去耦电容器C1被连接在电压泵IC 230的输出部分与缓冲器IC 240的输入部分之间。去耦电容器C1起到了防止DC偏置电压VB直接加载给缓冲器IC 240的作用,并只允许振动膜206的振动所生成的电信号通过缓冲器IC 240,从而将DC偏置电压VB从电信号中分离出来。
如上所述,通过利用去耦电容器以形成双端(电源/输出端和接地端)的型式,本发明所述的SMD型偏压电容器麦克风能够提高与传统ECM的兼容性,并解决了圆形电容器麦克风在表面安装过程中的方向性问题。而且通过利用外部提供的电压以形成静电场,就能够维持恒定电场而不会因为高温下的软熔操作(reflow work)而造成灵敏度的损失。另外,在本发明的SMD型偏置电容器麦克风中,电压泵IC安装在麦克风的PCB上,并且电压泵IC和缓冲器IC由与传统麦克风中的电压相同的电压驱动,因此可根据来自电压泵IC输出端的被放大和传送的偏置电压的强度对灵敏度进行调整。
对本领域的技术人员来说,显然可以对本发明进行不同的修改和变换。因而,只要这些修改和变换在所附权利要求及其等同的范围内,那么它们就被本发明所覆盖。
Claims (6)
1.一种表面安装器件型偏压电容器麦克风,包括:
接地端,用于与外部电路连接;
一端与所述接地端连接的振动膜/后板组,用于根据声压的强度改变电容并将声音转换为电信号;
直流-直流转换器,用于提供偏置电压以在所述振动膜/后板组的一侧形成静电场;
缓冲器集成电路,用于放大来自所述振动膜/后板组的电信号;以及
去耦电容器,用于防止来自所述直流-直流转换器的偏置电压输出被直接加载给所述缓冲器集成电路,并将来自所述振动膜/后板组的电信号传送给所述缓冲器集成电路。
2.根据权利要求1所述的麦克风,其特征在于,所述振动膜/后板组的振动膜与所述接地端连接,所述振动膜/后板组的后板与所述直流-直流转换器连接以接收所述偏置电压。
3.根据权利要求1所述的麦克风,其特征在于,所述振动膜/后板组的后板与所述接地端连接,所述振动膜/后板组的振动膜与所述直流-直流转换器连接以接收所述偏置电压。
4.根据权利要求2或3所述的麦克风,其特征在于,所述直流-直流转换器和所述去耦电容器被集成为电压泵集成电路。
5.根据权利要求4所述的麦克风,其特征在于,所述缓冲器集成电路为场效应管、放大器和模拟-数字转换器中的一种。
6.根据权利要求4所述的麦克风,其特征在于,所述电压泵集成电路和所述缓冲器集成电路被集成为一个集成电路。
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