CN1781337A

CN1781337A - 充分改善微型麦克风组件中的电源抑制性能的方法和设备

Info

Publication number: CN1781337A
Application number: CNA2004800113536A
Authority: CN
Inventors: 史蒂文·E·博尔; 弗兰克·R·米切尔
Original assignee: Knowles Electronics LLC
Current assignee: Knowles Electronics LLC
Priority date: 2003-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2006-05-31
Also published as: US20040252858A1; WO2004098237A1; US7352876B2; EP1623601A1

Abstract

一种微型麦克风组件(100)中使用的混合电路(300)，利用屏蔽导体(422，424)之一或两者来减小信号(418)和电源(420)导体之间的寄生电容，从而减小阻抗缓冲放大器(200)的音频信号输入端(214)上的电源噪声。有选择地对接地面(424)、中间插入导体(422)以及它们的组合进行放置并且将其与地(232)或低阻抗信号节点(216)相接合，以减小和消除不希望的寄生电容。

Description

充分改善微型麦克风组件中的电源抑制性能的方法和设备

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求2003年4月28日提交的美国临时专利申请第60/466018号的权益，通过引用将该在先申请的公开内容并入本文中，用于所有的用途。

技术领域

本专利申请总体上涉及为聆听装置(比如助听器之类)中使用的微型驻极体麦克风改善电源抑制性能(power supply rejectionperformance)，并且更加具体地讲，涉及减小与微型麦克风混合电路组件上的导体相关的迹线间耦合电容(inter-trace couplingcapacitance)。

背景技术

助听技术近年来得到了迅速发展。这个领域中的技术进步不断提高助听器的接收能力、佩带舒适性、使用寿命和功率效率。随着耳戴式听觉装置性能方面的这些不断进步，对提高所利用的微型声换能器的固有性能提出的要求不断增高。在助听器行业中，广为人知的有几种不同的助听器类型：耳后型(BTE)、耳内型或全耳内型(ITE)、耳道内型(ITC)和完全耳道内型(CTC)。

一般来说，诸如助听器之类的聆听装置包括麦克风组件、放大器和接收器(扬声器)组件。麦克风组件接收振动能，即，可听声频内的声波，并且产生代表这些声波的电信号。放大器获取该电信号、对该信号进行调整并且将经过调整的信号(例如，经过处理的信号)发送给接收器组件。接收器组件接着将经过放大的信号转换成声能，以便发送给用户。

麦克风组件中产生的电信号易于受到干扰，这种干扰的两个例子是处于1-3GHz范围之内的来自无线电或蜂窝电话发射机的高频电磁辐射干扰，和通常是在接收器(扬声器)从微型助听器电池汲取充足的电流时造成的电源噪声。本公开内容致力于后一种干扰问题。

微型驻极体麦克风中的阻抗缓冲电路一般来说具有接近26dB的电源抑制(PSR)性能，对于助听器应用来说，认为这种电路对电源噪声的抗干扰能力相当差。在有噪声的电源的情况下(这种情况在高增益的、微型的助听器材中相当普遍)，这会造成严重的问题，这个问题通常通过从具有非常高的PSR的电压调节器电子器件对助听器中的麦克风供电而解决的。典型的助听电压调节器具有接近50dB的PSR，这将助听系统中麦克风的有效PSR提高到了接近75dB。不过，使用电压调节器在麦克风中实现这种程度的PSR是不理想的，原因有下述三个：在助听器制造所需的原料清单中加入了电压调节器，从而增加了助听器制造的成本；增大了小助听器电池的电量消耗，降低了电池寿命；增加所需部件的数量使得助听器组装更加困难，同时占用了微型助听器壳体内部的宝贵空间。

麦克风PSR性能的局限性来自于麦克风缓冲电路本身的局限性，同时来自于与混合电路相关的迹线间杂散电容的局限性。由于典型的驻极体换能器具有大约2皮法(10^-12F)的源电容，因此60dB的PSR要求这些从缓冲电路输入端到电源的迹线间杂散电容保持在这一源电容的千分之一或以下，即，大约一飞法(femtofarad)(10^-15F)或更小。减小迹线间杂散电容能够显著改善整个聆听装置的性能。

附图说明

为了更加完整地理解本公开内容，应当对下面详细介绍的说明书和附图进行参阅，其中：

附图1是麦克风组件的放大立体图；

附图2是用于麦克风组件的缓冲电路；

附图3是表示用于麦克风组件的混合电路的顶视图的平面图；

附图4是附图3的混合电路的截面图；

附图5是附图4的混合电路的顶视图；

附图6是用于麦克风组件的混合电路的另一种实施方式的截面图；

和

附图7是用于麦克风组件的混合电路的又一种实施方式的截面图。

具体实施方式

虽然本公开内能够包容各种修改实施方式和可供替换形式，但是在附图中用举例的方法给出了某些实施方式，并且本文将详细介绍这些实施方式。不过，应当理解，本公开内容无意将本发明限制在所介绍的具体形式上的意思，正相反，本发明意欲涵盖落在所附的权利要求书限定的本发明的思想和范围之内的所有修改实施方式、供替换实施方式和等价实施方式。

本文所介绍的实施例给出了减小麦克风组件电路的迹线间耦合电容的机构。多种特征和优点包括，在保持高生产产量、高现场可靠性和优越产品耐久性的同时，提供简单的、低成本的麦克风组件。

聆听装置的麦克风组件包括主要设置在混合基板(或者简称基板)上的麦克风、前置放大电路、射频干扰抑制装置、阻抗缓冲电路。该基板具有设置于其上的导体，用于传送麦克风中产生的电信号(音频信号)、控制信号和电源。当这些导体在基板的同一表面上在物理上彼此接近时，分隔这些导体的空气可以起到电介质的作用，形成杂散电容(straycapacitor)，并且将信号从一个导体耦合到另一个导体。类似地，当两个导体设置在同一个接地面上方时，基板电介质本身可以形成杂散电容，并且造成信号耦合。如上所述，供电导体上的噪声可以由这些杂散电容耦合到缓冲电路的信号输入端，并且降低整个电路的电源抑制效果。

为了解决这种不期望的耦合，提出了多种步骤来减小或消除导体之间的杂散的或寄生的电容。一种方法是在信号导体和供电导体之间放置另一个导体。另一种方法是将接地面放置成不与传送音频信号的导体和传送电源的导体两者相交叠。第三种方法是屏蔽，仿效同轴电缆的形式，对每一个导体进行屏蔽。这些方法可单独使用或组合使用。

参照附图1，给出了示例麦克风组件100的放大立体图。麦克风组件100包括外壳，该外壳包括上盖104和下盖或底座106。麦克风组件100还包括振动膜组件108、背板组件110、安装架112、前置放大器组件114和入声口116。背板组件110安装在振动膜组件108上。背板组件110和振动膜组件108的组合构成了可变电容，该可变电容产生相应于在受到声波或声能冲击时，背板组件110的固定电极与运动的振动膜组件108之间的电容变化的代表性电信号。

连接线118固定地安装在背板110上，并且穿过安装架112的开口124与前置放大器组件114的输入点120电连接。前置放大器组件114通过接地点122接地到振动膜组件108、安装架108和底座106。

为了进一步降低对低和高射频干扰信号的敏感度，前置放大器组件114借助导电粘接剂126、128经由安装架112与底座106相连接，以将由通信装置引起的RFI信号接地。前置放大器组件114此外还借助导电耦合130(比如具有混悬金属碎片的环氧树脂或者点焊点)接地到上盖104。具体来说，导电耦合130可以是双成分银环氧树脂粘接剂，能够实现很高的电导率和很强的导电粘接。这样，存在于由输出连接线136提供的放大器输出信号中的RFI得到了抑制。安装架112、前置放大器组件114和上盖104共同构建了空气的后部容积，用于驻极体麦克风的正确操作。

前置放大器组件114可以包括混合电路132，该混合电路132包括阻抗缓冲电路200，比如源极跟随场效应晶体管(FET)集成电路134，该集成电路适用于降低RFI，比如由通信装置产生的RFI。RFI抑制在2004年3月26日提交的名称为《具有前置放大器的麦克风组件及其制造方法(Microphone Assembly with Preamplifier and Manufacturing MethodThereof)》的共同审理中的美国专利申请(代理人案号30521/3073)中进行了详细说明，通过引用将该申请的全部内容并入本文中，用于所有目的。

附图2示出了用于麦克风组件100的具有60dB电源抑制(PSR)能力的阻抗缓冲电路。阻抗缓冲电路200包括可操作地与输入端(V_in)214和输出端(V_out)216相连接的输入晶体管212。电源(V_bat)接在电源接头230上。输入偏置218与输入端(V_in)214、输入晶体管212和输出端(V_out)216相连接。第一和第二电阻224、226构成分压器220并且连接在输出端(V_out)216和地232之间。本领域普通技术人员可以根据所选择的确切晶体管和电路性能要求计算出分压电阻224、226的值。在电路200中引入了晶体管222(比如耗尽型NMOS)来提高电路200的总体PSR。在美国专利申请第10/411730号中公开了其它一些可以采用的示例阻抗缓冲电路，该专利申请的全部内容针对所有的用途以引用的方式整体并入本文。

对于附图3-7而言，介绍的是提高麦克风组件100的PSR性能的各种布局的实施例。利用这些技术可以将PSR性能提高到这样的程度上：可以不需要前面提到的电压调节器来达到微型麦克风组件100中的期望PSR性能，结果节约了成本，同时增加了电池寿命和可靠性。这些技术也可以与电压调节器一起使用。

下面的实施方式的基板302、612、712可以是单晶材料的，比如蓝宝石，或者是烧结材料的，比如铝氧化物(Al₂O₃)或矾土(alumina)。由于矾土相对便宜，并且在这些可用材料中在高频性能方面非常出众，因此高频装置广泛采用矾土基板。基板厚度和材料可以依应用的具体要求而变。矾土的厚度通常介于225μm和275μm之间，通常为250μm。基板302、612、712通常是矩形的，具有与安装架108相当的几何形状。根据应用情况，也可以采用其它形状和尺寸。

形成在基板302上的导体，例如，基板302上的导体306、308、310，可以由导电材料制成，比如铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)之类，并且可以溅镀或电镀到基板302上并蚀刻成期望的图形。这些导体也可以由经丝网印制和热烧结的导电材料制成，比如银铂(AgPt)或银钯(AgPd)合金，以限定期望的导体图形；不过，任何导体材料或包括导电涂层的材料，比如厚铜，都是可以采用的。当采用银合金时，通常要对其进行丝网印制和热烧结，最后厚度为10μm-14μm，但也可以依具体应用的要求而变。

附图3是混合电路300的俯视图。混合电路300包括基板302，该基板302具有第一表面304和第二表面(未示出)。第一导体306、第二导体308和屏蔽导体310形成在基板302的第一表面304上。第一导体306可操作地与阻抗缓冲电路200的输入端(V_in)214相连接。第二导体308可操作地与阻抗缓冲电路200的电源，比如电池(V_bat)230相连接。第二导体308可能会发出噪声，比如，不希望的电源噪声或其它工作干扰。为了降低或消除这种噪声与第一导体306的耦合，将屏蔽导体310定位在第一导体306和第二导体308之间，以减小它们之间的迹线间耦合电容。屏蔽导体310可以与(例如)接地节点312、低阻抗信号节点(比如信号输出端314)等相接合。这样做给出了实现明显改善了的PSR性能、高生产产量、高现场可靠性和优越产品耐久性所需的降低迹线间耦合电容的优点。

附图4-5是与附图3形式类似的混合电路400的示意性截面图(附图4)和示意性俯视图(附图5)。为了清晰解释所采用的技术，没有示出混合电路400的整个布局。基板412具有第一侧和第二侧(分别为414、416)、多个导体418、420、422和接地面424。接地面424形成在基板412的第二表面416上。当沿着垂直于第一表面414的轴观察时，第二导体420和屏蔽导体422被接地面424完全交叠。第一导体418可以可操作地与例如阻抗缓冲电路200的输入端(V_in)214相连接。屏蔽导体422可以例如与电路地122、信号节点(比如麦克风缓冲电路200的输出端216(V_out))等相接合。第三导体420可以与例如阻抗缓冲电路200的电池(V_bat)230相接合。接地面424可以用作地和散热材料，并且可以可操作地例如通过混合电路400中的通孔或过孔(via)与麦克风组件100的接地连接122相连接。安装在混合电路400的第一表面414上的电路单元相对于形成在混合电路400的第二表面416上的接地面424得到屏蔽。按照这种结构，由于接地面424和第一导体418的非交叠的布置，减小或消除了加在第一导体418上的寄生电容。这样做实现了消除通过混合电路400的迹线间耦合电容耦合的噪声的优点。充分消除这种非理想噪声耦合同样也可以通过配置作为防护面424的接地面来实现，就是说，接地面不与地122耦合，却例如与非接地低阻抗信号节点耦合，比如与附图2中所示的麦克风缓冲电路的输出端216(V_out)耦合。导体相对于接地面的其它结构对本领域的技术人员来说是显而易见的，只要屏蔽导体422和仅仅一个其它导体418、420与接地面424交叠即可。

现在参照附图6讨论和介绍混合电路600。混合电路600在结构上和功能上与附图4-5中所示的混合电路400类似。混合电路600包括基板612，该基板612具有第一表面614和第二表面616。至少一个电路图案(未示出)形成在基板612的第一表面614上。

第一导体618和接地面624形成在基板612的第一表面614上。在接地面624的上方形成有绝缘体。绝缘体626一般来说是液体玻璃丝网印制上的，然后进行加热处理，以便凝固和稠化成最终的厚度10-14μm。第二导体620和屏蔽导体622形成在绝缘体626的上表面上。接地面624可以起到地和散热材料的作用。安装在混合电路600的第一表面614上的电路元件(未示出)被混合电路600的接地面624屏蔽。第一导体618可以可操作地与例如阻抗缓冲电路200的输入端(V_in)214相连接。屏蔽导体622可以可操作地与例如麦克风缓冲电路的输出端216(V_out)或地相连接。第二导体620可以可操作地与电源相连接，例如，与阻抗缓冲电路200的电池(V_bat)230相连接。第二导体620可能会辐射噪声，比如，电源噪声或其它工作干扰，并且经由与混合电路600相关的寄生杂散电容传播噪声。在这种结构中，由于接地面624与第一导体618的非交叠布置，减小或消除了加在第一导体618上的寄生电容。这样做可以实现下述一种或多种优点：减小噪声从第二导体620到第一导体618的迹线间耦合，从而提高PSR性能、获得高生产率、高现场可靠性和优越的产品耐用性。

现在参照附图7讨论和介绍混合电路700。混合电路700在结构上和功能上与附图4-6中所示的混合电路400和600类似。混合电路700包括基板712，该基板712具有第一表面714和第二表面716。至少一个电路图案(未示出)形成在基板712的第一表面714上。

和前面一样，第一导体718和第二导体720形成在基板712的第一表面714上。接地面(例如，地或防护面724，刚好与屏蔽导体722、第二导体720和绝缘体726相对)形成在基板712的第二表面716上。绝缘体726和前面一样，经过丝网印制和热烧结。屏蔽导体722形成在绝缘体726之上并借助底脚728与基板712的第一表面718相接。接地面724可以同时起到地和散热材料的作用。安装在混合电路700的第一表面714上的电路元件(未示出)是由混合电路700的接地面724屏蔽的。第一导体718可以可操作地与例如阻抗缓冲电路200的输入端(V_in)214相连接。屏蔽导体722可以可操作地与低阻抗信号节点，例如阻抗缓冲电路200的输出端216(V_out)相连接。第二导体720可以可操作地与电源相连接，例如，与阻抗缓冲电路200的电池(V_bat)230相连接。第二导体720可能会辐射噪声，比如，电源噪声或其它工作干扰，并且经由与混合电路700相关的寄生杂散电容传播噪声。在这种结构中，因屏蔽导体722的屏蔽作用，减小或消除了加在第一导体718上的寄生电容。这样做可以实现下述一种或多种优点：减小噪声从第二导体720到第一导体718的迹线间耦合，得到提高了的PSR性能、高生产产量、高现场可靠性和优越的产品耐用性。不过，本领域普通技术人员应当理解，任何形式的屏蔽技术都能够满足要求，比如，使用同轴屏蔽技术，可以用低阻抗地或低噪声防护将“有噪声的”导体完全包围起来。

应当理解，可以简便地将基板412、712的第二表面416、716上的接地面424、724与屏蔽导体422、722共同连接起来，尤其是当阻抗缓冲电路倒装在混合电路400、700上时。很清楚，所介绍的实施例的示例的可供替换的变型和修改也同样适于屏蔽或防护上述有害的寄生电容，比如，在“有噪声的”电源导体路径上方充分铺设屏蔽或防护导体，同时在它们之间设置绝缘体。其它的变化形式，比如，使用同轴屏蔽技术，可以用低阻抗地或低噪声防护将“有噪声的”导体完全包围起来。

保护性防护导体、屏蔽导体和/或接地面应当避免在极端灵敏的阻抗缓冲输入节点上产生额外的寄生负载电容，因为这样会因电容分压器效果而对整个麦克风组件造成不期望的灵敏度损失。同样，保护导体或平面的间隔或交叠应当是这样的：使得与连接于阻抗缓冲输入端的导体的迹线间耦合结果得到最小量的电容负载。

本发明的寄生电容降低方法也能够在前置放大器组件中存在其它的“有噪声的”非电源相关信号(例如，数字时钟信号、混合模式信号(比如电荷泵输出)或其它数字信号)时得到应用。利用诸如上面介绍的那样的技术，应当有助于减小来自非供电电源的、注入到麦克风组件的高灵敏阻抗缓冲电路输入端的干扰或噪声的量。

已经介绍了示例技术的数种优点和益处。应当理解，某些实现方式可能不会提供本文所介绍的任何一种优点，但是可能提供本文没有介绍的其它优点或益处。

本文所引用的所有的参考文献，包括出版物、专利申请和专利，都通过引用并入本文中，如同在本文中全文提出一样。

在所介绍的发明的内容中使用的措辞“一”、“一个”和“该”以及类似的指代用词要理解成同时涵盖单数和复数(特别是在权利要求的情况下)，除非文中另有说明或与上下文明显相悖。本文所列举的数值范围仅仅用来起到简记单独引用各个落在该范围内的独立值的方法的作用，除非另有说明，各个独立值被并入说明书中，如同在本文中单独引用一样。本文所介绍的所有方法可以按照任何适当的顺序实施，除非文中另有说明，或者明显与上下文相悖。本文所给出的任何一个和所有例子和举例性语言(例如，“比如”)的运用仅仅用来更好地阐述发明，并不造成对本发明的限制，除非另有声明。说明书中的任何一句话都不得理解为表示实现本发明所必须的任何未声明的元部件。

本文介绍了本发明的优选实施方式，包括本发明人所知的执行本发明的最佳模式。应当理解，所解释说明的实施方式仅仅是示范性的，不应拿来限制本发明的范围。

Claims

1、一种微型麦克风组件，包括：

基板，具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，该基板是绝缘体；

导电面，设置在第一表面和第二表面之一上，该导电面部分覆盖第一表面和第二表面之一；

第一导体，设置在所述第一表面上，不与所述导电面交叠，该第一导体和与麦克风组件相关的音频信号耦合；和

第二导体，设置在第一绝缘层上，该第二导体与所述导电面交叠，该第二导体与用于麦克风组件的电源耦合。

2、根据权利要求1所述的微型麦克风组件，还包括：

屏蔽导体，设置在所述绝缘层上，该屏蔽导体与所述导电面交叠，该屏蔽导体设置在所述第一导体和第二导体之间。

3、根据权利要求2所述的微型麦克风组件，其中所述屏蔽导体与电路地和缓冲电路的低阻抗信号节点之一相接合。

4、根据权利要求1所述的微型麦克风组件，还包括：

第二绝缘层，设置在所述第一导体和第二导体之一上；和

屏蔽导体，设置在第二绝缘层上，该屏蔽导体至少部分地包围所述第一导体和第二导体之一。

5、根据权利要求1所述的微型麦克风组件，其中所述基板包括第一绝缘层，并且其中所述导电面设置在所述第二表面上，且所述第一导体和第二导体设置在所述第一表面上。

6、根据权利要求1所述的微型麦克风组件，其中所述第一绝缘层设置在所述导电面上，其中所述导电面设置在第一表面上。

7、根据权利要求6所述的微型麦克风组件，此外还包括屏蔽导体，该屏蔽导体设置在第一绝缘层上，与导电面相交叠，该屏蔽导体设置在第一导体和第二导体之间。

8、根据权利要求1所述的微型麦克风组件，其中所述导电面与电路地相接合。

9、根据权利要求1所述的微型麦克风组件，其中基板是蓝宝石、氧化铝和矾土之一。

10、根据权利要求1所述的微型麦克风组件，其中基板是厚度介于225μm和275μm之间的矾土。

11、一种制造微型麦克风组件中使用的混合电路的方法，包括：

制备基板，该基板具有第一表面和与第一表面相对的第二表面；

在第一表面上设置第一导体，该第一导体用于耦合与驻极体声换能器相关的信号；

在第一表面上设置第二导体，该第二导体用于与微型麦克风组件的电源相耦合；

在第一导体和第二导体之间设置第三导体，以减小第一导体和第二导体之间的寄生电容，该第三导体与缓冲放大器的接地节点和低阻抗信号节点之一相耦合；和

使包括阻抗缓冲电路的集成电路与基板和所述第一导体和第二导体之一相耦合。

12、根据权利要求11所述的方法，此外还包括：

在基板上设置导电面，使得该导电面与所述第二导体和第三导体相交叠，并且不与所述第一导体交叠，由绝缘体将该导电面与第二导体和第三导体分隔开。

13、根据权利要求12所述的方法，还包括：

将导电面设置在所述第二表面上，其中所述绝缘体是基板。

14、根据权利要求12所述的方法，还包括：

将导电面设置在第一表面上；和

在导电面之上设置绝缘层，其中该绝缘层是绝缘体，并且所述第二导体和第三导体设置在该绝缘层上。

15、根据权利要求11所述的方法，其中设置第三导体的步骤还包括将第三导体设置在第一表面上。

16、根据权利要求11所述的方法，其中设置第三导体的步骤还包括：

在所述第一导体和第二导体之一上设置绝缘层；和

在该绝缘层之上设置第三导体，使得第三导体完全与所述第一导体和第二导体之一交叠。

17、一种微型麦克风组件中使用的混合电路，包括：

第一导体，设置在第一表面上，该第一导体用于耦合驻极体声换能器；

第二导体，设置在第一表面上，该第二导体与微型麦克风组件的电源耦合；和

接地面，设置成与第二导体相交叠并且不与所述第一导体相交叠。

18、根据权利要求17所述的混合电路，还包括：

屏蔽导体，设置在第一表面上，该屏蔽导体设置在所述第一导体和第二导体之间并且与接地面交叠。

19、根据权利要求17所述的混合电路，还包括：

绝缘层，设置在所述第一导体和第二导体之一之上，包围所述第一导体和第二导体之一；和

屏蔽导体，设置在该绝缘层之上，该屏蔽导体与阻抗缓冲器的电路地和低阻抗信号节点之一相接合。

20、根据权利要求17所述的混合电路，其中基板是厚度介于225μm和275μm之间的矾土。

21、一种微型麦克风组件，包括：

外壳，具有上盖和底座；

驻极体麦克风，封装在所述外壳之内；和

混合电路，与所述驻极体麦克风相连接，该混合电路包括：

绝缘基板；

缓冲放大器，设置在该绝缘基板上；

第一导体，设置在该绝缘基板上，该第一导体用来向所述缓冲放大器传送音频信号；

第二导体，设置在该绝缘基板上，该第二导体用来将电源耦合到所述缓冲放大器；

屏蔽导体，用于减小所述第一导体和第二导体之间的电容耦合，该屏蔽导体设置在所述绝缘基板和另一个绝缘体之一上。