CN210603698U - 电容式气压传感器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电容式气压传感器及电子设备，该电容式气压传感器包括：ASIC芯片，ASIC芯片包括参考电压输入端及气压信号输入端；气压传感器芯片，气压传感器芯片的一个电极电连接ASIC芯片的参考输入电压端，另一个电极电连接ASIC芯片的气压信号输入端；噪音滤波电路，噪音滤波电路的输入端与ASIC芯片的参考电压输入端连接。本实用新型有利于抑制电容式气压传感器产生的噪音。

Description

电容式气压传感器及电子设备

技术领域

本实用新型涉及麦克风技术领域，特别涉及一种电容式气压传感器及电子设备。

背景技术

随着各种智能手机、智能手环、智能手表、智能音箱及TWS耳机等市场的发展，电容式气压传感器在这些领域的应用都非常广泛，但在实际的应用中，由于主控制单元需要实时采集气压传感器的数据，气压传感器在工作中会产生电源开关噪声等，在电子设备中还设置有麦克风时对噪音很敏感，抗电磁干扰能力较弱，电容式气压传感器产生的开关噪音可能能会被线路上的MEMS麦克风拾取到，最终噪声可能通过喇叭被人耳听到，从而影响音频的质量，对产品性能有很大影响。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种电容式气压传感器及电子设备，旨在抑制电容式气压传感器产生的噪音。

为实现上述目的，本实用新型提出一种电容式气压传感器，所述电容式气压传感器包括：ASIC芯片，所述ASIC芯片包括参考电压输入端及气压信号输入端；

气压传感器芯片，所述气压传感器芯片的一个电极电连接所述ASIC芯片的参考输入电压端，另一个电极电连接所述ASIC芯片的气压信号输入端；

噪音滤波电路，所述噪音滤波电路的输入端与所述ASIC芯片的参考电压输入端连接。

可选地，所述电容式气压传感器还包括安装基板，所述安装基板设置有多个安装位，所述ASIC芯片、所述气压传感器芯片、所述噪音滤波电路对应安装于多个所述安装位上。

可选地，所述ASIC芯片包括正参考电压输入端及负参考电压输入端；

所述噪音滤波电路包括第一滤波电路和第二滤波电路，所述第一滤波电路与所述正参考电压输入端连接；所述第二滤波电路与所述负参考电压输入端连接。

可选地，所述第一滤波电路包括第一电容，所述第一电容埋设于所述安装基板内；

所述第二滤波电路包括第二电容，所述第二电容埋设于所述安装基板内；

所述安装基板还设置有多个第一导电孔，所述ASIC芯片通过多个所述第一导电孔分别与所述第一电容和第二电容电连接。

可选地，所述安装基板具有相对设置的第一表面及第二表面，所述安装基板的多个安装位分设于所述第一表面及所述第二表面；

所述第一滤波电路包括第一电容，所述第一电容设置于所述安装基板第一表面的安装位上；

和/或，所述第二滤波电路包括第二电容，所述第二电容设置于所述安装基板第一表面的安装位上。

可选地，所述安装基板还设置有第二导电孔，所述ASIC芯片还包括信号传输端、电源端及接地端；

所述ASIC芯片的信号传输端、电源端及接地端通过所述第二导电孔与所述安装基板第二表面的安装位电连接。

可选地，所述电容式气压传感器还包括外壳，所述外壳罩设于所述安装基板上，并与所述安装基板形成有腔体，所述气压传感器芯片和所述ASIC芯片内置于所述腔体内。

可选地，所述电容式气压传感器还包括气压孔，所述气压孔位于所述外壳上，所述气压孔位置与所述气压传感器芯片对应；

或者，所述气压孔位于所述安装基板上，所述气压孔对应所述气压传感器芯片的下方设置。

可选地，所述安装基板、所述气压传感器芯片和所述ASIC芯片之间通过金属引线电连接。

本实用新型还提出一种电子设备，包括主控制器、MEMS麦克风及如上所述的电容式气压传感器；

所述主控制器分别与所述MEMS麦克风及所述电容式气压传感器电连接。

本实用新型通过设置噪音滤波电路，并将噪音滤波电路连接于ASIC芯片的参考信号输入端连接于ASIC芯片的参考信号输入端。使得气压传感器芯片在从工作状态进入非工作状态的转变时而产生开关噪声时，连接在ASIC芯片的参考电压输入端的噪音滤波电路就会将噪声信号的能量滤除到地，本实用新型提高了电容式气压传感器对开关噪音的抑制能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型电容式气压传感器一实施例的电路结构示意图；

图2为本实用新型电容式气压传感器一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	ASIC芯片	100	安装基板
20	气压传感器芯片	200	外壳
				30	噪音滤波电路	300	金属引线
31	第一滤波电路	101	第一导电孔
				32	第二滤波电路	102	第二导电孔
C1	第一电容	C2	第二电容

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本实用新型提出一种电容式气压传感器，适用于智能手机、智能手环、智能手表、智能音箱及TWS耳机等电子设备中。

参照图1，在本实用新型一实施例中，该电容式气压传感器包括：

ASIC芯片10，所述ASIC芯片10包括参考电压输入端及气压信号输入端；

气压传感器芯片，所述气压传感器芯片的一个电极电连接所述ASIC芯片10的参考输入电压端，另一个电极电连接所述ASIC芯片10的气压信号输入端；

噪音滤波电路，所述噪音滤波电路的输入端与所述ASIC芯片10的参考电压输入端连接。

本实施例中，电容式气压传感器包括一个气压传感器芯片20和一个用于放大电信号的ASIC芯片10。ASIC芯片10包括正参考电压输入端和负参考电压输入端、VTEMP端，在一些实施例中，ASIC芯片10还包括共地端GND、气压信号输入端(VINP、VIPNN)，以及用于输出气压检测信号的信号传输端(SDO、SCK、SDI、CSB)、用于接入驱动电源VDD的电源端VDD和接地端VSS。气压传感器芯片20的一个电极(VREF_N、VREF_P)电连接ASIC芯片10的参考电压输入端，另一个电极电(VOUT_N、VOUT_P)连接ASIC芯片10的气压信号输入端，气压传感器芯片20还包括分别与ASIC芯片10的共地端连接的温度TEMP端和GND端连接的SUB端。

其中，气压传感器芯片可选采用MSMS芯片来实现。当MEMS芯片接受到外部气压时，MEMS内部的可变电容值会发生相应的变化，最终转换成电压信号后通过ASIC芯片10的管脚VINP，VINN进入ASIC芯片10进行气压数据计算和处理，处理成数字信号后ASIC芯片10可以通过I2C或者SPI接口传输到电子设备的主控制器MCU中，MCU根据得到的数据进行相应的气压值显示或其它控制。

在气压传感器正常工作时，VREF_P与VREF_N之间的电压Vpp为3V的方波，该方波信号输出至ASIC芯片10的参考电压输入端，从而为ASIC芯片10提供参考电压。该方波信号的输出频率可以为80KHz以下，气压传感器采样率可以根据传感器的寄存器进行相应的选择。以采样率为8Hz为例，在8Hz的周期(125ms，占空比为80％)里，在电源关断时，气压传感器会从工作状态进入非工作状态的转变，此时该采样率为8Hz的信号会在线路上产生振荡，从而在ASIC芯片10的参考信号输入端上产生开关噪声，而在电子设备同时设置有麦克风时，该麦克风对噪音很敏感，抗电磁干扰能力较弱，这个开关噪声会让麦克风拾取到，从而影响音频的质量，对产品性能有很大影响。当气压传感器芯片20接受到外部噪声后，噪声就会直接从麦克风的BIAS和SENSE端输出进入到电子设备系统的音频信号接入端MIC_OUT里面，从而影响声音质量。

为此，将噪音滤波电路40连接于ASIC芯片10的参考信号输入端上。当气压传感器芯片20从工作状态进入非工作状态的转变而在ASIC芯片10的参考信号输入端上产生开关噪声，而在电子设备同时设置有麦克风时，噪音滤波电路40就会将噪声信号的能量滤除到地，使得ASIC芯片10接入的参考电压信号不因外部噪声波动而变化，从而达到抑制电磁干扰产生的目的。如此，当存在开关噪声可能对ASIC的参考电压输入端产生影响时，噪音滤波电路40也会根据开关信号所产生的影响相应储存或者释放能量，从而抑制噪音的产生。

本实用新型通过设置噪音滤波电路40，并将噪音滤波电路连接于ASIC芯片10的参考信号输入端连接于ASIC芯片10的参考信号输入端。使得气压传感器芯片在从工作状态进入非工作状态的转变时而产生开关噪声时，连接在ASIC芯片10的参考电压输入端的噪音滤波电路就会将噪声信号的能量滤除到地，本实用新型提高了电容式气压传感器对开关噪音的抑制能力。

参照图1及图2，在一实施例中，所述电容式气压传感器还包括安装基板100，所述安装基板100设置有多个安装位，所述ASIC芯片10、所述气压传感器芯片20、所述第一滤波电路31及所述第二滤波电路32对应安装于多个所述安装位上。

本实施例中，安装基板100可选为印刷电路板PCB，印刷电路板可选为多层结构，例如四层结构，安装基板100上设置有电路布线层，电路布线层根据电容式气压传感器的电路设计，在安装基板100上形成对应的线路以及对应气压传感器芯片20、ASIC芯片10、所述第一滤波电路31及所述第二滤波电路32等电子元件安装的安装位，即焊盘。具体地，在安装基板100上设置好绝缘层后，将铜箔铺设在绝缘层上，并按照预设的电路设计蚀刻所述铜箔，从而形成电路布线层。本实施例可选采用导电胶、焊锡等材料将气压传感器芯片20、ASIC芯片10、所述第一滤波电路31及所述第二滤波电路32固定于印刷电路板的焊盘上。其中，ASIC芯片10和气压传感器芯片20可以是封装芯片，也可以是裸die晶圆。在一些实施例中，ASIC芯片10上覆盖有密封胶进行封装。当然在其他实施例中，第一滤波电路31及所述第二滤波电路32也可以是通过印刷电路板上的电路布线层形成于印刷电路板表面的电容。

参照图1及图2，在一实施例中，所述ASIC芯片10包括正参考电压输入端及负参考电压输入端；

所述噪音滤波电路包括第一滤波电路和第二滤波电路，所述第一滤波电路与所述正参考电压输入端连接；所述第二滤波电路与所述负参考电压输入端连接。

本实施例中，参考电压输入端为两个，分别为正参考电压输入端和负参考电压输入端，气压传感器芯片的两个参考电压输入端VREF_P与VREF_N之间输出电压Vpp为3V的方波给ASIC芯片10提供参考电压，对应参考电压输入端的数量，噪音滤波电路的数量也为两个，分别为第一滤波电路和第二滤波电路。

其中，所述第一滤波电路31包括第一电容C1，所述第一电容C1埋设于所述安装基板100内；

所述第二滤波电路32包括第二电容C2，所述第二电容C2埋设于所述安装基板100内。

本实施例中，第一电容C1和第二电容C2的容值可以根据接收到的干扰信号频率进行设置，本实施例可选将两个电容的容值范围设置为25nf～40nf，本实施例可选为33nf等特定频段起到更好的滤波作用。在电容式气压传感器设计中对ASIC芯片10的VMIC和INPM管脚分别加1颗33nF的对地滤波电容进行滤波处理，且电容值可以根据实际噪声要求进行相应调整，在外部噪声如开关噪声等通过气压传感器芯片20收集到信号后会经过管脚BIAS和SENSE管脚，然后经过第一电容C1和第二电容C2滤除至地，从而达到抑制噪声的效果。

在其他实施例中，第一滤波电路31和第二滤波电路32还可以采用电阻、电容、电感等元件组成的阻容滤波电路，阻感容滤电路等来实现。

参照图1及图2，本实施例中，安装基板100内设置有第一电容C1和第二电容C2的容置槽，第一电容C1和第二电容C2可以是在制作好形成封装电容后，埋入至安装基板100的容置槽，第一电容C1和第二电容C2也可以通过埋设在安装基板100内部的金属层层叠构成。安装基板100包括多层金属层以及夹设于金属层之间的绝缘电介质层，多层金属层以及夹设于金属层之间的绝缘电介质层形成平行板电容器。将第一电容C1和第二电容C2通过埋入到安装基板100的方式，可以充分利用电容式气压传感器自身的结构特点，减小产品设计占用的空间，利于产品设计的小型化，使得在兼顾产品尺寸的同时，可以更好的达到滤波电容的容值要求。

进一步地，上述实施例中，所述安装基板100还设置有多个第一导电孔101，所述ASIC芯片10通过多个所述第一导电孔101与所述第一电容C1和第二电容C2电连接。

本实施例中，第一导电孔101可以是金属化导电孔，安装基板100上的电路布线层通过在绝缘介质层内设置第一导电孔101的方式来实现ASIC芯片10与第一电容C1和第二电容C2进行电连接。

参照图1及图2，在一实施例中，所述安装基板100具有相对设置的第一表面A及第二表面B，所述安装基板100的多个安装位分设于所述第一表面A及所述第二表面B；

所述第一滤波电路31包括第一电容C1，所述第一电容C1设置于所述安装基板100第一表面A的安装位上；

和/或，所述第二滤波电路32包括第二电容C2，所述第二电容C2设于设置于所述安装基板100第一表面A的安装位上。

本实施例中，第一电容C1和第二电容C2可以是薄膜电容，薄膜电容的一端设置于气压传感器芯片20和ASIC芯片10之间，一端接地。薄膜电容安装于对应的安装位上，气压传感器芯片产生的开关噪声会经过参考电压端(VREF_P与VREF_N)输出，然后经过第一电容C1和第二电容C2滤除至地，从而达到抑制噪声的效果。

可理解的是，第一电容C1和第二电容C2可以是埋入电容，也可以采用铜箔极板制作电容或SMD表贴电容，通过在气压传感器芯片20和ASIC芯片10之间设置第一电容C1和第二电容C2，有利于抑制电容式气压传感器的开关噪音，提高系统的噪声抑制比，提高音频质量。

参照图1及图2，在一实施例中，所述安装基板100还设置有第二导电孔102，所述ASIC芯片10还包括信号传输端(SDO、SCK、SDI、CSB)、电源端VDD和接地端VSS；

所述ASIC芯片10的信号传输端(SDO、SCK、SDI、CSB)、电源端VDD和接地端VSS通过所述第二导电孔与所述安装基板第二表面的安装位电连接。

本实施例中，安装基板100内部还设置有贯穿安装基板100两面的多个第二导电孔102，该导电孔可以是金属化过孔，金属化过孔分别通过环绕每个金属化过孔的绝缘电介质材料和绝缘电介质材料与金属层之间电绝缘，并且各个金属化过孔分别电连接至所述电容式气压传感器外部电路的输出端VOUT焊盘和电源端VDD焊盘，以及接地端VSS焊盘。具体可以是通过多个设置在安装基板100内部的金属化过孔电连接ASIC芯片10的信号传输端(SDO、SCK、SDI、CSB)、电源端VDD和接地端VSS，以接入驱动电源VDD，或者通过ASIC芯片10的输出端VOUT输出气压检测信号。

参照图1及图2，在一实施例中，所述电容式气压传感器还包括外壳200，所述外壳200罩设于所述安装基板100上，并与所述安装基板100形成有腔体，所述气压传感器芯片20和所述ASIC芯片10内置于所述腔体内。

进一步地，上述实施例中，所述电容式气压传感器还包括气压孔(图未标示)，所述气压孔位于所述外壳200上，所述气压孔位置与所述气压传感器芯片20对应；

或者，所述气压孔位于所述安装基板100上，所述气压孔对应所述气压传感器芯片20的下方设置。

本实施例中，外壳200可以是金属的方槽形外壳200，也可以是圆形外壳200，外壳200罩设于所述安装基板100上，并且外壳200的下沿粘贴至安装基板100上，外壳200与安装基板100封装于一体，具体可以通过密封胶粘结结合成为一个声腔，气压传感器芯片20和ASIC芯片10内置于该声腔体内。当然在其他实施例中，外壳200也可以包括壳体及上盖(或者下盖)，安装基板100及设置于安装基板100上的气压传感器芯片20、ASIC芯片10、所述第一滤波电路31及所述第二滤波电路32容置于壳体内，再通过上盖(或者下盖)形成封装上述电子元件。能够透过声音的气压孔可以设置于外壳200的上平面部，或者设置在安装基板100上，气压传感器芯片20覆盖气压孔设置。

参照图1及图2，在一实施例中，所述安装基板100、所述气压传感器芯片20和所述ASIC芯片10之间通过金属引线300电连接。

本实施例中，安装基板100、气压传感器芯片20、ASIC芯片10、第一滤波电路31和第二滤波电路32之间通过金属引线300连接。具体地，气压传感器芯片20和ASIC芯片10之间通过金属引线300实现连接，ASIC芯片10、第一滤波电路31、第二滤波电路32和安装基板100之间通过金属引线300实现连接。

本实用新型还提出一种电子设备，包括如上所述的电容式气压传感器。该电容式气压传感器的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本实用新型电子设备中使用了上述电容式气压传感器，因此，本实用新型电子设备的实施例包括上述电容式气压传感器全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

本实施例中，所述主控制器分别与所述MEMS麦克风及所述电容式气压传感器电连接。主控制器用于基于MSMS麦克风输出的音频信号和/或电容式气压传感器输出的气压检测信号输出相应的控制信号，以实现电子设备的各项功能，例如根据音频信号可以实现电子设备的通话功能，根据气压检测信号可以检测当前环境下的气压数据，并显示于电子设备的显示屏上。

电子设备可以是智能手机、智能手环、智能手表、智能音箱及TWS耳机中的一种，电容式气压传感器可广泛应用于轻薄、便携型的电子设备，通过本实用新型实施例提供的电容式气压传感器的设置，可有利于提高电子设备的抗干扰能力，提升具有该电子设备的语音传输质量。该电子设备中还包括麦克风，本实施例中通过减少电容式气压传感器的开关噪音，从而防止麦克风接收到该噪声，使得噪音不会从麦克风输出进入到电子设备的系统里面，从而影响声音质量。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电容式气压传感器，其特征在于，所述电容式气压传感器包括：

ASIC芯片，所述ASIC芯片包括参考电压输入端及气压信号输入端；

气压传感器芯片，所述气压传感器芯片的一个电极电连接所述ASIC芯片的参考输入电压端，另一个电极电连接所述ASIC芯片的气压信号输入端；

噪音滤波电路，所述噪音滤波电路的输入端与所述ASIC芯片的参考电压输入端连接。

2.如权利要求1所述的电容式气压传感器，其特征在于，所述电容式气压传感器还包括安装基板，所述安装基板设置有多个安装位，所述ASIC芯片、所述气压传感器芯片、所述噪音滤波电路对应安装于多个所述安装位上。

3.如权利要求2所述的电容式气压传感器，其特征在于，所述ASIC芯片包括正参考电压输入端及负参考电压输入端；

所述噪音滤波电路包括第一滤波电路和第二滤波电路，所述第一滤波电路与所述正参考电压输入端连接；所述第二滤波电路与所述负参考电压输入端连接。

4.如权利要求3所述的电容式气压传感器，其特征在于，所述第一滤波电路包括第一电容，所述第一电容埋设于所述安装基板内；

所述第二滤波电路包括第二电容，所述第二电容埋设于所述安装基板内；

所述安装基板还设置有多个第一导电孔，所述ASIC芯片通过多个所述第一导电孔分别与所述第一电容和第二电容电连接。

5.如权利要求3所述的电容式气压传感器，其特征在于，所述安装基板具有相对设置的第一表面及第二表面，所述安装基板的多个安装位分设于所述第一表面及所述第二表面；

所述第一滤波电路包括第一电容，所述第一电容设置于所述安装基板第一表面的安装位上；

和/或，所述第二滤波电路包括第二电容，所述第二电容设置于所述安装基板第一表面的安装位上。

6.如权利要求5所述的电容式气压传感器，其特征在于，所述安装基板还设置有第二导电孔，所述ASIC芯片还包括信号传输端、电源端及接地端；

所述ASIC芯片的信号传输端、电源端及接地端通过所述第二导电孔与所述安装基板第二表面的安装位电连接。

7.如权利要求2所述的电容式气压传感器，其特征在于，所述电容式气压传感器还包括外壳，所述外壳罩设于所述安装基板上，并与所述安装基板形成有腔体，所述气压传感器芯片和所述ASIC芯片内置于所述腔体内。

8.如权利要求7所述的电容式气压传感器，其特征在于，所述电容式气压传感器还包括气压孔，所述气压孔位于所述外壳上，所述气压孔位置与所述气压传感器芯片对应；

或者，所述气压孔位于所述安装基板上，所述气压孔对应所述气压传感器芯片的下方设置。

9.如权利要求2至8任意一项所述的电容式气压传感器，其特征在于，所述安装基板、所述气压传感器芯片和所述ASIC芯片之间通过金属引线电连接。

10.一种电子设备，其特征在于，包括主控制器、MEMS麦克风及如权利要求1至9任意一项所述的电容式气压传感器；

所述主控制器分别与所述MEMS麦克风及所述电容式气压传感器电连接。

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