CN213818184U - 声换能器和麦克风组件 - Google Patents

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M·佩德森
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Abstract

本实用新型涉及声换能器和麦克风组件，具体地涉及具有低压区域的声换能器以及具有压力传感器的振膜。公开了用于响应于声信号而生成电信号的声换能器。在一些实施方式中，声换能器包括至少部分真空密封腔室，该腔室部分地由第一振膜限定。声换能器还包括至少部分地设置在腔室内的背板。腔室的压力低于大气压。声换能器还包括压力传感器，该压力传感器联接至背板并且被配置成感测腔室中的压力。

Description

声换能器和麦克风组件
技术领域
本实用新型总体上涉及对设置有换能器元件的真空腔室中的压力进行检测和监测的系统和方法。
背景技术
在像移动电话、膝上型计算机、听力设备、智能扬声器和其它应用的电子设备中使用的麦克风组件通常包括电声换能器和集成电路，该电声换能器和集成电路设置在具有用于与主机设备集成的表面安装接口的壳体中。这样的换能器包括使用微机电系统(MEMS)技术制造的电容传感器。改善这种换能器的性能的努力包括在至少部分真空密封腔室中形成换能元件。
实用新型内容
本实用新型的一方面涉及声换能器，所述声换能器包括：至少部分真空密封腔室，所述至少部分真空密封腔室部分地由第一振膜限定；背板，所述背板至少部分地设置在所述至少部分真空密封腔室内，其中，所述第一振膜能响应于声压而相对于所述背板移动；以及压力传感器，所述压力传感器联接在所述背板或所述第一振膜上，并且被配置成感测所述至少部分真空密封腔室内的压力。
本实用新型的另一方面涉及麦克风组件，所述麦克风组件包括：壳体；声换能器，所述声换能器设置在所述壳体内，并且所述声换能器包括：至少部分真空密封腔室，所述至少部分真空密封腔室部分地由第一振膜限定；背板，所述背板至少部分地设置在所述至少部分真空密封腔室内，其中，所述第一振膜能够响应于声压而相对于所述背板移动；以及压力传感器，所述压力传感器联接在所述背板上并且位于所述至少部分真空密封腔室内；以及集成电路，所述集成电路设置在所述壳体内，所述集成电路包括压力感测电路，所述压力感测电路连接至所述压力传感器，并且被配置成对来自所述压力传感器的电信号进行处理以生成指示压力的输出数据。
本实用新型的又一方面涉及麦克风组件，所述麦克风组件包括：壳体；声换能器，所述声换能器设置在所述壳体内，所述声换能器包括：至少部分真空密封腔室，所述至少部分真空密封腔室部分地由第一振膜限定；以及背板，所述背板至少部分地设置在所述至少部分真空密封腔室内，所述至少部分真空密封腔室的压力低于大气压，其中，所述背板被配置成感测所述至少部分真空密封腔室内的压力；以及集成电路，所述集成电路设置在所述壳体内，所述集成电路连接至所述背板，所述集成电路包括偏置电路，所述偏置电路被配置成选择性地将偏置电压施加至所述背板或将感测电流施加至所述背板。
附图说明
结合附图，根据以下描述和所附权利要求，本实用新型的前述特征和其它特征将变得更加完全显而易见。将通过使用附图以附加的特异性和细节来描述本实用新型。
图1是麦克风组件的侧截面视图，该麦克风组件中可以实现具有密封腔室的电声换能器。
图2是声换能器的侧截面视图。
图3a描绘了皮拉尼压力计的等距视图。
图3b描绘了图3a的皮拉尼压力计的侧视图。
图4a描绘了声换能器的俯视剖面图。
图4b描绘了图4a的换能器的一部分的放大视图。
图5描绘了压力感测电路。
图6描绘了集成谐振器。
图7描绘了集成谐振器。
图8a描绘了压力感测电路的一个示例。
图8b描绘了压力感测电路的第二示例。
图8c描绘了压力感测电路的第三示例。
图8d描绘了集成谐振器的谐振响应特性的曲线图。
图8e描绘了根据例示性实施方式的集成谐振器的品质因子特性的曲线图。
图8f描绘了可能的集成谐振器设计的多个示例。
图8g描绘了可能的集成谐振器设计的多个示例的相应谐振频率响应特性与拉伸膜应力。
图9a描绘了换能器的俯视剖面图。
图9b描绘了图9a的换能器的一部分的放大视图。
图10a描绘了换能器的压力感测电路的另一示例。
图10b描绘了换能器的俯视剖面图。
具体实施方式
本文描述的实施方式总体上涉及用于确定换能器的腔室内的压力的系统和方法。具体地，本文描述的一些实施方式涉及对密封腔室进行限定的双振膜声换能器。本申请通过引用并入了于2019年10月4日提交的、题为“Acoustic Transducers With A LowPressure Zone and Diaphragms Having Enhanced Compliance”的美国申请 No.16/593,263。
在一些实施方式中，双振膜声换能器包括第一(例如，顶部)振膜和第二(例如，底部)振膜，其间插设有背板。振膜可以在减小的压力下被密封，以在顶部振膜与底部振膜之间创建低压区域(例如，腔室)，该低压区域的压力显著低于大气压，例如，在许多情况下，约100mTorr至100Torr的范围内的中等真空度可能是足够的。低压区域(例如，腔室)显著降低了背板的声阻尼(即，挤压膜阻尼)，从而使得传感器的自噪声降低，并且还使得振膜与背板之间的间隙减小、穿孔减少，并且可以允许非常高的感应电容。此外，由于顶部振膜与底部振膜之间的容积被密封，因此颗粒(例如，灰尘、水滴、焊锡或组件碎屑等)无法渗透到振膜与背板之间，这是单振膜声换能器故障的常见原因。然而，传感器的精确灵敏度和自噪声可以取决于腔室(例如，低压区域)内的实际压力。此外，由于泄漏、温度或海拔，低压区域内的压力可能随时间推移发生变化，并且由于低压区域(例如，腔室)中的压力变化，可能导致换能器的规格(specification)变化。如果可以在换能器的整个工作寿命中确定低压区域(例如，腔室)内的压力，则可以连续地或间歇地调整换能器的精确规格(例如，换能器的灵敏度)。确定腔室内的压力的能力还有助于设计人员和技术人员分析示出了非典型性能的设备的故障的原因，并提供可用于改进设计和/或制造工艺的未来迭代 (iteration)的洞察力。
如本文所描述的，术语“未锚定的”在与接线柱结合使用时是指如下接线柱，该接线柱从双振膜声换能器的一个振膜延伸至另一振膜，使得在该接线柱的末端与该末端附近的相应振膜之间存在间隙或空间。仅当足够高的力或压力(例如，环境压力或由于偏置产生的静电力)作用在一个或两个振膜上时，才使末端与相应振膜接触，使得未锚定的接线柱可以相对于相应振膜滑动和旋转。
如本文所描述的，术语“非刚性连接”在与接线柱结合使用时是指如下接线柱，该接线柱从双振膜声换能器的一个振膜延伸至另一振膜，使得接线柱的末端与相反的振膜永久接触，以便允许接线柱在接触点附近或周围弯曲或旋转。
图1是麦克风组件100的侧截面视图，该麦克风组件100中实现了具有密封腔室的电声换能器102。麦克风组件100通常包括电声换能器102，该电声换能器102联接至设置在壳体110内的电路103。换能器102被配置成响应于感测声活动而生成电信号。换能器102可以是使用微机电系统(MEMS)制造或其它已知的或未来的技术实现的电容换能设备、压电换能设备或其它换能设备。换能器可以是双振膜声换能器，其包括第一(例如，顶部)振膜120和第二(例如，底部)振膜121，其间插设有背板123。在一些实施方式中，背板123可以具有设置在该背板123上的压力传感器159。在一些实施方式中，背板123可以被配置成在处于第一状态时充当压力传感器。在一些实施方式中，背板123可以由一个单个元件或多个元件形成。在一些实施方式中，背板123包括一个或更多个孔，使得腔室168连接在第一振膜120与第二振膜121 之间。
振膜120与振膜121可以在减小的压力下被密封，以便在顶部振膜120与底部振膜121之间创建低压区域(例如，腔室)168，该低压区域168的压力显著低于大气压，例如，在许多情况下，约100mTorr至100Torr的范围内的中等真空度可能是足够的。在一些实施方式中，可以使用更多或更少的振膜用以限定或创建腔室168。在一些实施方式中，第一振膜120和第二振膜121可以包括一个或更多个支撑结构，所述一个或更多个支撑结构被设计成支撑相应振膜120或121，使得腔室168保持被限定(例如，使得第一振膜或第二振膜在腔室168与振膜外部空间之间的压差下不会塌陷)。
可以由一个或更多个集成电路(例如，具有模拟电路和数字电路的专用集成电路(ASIC)以及执行音频处理(例如，关键字/命令检测、噪音抑制、认证……)的离散数字信号处理器(DSP))来实施电路103。电路103还可以包括压力感测电路，该压力感测电路连接至背板123和/或压力传感器159并且被配置成确定或协助确定腔室168内的压力。壳体110可以包括声端口180和外部设备接口113，该外部设备接口具有与电路联接的触点(例如，用于电源、数据、接地、控制、外部信号等)。外部设备接口113被配置用于表面安装至或以其它方式(例如，通过回流焊接)安装至主机设备。在一些实施方式中，主机设备可以是放大设备，该放大设备被配置成使用由换能器生成的电信号来放大音频信号以及将音频信号扩及远处。
在图1中，电路103经由连接141接收由电声换能器生成的电信号。来自换能器 102的信号可以被电路103处理成表示感测到的声活动的输出信号。电路103可以包括信号调节电路、时钟电路、直流(DC)偏置电路、一个或更多个低通滤波器以及控制器，下面描述其示例。在一些实施方式中，DC偏置经由连接141施加至换能器的第一端子。在一些实施方式中，信号调节电路被配置成当电路联接至换能器时调节从换能器获得的电信号。在一些实施方式中，电路包括一个或更多个处理器，所述一个或更多个处理器联接至被配置成存储有可执行指令的非暂时性计算机可读介质。可执行指令被设计成当由一个或更多个处理器执行时使所述一个或更多个处理器完成或执行本文所描述的任何操作、过程或方法。
图2是声换能器200的侧截面视图。在一些实施方式中，声换能器200可以类似于或被实现为参照图1所讨论的换能器102。声换能器200可以被实现为例如在 MEMS麦克风组件、MEMS压力传感器或其组合中使用的MEMS声换能器。声换能器200被配置成响应于声信号或大气压变化而生成电信号。
声换能器200包括限定了第一开口213的基板212。在一些实施方式中，第一开口213可以类似于参照图1描述的端口180。在一些实施方式中，基板212可以由硅、玻璃、陶瓷或任何其它合适的材料形成。
声换能器200包括底部振膜或第一振膜220、顶部振膜或第二振膜230以及位于第一振膜220与第二振膜230之间的背板240。在一些实施方式中，第一振膜220和第二振膜230限定了腔室242(例如，低压区域)。在其它实施方式中，可以使用附加的或更少的元件(例如，振膜、板、基板等)以限定腔室242。第一振膜220、第二振膜230和背板240中的每一者设置在基板212上或联接至基板212。第一振膜120 的至少一部分可以设置在支撑结构(未示出)上。在一些实施方式中，第一振膜220、第二振膜230和背板240中的一者或更多者的径向边缘的一部分可以嵌入在支撑结构内，该支撑结构在声换能器200的制造过程期间将基板连接至一个或更多个相应元件。
振膜220和振膜230可以由导电材料或导电材料和绝缘材料的夹层形成。用于形成振膜120和振膜130的材料可以包括例如硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、金、铝、铂等。振膜220、230响应于在第一振膜220或第二振膜230中的一者上接收到的声信号而相对于基本固定(例如，相对于振膜220、230基本不可弯曲)的背板240的振动(例如，异相振动)导致振膜220和振膜230与背板240之间的电容改变，以及所生成的电信号的对应变化。
在其它实施方式中，可以使用压电材料(例如，石英、钛酸铅、III-V族和II-VI 族半导体(例如，氮化镓、氮化铟、氮化铝、氧化锌等)、石墨烯、超纳米金刚石、聚合物(例如聚偏二氟乙烯)或任何其它合适的压电材料)来形成第一振膜220和第二振膜230的至少一部分。例如，压电材料可以在形成振膜220和振膜230的基础材料(例如，氮化硅或多晶硅)的顶部上围绕第一振膜220或第二振膜230外围沉积成环。在这样的实施方式中，振膜220、230响应于声信号的振动可以生成表示声信号的电信号(例如，压电电流或电压)。当作为压力传感器工作时，振膜220和振膜230 中的每一者在环境压力增大时朝向彼此向内移位或在环境压力减小时远离彼此向外移位生成了与大气压相对应的电信号。在各种实施方式中，可以由低应力氮化硅(LSN) 或任何其它合适的材料(例如，氧化硅、硅、碳化硅、陶瓷等)来形成第一振膜220 和第二振膜230。此外，可以由多晶硅(多晶)和氮化硅或任何其它合适的材料(例如，氧化硅、硅、陶瓷等)来形成背板240。
第一振膜220的外表面223和第二振膜230的外表面233暴露于大气(例如，大气空气)。第二振膜230与第一振膜220间隔开，使得腔室或容积242形成在第一振膜220与第二振膜230之间。腔室242的压力低于大气压，例如，在100mTorr至100 Torr的范围内，但是在一些实施方式中，将压力限制在1mTorr至10Torr的范围内可以在信噪比(SNR)方面提供特别的益处。背板240设置在位于第一振膜220与第二振膜230之间的腔室221中。在一些实施方式中，一个或更多个孔252可以限定在背板240中，使得腔室242的位于第一振膜220与背板240之间的部分连接至腔室 242的位于第二振膜230与背板240之间的部分。
在一些实施方式中，背板240或背板240的一部分具有设置在其上的压力传感器295。压力传感器295可以被配置成连接至电路(例如，诸如在图1中参照的电路103)，使得可以对腔室242内的压力进行监测。在一些实施方式中，压力传感器295包括电端子，该电端子形成在背板、第一振膜220或第二振膜230内或被设计成延伸穿过背板、第一振膜220或第二振膜230，并且电联接至电路。在一些实施方式中，背板240 被配置成自身充当压力传感器。也就是说，在一些实施方式中并且如下面参照图10a 至图10b所解释的，背板240可以包括两个或更多个电触点，使得电流可以流过背板，并且背板可以用作谐振器，以便确定腔室242内的压力。
在一些实施方式中，作用在第一振膜220和第二振膜230中的每一者上的大气压之间的大的压差以及腔室242中的低压使第一振膜220和第二振膜230处于持续拉伸的状态。因此，在一些实施方式中，这显著降低了振膜220、230的顺应性。为了增大顺应性，在一些示例实施方式中，分别在第一振膜120和第二振膜230上形成第一波纹222和第二波纹132。第一波纹222和第二波纹232在远离背板240的方向上分别从振膜220和振膜230向外突出。在一些实施方式中，各个振膜可以包括附加的或更少的波纹222或波纹232。
例如，振膜220、230可以包括一个或更多个圆周波纹，该圆周波纹用于分别减小第一振膜220和第二振膜230中的张力并且增大顺应性。在一些实施方式中，可以在第一振膜220和第二振膜230中形成任何数量的波纹(例如，围绕声换能器200 的纵轴沿周向定位的2个、3个或甚至更多个波纹)。在各种实施方式中，波纹222 和波纹232的高度可以在0.5微米至5微米的范围内(例如，0.5微米、1微米、2微米、3微米、4微米或5微米，包括其之间的所有范围和值)，并且振膜220与振膜 230之间的间隔可以在1微米至15微米的范围内(例如，1微米、3微米、5微米、7 微米、9微米、12微米、14微米或15微米，包括其之间的所有范围和值)。
大气空气在朝向背板240的方向上在第一振膜220和第二振膜230的每一者上施加力。由于波纹122和波纹132从振膜220和振膜230向外突出，所以作用在波纹 222和波纹232上的大气压导致波纹轴向地向内朝向背板240弯曲以及径向地向外弯曲。这导致振膜张力减小并且顺应性增大，顺应性与大气压的相对增大成比例地增大。例如，在一些实现方式中，声换能器210可以在振膜220和振膜330的区域中具有声顺应性，在大气压与腔室242中的压力之间的压差大约为零的情况下，该顺应性是不包括向外突出的波纹222和波纹232的类似基准声换能器的声顺应性的约2倍。在大约100kPa的压差的情况下，声换能器200的顺应性可以增大到大于基准声换能器的声顺应性的8倍，这对应于声顺应性增大大于13dB。以这种方式，相对于基准声换能器声，换能器200具有关于声信号或针对测量压力变化的显著更高的灵敏度。
在一些实施方式中，作用在第一振膜220和第二振膜230中的每一者上的大气压与腔室242中的低压之间的大的压差可以变得足够大从而导致第一振膜220和第二振膜230塌陷。为了防止这种情况发生，第二振膜230(或第一振膜240)可以包括朝向另一振膜延伸(例如，穿过背板240的相应孔252)的一个或更多个接线柱259，以便防止两个振膜以阻止振膜中的一者或更多者(例如，以其预期方式)作为声传感器工作的方式塌陷或变形。
在一些实施方式中，本文描述的声换能器200或任何其它声换能器可以作为麦克风和/或压力感测组件工作。在这样的实施方式中，大气压作用在振膜220和振膜230 上，而声压作用在振膜中的一个振膜上(例如，作用在振膜220或振膜230中的任一者上)。大气压的变化可以导致振膜220和振膜230中的每一者的电容值沿创建共模信号(该共模信号用于压力感测)的相同方向变化。在一些实施方式中，压力传感器 295可以用于确定腔室242内的实际压力。这是有用的，因为腔室242内的压力可以随时间推移发生变化(例如，由于泄漏、海拔变化、温度变化等)。在一些实施方式中，压差可能变得太大(例如，太大以至于第一振膜和第二振膜相对于一个或更多个接线柱259被推压)，并且可以使用压力传感器295来提供用于对感测到的声活动的声强度进行估计的基准。在一些实施方式中，可以利用压力传感器295来检测腔室 242内的泄漏。在一些实施方式中，可以利用压力传感器295来检测腔室242内的压力，以便确定换能器200被适当地制造成具有特定规格。在一些实施方式中，可以利用压力传感器295来检测腔室242内的压力，并且基于所确定的压力来调整或校准对应电路，以使根据感测声能创建的电信号的质量最大化。
图3a描绘了根据例示性实施方式的皮拉尼压力计300的等距视图。图3b描绘了根据例示性实施方式的皮拉尼压力计300的侧视图。在一些实施方式中，皮拉尼压力计300可以用作或实现为如图2中所参照的压力传感器295。在一些实施方式中，皮拉尼压力计300可以安装至背板240或背板240的一部分。皮拉尼压力计300可以电连接或电联接至电路103的压力感测电路。皮拉尼压力计300包括第一焊盘301、第二焊盘302和微梁(micro-beam)303。第一焊盘301在第一位置处固定至、联接至刚性基板350或设置在刚性基板350上。第二焊盘302在第二位置处固定至、联接至刚性基板350或设置在刚性基板350上。微梁303具有固定至或连接至第一焊盘 301的第一端以及固定至或连接至第二焊盘302的第二端，使得微梁悬置在刚性基板350上方的距离330。在一些实施方式中，刚性基板350是能够并且被设计成用作散热器的元件。在一些实施方式中，刚性基板350可以被配置成设置在背板240的一部分上或联接至背板240的一部分上。在一些实施方式中，刚性基板350可以是背板 240(例如，或者背板240的一部分)。第一焊盘301的内部(例如，连接至微梁303 的部分)与第二焊盘302的内部(例如，连接至微梁303的部分)分离开长度l。长度l也是微梁303的长度。在一些实施方式中，微梁303的宽度w和厚度t在整个微梁303中是恒定的。
将理解，尽管第一焊盘301和第二焊盘302被示出为三维矩形，但是在其它实施方式中，第一焊盘301和第二焊盘302可以具有如下任何形状，所述任何形状允许焊盘301和焊盘302连接至刚性基板350并且还连接至微梁303，使得微梁303悬置在刚性基板350上方的距离330。在一些实施方式中，微梁303悬置在刚性基板350上方的距离330可以改变并且针对特定应用而被设计。在一些实施方式中，第一焊盘 301、第二焊盘302和微梁303由导电元件组成。在一些实施方式中，第一焊盘301 电连接至电路103，并且第二焊盘302也电连接至电路103。
皮拉尼压力计300通过向第一焊盘301或第二焊盘302提供电流或电压并确定微梁303中存在的电阻量来工作。例如，在一些实施方式中，微梁303充当电阻器，并且当经由焊盘302和焊盘301从电路103施加电流和/或电压时，微梁303表现出可以由电路103内的压力感应电路确定的电阻。微梁303的电阻基于微梁303的宽度w、长度l、厚度t和材料。然而，由于通过微梁303与刚性基板(例如，刚性基板充当散热器)之间的气体的热传导H，梁的温度和电阻随压力而变化。因此，由于微梁 303的宽度w、长度l、厚度t和材料是已知的，因此可以基于感测到的电阻并将所述感测到的电阻与其大气压下的标称值或初始值进行比较来估计皮拉尼压力计周围的压力。在一些实施方式中，背板上可以设置有皮拉尼压力计。在一些实施方式中，如下面参照图10a所解释的，背板以及振膜中的一者或更多者可以用作皮拉尼压力计。
图4a描绘了根据例示性实施方式的换能器400的俯视剖面图。图4b描绘了图 4a的换能器的一部分的放大视图。换能器400的俯视剖面图描绘了换能器的背板401。也就是说，出于演示目的，换能器400的俯视剖面图描绘了不具有第二或顶部振膜的换能器的俯视图。图4b描绘了根据例示性实施方式的图4a的换能器400的放大部分 450。更具体地，换能器400的放大部分450描绘了设置在背板401上的皮拉尼压力计。
背板401包括一个或更多个孔452。在一些实施方式中，一个或更多个孔可以类似于图2的讨论中所参照的一个或更多个孔252。在一些实施方式中，背板401类似于图2的讨论中所参照的背板240。换能器400包括设置在背板401上的皮拉尼压力计。在一些实施方式中，皮拉尼压力计可以类似于参照图3a和图3b讨论的皮拉尼压力计。在一些实施方式中，皮拉尼压力计可以在背板401的不同位置或另选位置处设置在背板上，并且可以使用用于形成背板的相同层来形成。皮拉尼压力计包括电连接在第一端子402与第二端子404之间的微梁电阻器403(例如，被配置成传送电流的导电条)。第一端子402和第二端子404被配置成或被设计成使得微梁电阻器403可以连接至压力感测电路。
图5描绘了根据例示性实施方式的压力感测电路500。在一些实施方式中，压力感测电路500可以与参照图1讨论的电路103集成在一起。将理解，压力感测电路 500仅仅是可以与皮拉尼压力计(诸如参照图3a、图3b、图4a和图4b讨论的皮拉尼压力计)协作使用的压力感测电路500的一个示例。在另选实施方式中，如上所述，压力感测电路500可以包括能够对设置在换能器的腔室242内的皮拉尼压力计的电阻进行测量、确定或检测的任何类型的电路。
压力感测电路500包括电流源501、电阻检测电路502和放大器电路(例如，或差分电路(differential circuit))503。在一些实施方式中，电流源501可以是恒定电流源。在一些实施方式中，电流源501可以包括被配置成以设定的或已知的速率提供电流的任何电流源。
电阻检测电路502被配置成从电流源501接收电流，并提供指示特定电阻元件的电阻(例如，皮拉尼压力计的电阻)的输出。在一些实施方式中，电阻检测电路502 包括惠斯通电桥。另选地或另外地，电阻检测电路502中可以包括其它部件或电路。例如，在一些实施方式中，电阻检测电路502可以包括分压器。
电流源501可以具有连接至地的第一端子以及连接至惠斯通电桥的输入端子520的输出端子510。惠斯通电桥包括连接在惠斯通电桥502的输入端子520与第一输出端子521之间的第一电阻器R1。惠斯通电桥502包括连接在惠斯通电桥502的第一输出端子521与地(例如，或第二已知电压)之间的第二电阻器R2。惠斯通电桥502 具有连接在惠斯通电桥502的输入端子520与第二输出端子522之间的皮拉尼压力计 RPirani(例如，图3a和图3b中参照的皮拉尼压力计300)。例如，在一些实施方式中，皮拉尼压力计的第一焊盘或电触点可以连接至惠斯通电桥502的输入端子520，并且皮拉尼压力计的第二焊盘或电触点可以连接至惠斯通电桥502的第二输出端子522。惠斯通电桥502还包括连接在惠斯通电桥502的第二输出端子522与地之间的第三电阻器R3。
惠斯通电桥502的第一输出端子521连接至放大电路503的第一输入端子531。惠斯通电桥502的第二输出端子522连接至放大电路503的第二输入端子532。在一些实施方式中，放大电路503的第一输入端子531是运算放大器590的负端子，并且放大电路503的第二输入端子532是运算放大器590的正端子。在一些实施方式中，端子的极性可以交换。在一些实施方式中，压力感测电路500可以具有将第二输入端子532连接至地的第四电阻器560。在一些实施方式中，压力感测电路500可以具有将第二输入端子532连接至第二输出端子522的第五电阻器562。在一些实施方式中，压力感测电路500可以具有将第一输入端子531连接至第二输出端子521的第六电阻器561。在一些实施方式中，压力感测电路500可以具有将第一输入端子531连接至放大电路503的输出端子599的第七电阻器568。在一些实施方式中，可以使用附加的或更少的电阻器。在一些实施方式中，放大电路503可以包括附加的或更少的运算放大器、晶体管或允许确定皮拉尼电阻器RPirani的电阻的各种其它部件。在一些实施方式中，电阻器中的一个或更多个电阻器可以形成在微机电系统(MEMS)或集成电路染料(dye)上。在一些实施方式中，电流源输出600微安的+/-20％的电流。
输出端子599可以连接至处理器或ASIC，使得可以读取或检测压力感测电路500的输出信号，以便确定皮拉尼电阻器RPirani的电阻，从而确定皮拉尼压力计周围的压力。例如如上面所解释的，电流源501将向惠斯通电桥502提供电流，从而提供流过皮拉尼电阻器RPirani的电流，该电流将影响皮拉尼电阻器RPirani的温度，从而将影响皮拉尼电阻器RPirani的有效电阻。然而，电流影响皮拉尼电阻器RPirani的有效电阻的量将取决于皮拉尼压力计周围的空气的压力(例如，腔室中的压力)，因为皮拉尼电阻器可以传递到散热器(例如，或在腔室中损耗)的热量的量取决于腔室的压力。因此，通过测量皮拉尼电阻器RPirani的电阻变化的量(例如，经由测量或监测惠斯通电桥502的两个输出端子521和522的电压不平衡)，将允许处理器或ASIC(例如，电路103)确定或估计腔室内的压力。在一些实施方式中，处理器可以首先确定皮拉尼电阻器RPirani的电阻，然后基于所有其它部件(例如，R1、R2、R3等)的已知值来计算、查找或以其它方式估计压力。将理解，图5仅通过示例的方式表示，并且可以使用其它方法或设备来测量皮拉尼电阻器RPirani的电阻，以便确定或估计腔室242内的压力。
现在总体上参照图6和图7，图6描绘了根据例示性实施方式的集成谐振器600。图7描绘了根据例示性实施方式的集成谐振器700。在一些实施方式中，集成谐振器 600或集成谐振器700可以是上面在图1和图2中所参照的压力传感器，并且设置在背板240或背板240的一部分上。集成谐振器600包括多个弹簧650a至650e以及表面690(例如，谐振构件)，其中，多个弹簧650a至650e在第一端处连接至背板，并且在第二端处连接至表面690的外边缘，其中，多个弹簧将表面悬置在对电极上方或下方的距离681。弹簧650a至650e被配置成将表面举起或悬置在基板或对电极上方，并为表面提供弹性，以使表面690可以摆动、弹跳或以其它方式具有谐振频率。在一些实施方式中，弹簧650a至650e(或单个弹簧)可以被配置成将表面悬置在基板或背板的开口内，使得表面690(例如，谐振构件)可以悬置在背板延伸的相同平面内。特定集成谐振器的精确谐振频率可以取决于弹簧650a至650e的材料的弹性强度、表面690的表面积、弹簧650a至650e的数量以及表面690周围的空气的压力。集成谐振器的部件中的各个部件的确切成分构成可以取决于集成谐振器将部署在的特定应用(例如，特定腔室的设定压力或制造压力)。在一些实施方式中，集成谐振器600可以由氮化硅制成。
现在总体上参照图7，集成谐振器700类似于参照图6描述的集成谐振器600。也就是说，集成谐振器700包括多个弹簧750a至750c，所述多个弹簧750a至750c 被设计成将表面790悬置在对电极(例如，或其它导电的基板)上方或下方的距离 785。例如，集成谐振器700包括第一弹簧750a，该第一弹簧750a在第一端751a处连接至背板，并且在第二端752a处连接至表面790的外边缘的第一部分。集成谐振器700还包括第二弹簧750b，该第二弹簧750b在第一端751b处连接至背板，并且在第二端752b处连接至表面790的外边缘的第二部分。集成谐振器700还包括第三弹簧750c，该第三弹簧750c在第一端751c处连接至背板，并且在第二端752c处连接至表面790的外边缘的第三部分。弹簧750a至750c中的一者或更多者可以经由连接至背板的端部电连接至电路103(例如，压力感测电路)，使得谐振器可以在第一端751a至751c中的至少一者上接收驱动信号。在一些实施方式中，对应背板可以具有在该对应背板中限定的开口，使得第一端750a至750c可以联接至或被联接至该开口的相应部分，并且谐振构件(表面790)可以悬置在背板延伸的相同平面中。在一些实施方式中，表面690或表面790可以悬置在背板延伸的平面上方或下方的平面中。在一些实施方式中，可以使用或实现附加的或更少的弹簧750a至750c，以便将集成谐振器700或集成谐振器600设计成具有预期压力或估计压力(例如，腔室240内的预期压力或估计压力)下的特定谐振频率。在一些实施方式中，谐振器700可以由氮化硅、多晶硅或包含氮化硅和多晶硅的一个或更多个层的多层堆叠制成。在一些实施方式中，背板可以由氮化硅、多晶硅或包含氮化硅和多晶硅的一个或更多个层的多层堆叠制成。在一些实施方式中，谐振器形成在背板内。
集成谐振器700可以具有与图6的集成谐振器600不同的谐振频率。将理解，图 6和图7被示出为示例集成谐振器的特定实施方式的示例。材料(例如，弹簧或表面) 的设计、形状或成分可以根据精确的应用和腔室内的估计压力而改变。例如，谐振器 600或谐振器700可以被设计成在20kHz至150kHz的范围内谐振。在一些实施方式中，弹簧650和弹簧750中的每一者都连接至电路103，使得电路可以向集成谐振器 600或集成谐振器700和/或对电极提供信号。在一些实施方式中，集成谐振器700 可以具有一个或更多个支撑件，所述一个或更多个支撑件从表面690或表面790的一个或更多个部分朝向背板延伸，以便为该表面提供支撑。
图8a描绘了根据例示性实施方式的压力感测电路800的示例。在一些实施方式中，压力感测电路800可以与参照图1所讨论的电路103集成在一起。压力感测电路 800包括扫频源801、谐振器电路802和跨阻放大电路(trans-impedance amplifier)803。在一些实施方式中，压力感测电路800还可以包括连接至跨阻放大电路803的输出端的模数转换器(ADC)804。在一些实施方式中，可以由处理器或其它处理设备接收或访问或以其它方式获得模数转换器804的输出，所述处理器或其它处理设备被配置成例如在操作865时确定谐振器电路802的相位或谐振频率(例如，从而确定可以被用作谐振器电路802的至少一部分的集成谐振器的谐振频率)。应理解，压力感测电路800仅仅是可以与诸如参照图6和图7讨论的谐振器的谐振器协作使用的压力感测电路800的一个示例。在另选实施方式中，如上面所讨论的，压力感测电路800可以包括能够对谐振器件或元件的谐振频率进行测量、确定或检测的任何类型的电路。
扫频源801的输出端连接至谐振器电路802。在一些实施方式中，扫频源801可以包括被配置成生成扫频输出信号的任何设备。在一些实施方式中，扫频源801被配置成生成具有第一频率的信号，并且在一个时间段内以连续的方式将信号扫频至第二频率。在一些实施方式中，连续方式是线性。
谐振器电路802是集成谐振器的电气表示，该集成谐振器包括例如串联接线的电感元件820、电容元件830和电阻元件840。在一些实施方式中，电气元件820、830 或840的表示值或其布线配置可以取决于所实现或应用的特定集成谐振器的精确机械或机电配置。
在一些实施方式中，谐振器电路800包括背板(例如，240)。也就是说，在一些实施方式中，可以将来自扫频源801的信号施加至背板上的第一电极，以便使背板以特定频率谐振，然后可以监测和确定该特定频率。也就是说，在一些实施方式中，容纳在腔室内的背板240或其一部分具有其自己的谐振频率。可以经由背板上的电焊盘或端子将驱动信号施加至背板上并对该驱动信号进行监测，以便确定背板的谐振，从而确定腔室内的压力。在一些实施方式中，与第一振膜或第二振膜或换能器的谐振不同，背板独立于换能器周围的声学，因此可以被用于准确地测量腔室内的压力。
谐振器电路802(例如，集成谐振器)的输出端连接至跨阻放大器803的输入端。在一些实施方式中，跨阻放大器803的输入端是运算放大器835的负端子。在一些实施方式中，运算放大器835的正端子可以连接至地。电阻器831可以连接在运算放大器835的负端子与运算放大器835的输出端子之间。另外地或另选地，跨阻放大器 803可以包括附加的或更少的电阻器、晶体管或运算放大器。
跨阻放大器803被配置成从谐振器电路802接收信号并放大该信号。然后可以处理或以其它方式分析所放大的信号，以便确定谐振器电路802的谐振频率(例如，从而确定集成谐振器600或集成谐振器700的谐振频率)。处理器然后可以使用集成谐振器600或集成谐振器700的所确定的谐振频率来确定集成谐振器600或集成谐振器 700周围的压力。在一些实施方式中，处理器(例如，或ASIC)可以使用已知的或存储的频率响应曲线图或集成谐振器(例如，600或700)的频率响应与周围压力的函数来确定腔室内的压力。例如，电路103可以包括特定集成谐振器(例如，600或700)(或特定背板)的在不同压力下的谐振频率的(例如，被存储在存储器中的)函数、查找表或曲线图，以便基于根据放大信号确定的所确定的谐振频率来确定集成谐振器(例如，600或700)(或背板)周围的压力。在一些实施方式中，处理器可以基于放大信号通过确定放大信号的相位或品质因子来确定或估计压力。例如，处理器可以使用不同压力下的已知的或存储的相位响应或品质因子信息来确定集成谐振器周围的压力。
在一些实施方式中，压力感测电路800可以包括模数转换器，该模数转换器被配置成在处理器或其它处理设备确定谐振器电路802的谐振频率之前，将从跨阻放大器 803接收的放大信号转换成数字格式。在一些实施方式中，可以在模拟域或数字域中确定谐振器电路802的谐振频率。
图8b描绘了根据例示性实施方式的压力感测电路1200的另一示例。在一些实施方式中，压力感测电路1200可以与参照图1讨论的电路103集成在一起。压力感测电路1000包括振荡电路1201、谐振器电路802、电流幅度检测电路1202、微分器电路(differentiatorcircuit)1204和比较器电路1205。在一些实施方式中，谐振器电路 802与参照图8a描述的谐振器电路802相似或相同。
谐振器电路802联接在振荡电路1201与电流幅度检测电路1202之间。在一些实施方式中，振荡电路1201是压控振荡器。在一些实施方式中，振荡电路1201可以包括被配置成选择性地按照各种频率生成振荡电信号的任何电路或元件。电流幅度检测电路1202的输出端联接至微分器电路1204的输入端，并且微分器电路1204的输出端联接至比较器电路1205的输入端。比较器电路1205的输出端连接至压力感测电路 1200的输出端子1299和振荡电路1201的输入端。在一些实施方式中，微分器电路 1204可以是或可以包括被配置成产生作为输入信号的一阶导数的输出信号的任何电路。在一些实施方式中，微分器电路1204可以经由硬件、经由执行特定指令的处理器的软件或其组合来实现。在一些实施方式中，比较器电路1205可以是被配置成将两个电压或电流进行比较并输出指示所述两个电压或电流中的哪一者较大的数字信号的任何电路。在一些实施方式中，比较器电路1205可以经由硬件、经由执行特定指令的处理器的软件或其组合来实现。在一些实施方式中，电流幅度检测电路1202 可以是被配置成在由振荡器1201驱动时对流过谐振器电路802的电流进行检测的任何电路。在一些实施方式中，当按照某个(例如，预定)初始频率(其由端子1299 处的输出电压的初始值确定)启动振荡器时，电流幅度检测电路1202对初始电流幅度进行检测。微分器电路1204确定检测到的电流幅度的时间导数并将值输出到逻辑比较器电路1205。最初，由于不存在先前的值，因此电流幅度的时间导数可以为正。在逻辑比较器电路1205的输入端上接收到正值可以使该逻辑比较器电路1205将其输出端上的电压增大预定增量。输出端子1299和振荡器1201的输入端上的增大的电压使振荡器1201将其频率增大预定量。此时，电路环路完成另一循环，以确定谐振器中的当前幅度是高于还是低于先前的值。如果电流幅度较高，则电路通过进一步增大输出端子1299上的电压并因此增大振荡器频率来做出响应。如果电流幅度较低，则电路通过减小输出端子1299上的电压并因此减小振荡器频率来做出响应。电路1200 的操作是爬山算法(hill-climbing algorithm)的操作，以寻找并维持振荡器频率，在该振荡器频率下，谐振器电路802中的电流幅度最大。该振荡器频率与谐振器电路 802的谐振频率一致，并且输出端子1299上的电压可以被用作谐振器频率的间接度量。
压力感测电路1200通过确定谐振器电路802的谐振频率并提供表示该谐振频率的电气输出来确定腔室内(例如，设置在腔室内的谐振器电路802的谐振器周围)的压力。可以将电气输出与先前确定的存储的或已知的值进行比较，该值使输出端子 1299处的电气输出电平与集成谐振器周围的压力相关。
图8c描绘了根据例示性实施方式的压力感测电路1100的另一示例。在一些实施方式中，压力感测电路1100可以与参照图1讨论的电路103集成在一起。压力感测电路1100包括电压源1101、放大电路1102、谐振器电路802和锁相环(PLL)电路 1103。在一些实施方式中，谐振器电路802与参照图8a描述的谐振器电路802相似或相同。
在一些实施方式中，电压源1101联接至放大电路1102的输入端。在一些实施方式中，放大电路1102包括运算放大器。在一些实施方式中，电压源1101的输出端联接至运算放大器的第一(例如，正或负)输入端子。谐振器电路802联接在运算放大器的第二输入端子与运算放大器的输出端之间。运算放大器的输出端还连接至PLL 电路1103的输入端。
在一些实施方式中，PLL电路1103包括相位比较器电路1130、连接至相位比较器电路1130的输出端的滤波器电路1131以及振荡电路1132。相位比较器电路1130 具有也作为PLL电路1103的输入端的输入端，以及联接至滤波器电路1131的输入端的输出端。振荡电路1132可以具有联接至压力感测电路1110的输出端子1199的输出端以及连接至滤波器电路1131的输出端的输入端。在一些实施方式中，振荡电路1132与以上参照图8b描述的振荡电路1201相似或相同。应理解，PLL电路1103 仅是锁相环电路的一个示例，并且在其它实施方式中，可以部署或使用其它形式的 PLL电路。在一些实施方式中，PLL电路1103可以是设置在电路103(例如，ASIC) 上的模拟或数字电路。在一些实施方式中，可以使用在处理器(例如，ASIC的处理器)上运行的软件来实现PLL电路1103。
压力感测电路1100通过使压控振荡器1132的频率与由运算放大器1102和谐振器形成的自由运行振荡器的频率相匹配来确定腔室内(例如，设置在腔室内的谐振器电路802的谐振器周围)的压力。对于压力感测电路1200，压控振荡器1132的控制电压可以是谐振器电路802的谐振频率的间接度量，并且可以在输出端子1199上提供表示谐振频率的电气输出。可以将电气输出与先前确定的存储的或已知的值进行比较，该值使输出端子1199处的电气输出电平与集成谐振器周围的压力相关。
图8d描绘了根据例示性实施方式的集成谐振器的谐振响应特性的曲线图。曲线图包括表示特定集成谐振器的谐振频率的y轴和表示集成谐振器周围的压力(例如，腔室内的压力)的x轴。曲线图包括特定集成谐振器的特定谐振频率响应特性的信号分布曲线(signal profile)892。以这种方式，一旦使用压力感测电路来确定腔室内的集成谐振器的谐振频率，则可以接着使用曲线图或信号分布曲线892的函数来确定腔室的压力或对腔室的压力进行插值。
图8e描绘了根据例示性实施方式的集成谐振器的品质因子特性的曲线图。曲线图包括表示特定集成谐振器的品质因子的y轴和表示集成谐振器周围的压力(例如，腔室内的压力)的x轴。曲线图包括特定集成谐振器的特定谐振频率响应特性的信号分布曲线894。以这种方式，一旦使用压力感测电路来确定腔室内的集成谐振器的品质因子，则可以接着使用曲线图或信号分布曲线894的函数来确定腔室的压力或对腔室的压力进行插值。
图8f描绘了可能的集成谐振器设计的多个示例A至D，并且图8g示出了可能的集成谐振器设计的多个示例的相应谐振频率响应特性(不具有空气负载)与拉伸膜应力。
图9a描绘了根据例示性实施方式的换能器900的俯视剖面图。换能器900的俯视剖面图描绘了换能器的背板901。也就是说，换能器900的俯视剖面图描绘了不具有第二或顶部振膜的换能器的俯视图。图9b描绘了根据例示性实施方式的图9a的换能器900的放大部分950。更具体地，换能器900的放大部分950描绘了设置在背板 901上的集成谐振器。在一些实施方式中，集成谐振器可以类似于本文所描述的集成谐振器中的一个或更多个集成谐振器。
背板901包括一个或更多个孔952。在一些实施方式中，所述一个或更多个孔可以类似于图2的讨论中所参照的一个或更多个孔252。在一些实施方式中，背板901 类似于在图2的讨论中所参照的背板240。换能器900包括设置在背板901上的集成谐振器，如图9b所描绘的。在一些实施方式中，集成谐振器可以在背板901上的不同或另选位置处设置在背板上。集成谐振器包括一个或更多个弹簧920和表面909。在一些实施方式中，表面909可以包括孔922，该孔922允许顶部振膜具有延伸穿过其中的接线柱或支撑件，以便防止顶部振膜塌陷到表面909上或以其它方式接触表面 909。在一些实施方式中，孔922位于表面909的中心。在一些实施方式中，表面909 还可以具有多个释放孔921，所述多个释放孔921被配置成允许在制造期间适当移除集成谐振器周围的牺牲层。集成谐振器可以电连接在换能器900的第一端子902与第二端子904之间。第一端子902和第二端子904被设计成使得集成谐振器900可以连接至压力感测电路。在一些实施方式中，第一端子902可以电连接至表面909上的一个或更多个电极(或表面909本身)，并且第二端子904可以连接至在表面909上方或下方形成的一个或更多个对电极。在一些实施方式中，表面909可以由与背板相同的材料或层制成，使得表面909沿着与背板相同的平面延伸。在一些实施方式中，可以使用麦克风的顶部振膜和/或底部振膜的电极层来在表面909上方和/或下方形成一个或更多个对电极。
现在总体上参照图10a，图10a是根据例示性实施方式的换能器的压力感测电路1000的另一示例。压力感测电路1000被配置成使用换能器1001的背板1002，以便感测或确定腔室1003内的压力。在一些实施方式中，背板1002可以被用作皮拉尼压力计。也就是说，在一些实施方式中，底部(例如，第一)振膜1050可以用作散热器，该散热器允许背板的电极用作皮拉尼压力计。
在一些实施方式中，压力感测电路1000包括偏置电路1090，该偏置电路1090 被配置成通过第一连接1021选择性地(例如，经由开关1050)将电压偏置1040或电流源1041施加到背板1002上的电极。在一些实施方式中，开关包括一个或更多个晶体管或其它静态或动态电子部件，所述一个或更多个晶体管或其它静态或动态电子部件被配置成在电压偏置1040与电流源1041之间选择性地切换。在一些实施方式中，当换能器1001处于感测声信号的工作模式时，电压偏置1040被施加到背板1002。也就是说，在工作模式中，将DC偏置电压施加至背板1002，并且可以分别经由第一放大器1078和第二放大器1088来监测第一电容和第二电容，以便生成指示经由换能器1001感测到的声能的电信号。
在一些实施方式中，在测试模式期间，电流源1041被选择性地施加到背板1002。测试模式可以被配置成确定或测量腔室1003内的压力。电流源1041可以类似于图5 中所参照的电流源，并且可以被配置成向背板施加电流(例如，恒定电流)。由于电流通过背板1002的第一电极1021到达第二电极或触点1022，所以背板1002可能开始加热。类似于参照图5所讨论的，热量导致背板1002的有效电阻经由背板1002(例如，充当微梁)与第一振膜1050(例如，充当散热器)之间的热传导而改变。电阻检测电路1099然后可以被用于监测背板1002的有效电阻(例如，在设定时间的实际电阻)，以便指示腔室1003中的压力。在一些实施方式中，电阻检测电路1099可以包括惠斯通电桥(类似于图5所参照的惠斯通电桥)、分压器或被配置成指示电阻器的测量的电阻的其它电路。
图10b描绘了根据例示性实施方式的换能器1051的俯视剖面图。换能器1051 的俯视剖面图描绘了换能器1051的背板1052。也就是说，换能器1051的俯视剖面图描绘了不具有第二或顶部振膜的换能器的俯视图。背板1052可以电连接在换能器 1051的第一端子1053与第二端子1054之间。第一端子1053和第二端子1054被设计成使得背板可以连接至压力感测电路。在一些实施方式中，类似于参照图10a所描述的，背板1052电连接至压力感测电路。
在一些实施方式中，皮拉尼压力计和/或谐振器可以形成在背板和或振膜中的一个振膜中、背板和或振膜中的一个振膜上、或背板和或振膜中的一个振膜的一部分。在一些实施方式中，皮拉尼压力计和/或谐振器可以与背板和/或顶部振膜层或底部振膜层一起形成为单个元件或多个不同元件的组合。
本文描述的实施方式总体上涉及用于对声换能器的密封腔室内的压力进行检测和/或监测的系统和方法。具体地，本文描述的一些实施方式涉及对由至少第一振膜限定并且设置有背板的至少一部分的密封腔室内的压力进行检测，以便监测麦克风组件的灵敏度和准确性或噪声。在一个实现方式中，声换能器包括微机电系统(MEMS) 管芯，该微机电系统管芯包括：至少部分真空密封腔室，其部分地由第一振膜限定；背板，该背板设置在该腔室内，其中第一振膜可响应于声压而相对于背板移动；以及压力传感器，该压力传感器联接在背板上并且被配置成感测腔室内的压力。
在一些实施方式中，至少部分真空密封腔室还由与第一振膜间隔开的第二振膜限定。在一些实施方式中，背板限定了穿过该背板的至少一个孔。在一些实施方式中，声换能器还包括电联接至背板的第一部分的第一端子以及电联接至背板的第二部分的第二端子。在一些实施方式中，压力传感器包括在背板上形成的皮拉尼压力计。在一些实施方式中，皮拉尼压力计包括微梁电阻器、形成在背板上的第一焊盘以及形成在背板上的第二焊盘，其中，微梁电阻器连接至第一焊盘和第二焊盘并且悬置在散热器上方或下方。在一些实施方式中，第一焊盘电联接至第一端子，并且第二焊盘电联接至第二端子。在一些实施方式中，其中，微梁电阻器被配置成将偏置电流从第一端子传送至第二端子。
在一些实施方式中，压力传感器包括联接至背板的集成谐振器。在一些实施方式中，集成谐振器包括弹簧和谐振构件，其中，弹簧连接至背板并且连接至谐振构件的外边缘，其中，弹簧将表面相对于背板悬置。在一些实施方式中，集成谐振器还包括：第一弹簧，该第一弹簧在第一端处连接至背板，并且连接至表面的外边缘的第一部分；第二弹簧，该第二弹簧在第一端处连接至背板，并且连接至表面的外边缘的第二部分；以及第三弹簧，该第三弹簧在第一端处连接至背板，并且连接至表面的外边缘的第三部分。
在另一实现方式中，麦克风组件包括壳体、设置在壳体内的声换能器以及设置在壳体内的集成电路。声换能器包括：至少部分真空密封腔室，该腔室部分地由第一振膜限定；背板，该背板设置在腔室内，其中第一振膜可响应于声压而相对于背板移动；以及压力传感器，该压力传感器联接在振膜上并且被配置成感测腔室内的压力。集成电路包括压力感测电路，该压力感测电路连接至压力传感器，并且被配置成对来自压力传感器的电信号进行处理以生成指示压力的输出数据。
在一些实施方式中，至少部分真空密封腔室还由与第一振膜间隔开的第二振膜限定。在一些实施方式中，背板限定了穿过该背板的至少一个孔。在一些实施方式中，压力传感器包括联接至背板的皮拉尼压力计，该皮拉尼压力计包括微梁电阻器、形成在背板上的第一焊盘以及形成在背板上的第二焊盘，其中，微梁电阻器连接至第一焊盘和第二焊盘并且相对于背板悬置。在一些实施方式中，压力感测电路包括惠斯通电桥和差分放大器，微梁电阻器连接在惠斯通电桥的第一支路中。在一些实施方式中，压力传感器包括联接至背板的集成谐振器，该集成谐振器包括弹簧和谐振构件，其中，弹簧连接至背板并且连接至谐振构件的外边缘，其中，弹簧将谐振构件相对于背板悬置。在一些实施方式中，压力感测电路包括扫频生成器和跨阻放大器，扫频生成器的输出端连接至集成谐振器的输入端，并且跨阻放大器连接至集成谐振器的输出端。在一些实施方式中，压力感测电路还包括连接至跨阻放大器的输出端的模数转换器，并且集成电路还包括处理器，该处理器被配置成从模数转换器接收信号并对信号的相位以及指示集成谐振器的谐振频率的频率进行检测。在一些实施方式中，集成谐振器具有取决于腔室中的压力的谐振频率。在一些实施方式中，集成谐振器的谐振频率范围介于50千赫兹(kHz)至100kHz之间。
在另一实现方式中，麦克风组件包括壳体、设置在壳体内的声换能器以及设置在壳体内的集成电路。声换能器包括：至少部分真空密封腔室，该腔室部分地由第一振膜限定；背板，该背板设置在腔室内，其中第一振膜可响应于声压而相对于背板移动。背板被配置成感测腔室内的压力。集成电路连接至背板并且包括偏置电路，该偏置电路被配置成选择性地将偏置电压施加至背板或将感测电路应用于背板。

Claims (20)

1.一种声换能器，其特征在于，所述声换能器包括：
至少部分真空密封腔室，所述至少部分真空密封腔室部分地由第一振膜限定；
背板，所述背板至少部分地设置在所述至少部分真空密封腔室内，其中，所述第一振膜能响应于声压而相对于所述背板移动；以及
压力传感器，所述压力传感器联接在所述背板或所述第一振膜上，并且被配置成感测所述至少部分真空密封腔室内的压力。
2.根据权利要求1所述的声换能器，其特征在于，所述至少部分真空密封腔室还由与所述第一振膜间隔开的第二振膜限定。
3.根据权利要求2所述的声换能器，其特征在于，所述声换能器还包括第一端子和第二端子，其中，所述第一端子电联接至所述背板或所述第一振膜的第一部分，所述第二端子电联接至所述背板或所述第一振膜的第二部分。
4.根据权利要求3所述的声换能器，其特征在于，所述压力传感器包括形成在所述背板或所述第一振膜上的皮拉尼压力计。
5.根据权利要求4所述的声换能器，其特征在于，所述皮拉尼压力计包括微梁电阻器，所述微梁电阻器电联接至所述第一端子和所述第二端子，其中，所述微梁电阻器相对于所述背板或所述第一振膜悬置。
6.根据权利要求5所述的声换能器，其特征在于，所述微梁电阻器被配置成将偏置电流从所述第一端子传送至所述第二端子。
7.根据权利要求3所述的声换能器，其特征在于，所述压力传感器包括联接至所述背板或所述第一振膜的集成谐振器。
8.根据权利要求7所述的声换能器，其特征在于，所述集成谐振器包括弹簧和谐振构件，其中，所述弹簧连接至所述背板或所述第一振膜并且连接至所述谐振构件的边缘，其中，所述弹簧将所述谐振构件相对于所述背板或所述第一振膜悬置。
9.根据权利要求8所述的声换能器，其特征在于，所述弹簧包括：
第一弹簧，所述第一弹簧将所述背板或所述第一振膜与所述谐振构件的第一部分互连；
第二弹簧，所述第二弹簧将所述背板或所述第一振膜与所述谐振构件的第二部分互连；以及
第三弹簧，所述第三弹簧将所述背板或所述第一振膜与所述谐振构件的第三部分互连。
10.根据权利要求9所述的声换能器，其特征在于，所述背板限定一开口，其中，所述谐振构件悬置在所述开口内。
11.一种麦克风组件，其特征在于，所述麦克风组件包括：
壳体；
声换能器，所述声换能器设置在所述壳体内，并且所述声换能器包括：
至少部分真空密封腔室，所述至少部分真空密封腔室部分地由第一振膜限定；
背板，所述背板至少部分地设置在所述至少部分真空密封腔室内，其中，所述第一振膜能够响应于声压而相对于所述背板移动；以及
压力传感器，所述压力传感器联接在所述背板上并且位于所述至少部分真空密封腔室内；以及
集成电路，所述集成电路设置在所述壳体内，所述集成电路包括压力感测电路，所述压力感测电路连接至所述压力传感器并且被配置成对来自所述压力传感器的电信号进行处理以生成指示压力的输出数据。
12.根据权利要求11所述的麦克风组件，其特征在于，所述至少部分真空密封腔室还由与所述第一振膜间隔开的第二振膜限定，其中，所述背板限定了穿过所述背板的至少一个孔。
13.根据权利要求12所述的麦克风组件，其特征在于，所述压力传感器包括联接至所述背板的皮拉尼压力计，所述皮拉尼压力计包括微梁电阻器、形成在所述背板上的第一焊盘以及形成在所述背板上的第二焊盘，其中，所述微梁电阻器连接至所述第一焊盘和所述第二焊盘并且相对于所述背板悬置。
14.根据权利要求13所述的麦克风组件，其特征在于，所述压力感测电路包括惠斯通电桥和差分放大器，所述微梁电阻器连接在所述惠斯通电桥的第一支路中。
15.根据权利要求12所述的麦克风组件，其特征在于，所述压力传感器包括联接至所述背板的集成谐振器，所述集成谐振器包括弹簧和谐振构件，其中，所述弹簧连接至所述背板并且连接至所述谐振构件的外边缘，并且其中，所述弹簧将所述谐振构件相对于所述背板悬置。
16.根据权利要求15所述的麦克风组件，其特征在于，所述压力感测电路包括扫频生成器和跨阻放大器，所述扫频生成器的输出端连接至所述集成谐振器的输入端，并且所述跨阻放大器连接至所述集成谐振器的输出端。
17.根据权利要求16所述的麦克风组件，其特征在于，所述压力感测电路还包括连接至所述跨阻放大器的输出端的模数转换器，并且所述集成电路还包括处理器，所述处理器被配置成从所述模数转换器接收信号，并对所述信号的相位以及指示所述集成谐振器的谐振频率的频率进行检测。
18.根据权利要求17所述的麦克风组件，其特征在于，所述集成谐振器的谐振频率取决于所述至少部分真空密封腔室中的压力。
19.根据权利要求18所述的麦克风组件，其特征在于，所述集成谐振器的谐振频率的范围介于50千赫兹至150千赫兹之间。
20.一种麦克风组件，其特征在于，所述麦克风组件包括：
壳体；
声换能器，所述声换能器设置在所述壳体内，所述声换能器包括：
至少部分真空密封腔室，所述至少部分真空密封腔室部分地由第一振膜限定；以及
背板，所述背板至少部分地设置在所述至少部分真空密封腔室内，所述至少部分真空密封腔室的压力低于大气压，其中，所述背板被配置成感测所述至少部分真空密封腔室内的压力；以及
集成电路，所述集成电路设置在所述壳体内，所述集成电路连接至所述背板，所述集成电路包括偏置电路，所述偏置电路被配置成选择性地将偏置电压施加至所述背板或将感测电流施加至所述背板。
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