CN216437463U - 用于微机电系统麦克风的驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于微机电系统麦克风的驱动电路。该驱动电路包括集成电路型压电式传感器换能器，所述集成电路型压电式传感器换能器具有为驱动电路供电的恒流源接口，该恒流源接口电连接至第一二极管的负极和第二二极管的正极，并且经由所述第二二极管的负极电连接至第一电阻器，电流在所述第一电阻器的右端产生电压，该电压经过第二电阻器和稳压二极管产生偏置电压并且被提供给第一三极管的基极，所述第一三极管的发射极连接至第三电阻器，第一三极管的发射结正偏且大于开启电压，并且集电结反偏，所述第一三极管的发射极连接至第三电阻器，并且所述第一三极管的集电极连接至所述微机电系统麦克风以向所述微机电系统麦克风供电。

Description

用于微机电系统麦克风的驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种麦克风驱动电路，具体地，涉及一种用于微机电系统(MEMS)麦克风的驱动电路。

背景技术

诸如移动电话、个人计算机、智能扬声器、助听器、真无线立体声(TWS)耳机等消费类电子设备以及其它主机设备应用通常包括一个或多个小型麦克风。微制造技术和纳米制造技术的进步已经导致具有逐渐减小的尺寸和不同形状因数的麦克风的发展。例如，由于电容式微机电系统麦克风的低成本、小尺寸和高灵敏度，驻极体麦克风在这些和其它应用中的曾经占优势的使用正在被替代。现在，微机电系统麦克风已广泛应用于消费类电子产品，特别是中高端的手机。

麦克风的供电电路目前通常并没有专门的电路负责供电，而是由所在的主机系统来统一供电的。例如，在智能手机中，由手机的电源为麦克风供电。因此，在不同的应用中，麦克风的供电电路各不相同，没有统一的标准。最常用的供电方式是使用系统内置的直流/直流变换电路产生供电电压来为麦克风供电，或者在某些情况下采用低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator，LDO)提供供电电压。

但是，现有技术中的这些供电电路之前普遍用于驻极体式的麦克风的驱动。对于微机电系统麦克风而言，现有技术存在着电源电压转换效率较低、电压精度差、电源输出纹波和噪声大，并且电路复杂、成本较高等问题。

集成电路型压电式传感器(Integrated Electronics Piezo Electric，IEPE)是一种相对较新的工业标准并且越来越广泛地用作高端压电传感器的通用接口标准。IEPE标准的换能器也已经成为工业应用领域的标准。半导体电路将压电传感器的高阻抗信号转换为更容易传输的低阻抗电压信号。借助IEPE，只需一根任意长度的标准电缆即可实现电源供给和信号传输，不会因电缆移动而在应用中产生测量误差。

实用新型内容

本实用新型被设计为克服或至少缓解现有技术中存在的技术限制。

本实用新型旨在提供一种新的微机电系统麦克风驱动电路。该驱动电路利用集成电路型压电式传感器标准作为向微机电系统麦克风供电的专用电路，来取代现有技术中使用的直流/直流变换电路。使用本实用新型的驱动电路，产生的麦克风供电电压的电压精度高、功耗低、噪声小，并且电路简单、实用性强。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种微机电系统麦克风的驱动电路。所述驱动电路包括集成电路型压电式传感器换能器，所述集成电路型压电式传感器换能器具有为驱动电路供电的恒流源接口，所述恒流源接口电连接至第一二极管的负极和第二二极管的正极，并且经由所述第二二极管的负极电连接至第一电阻器，电流在所述第一电阻器的右端产生电压，该电压经过第二电阻器和稳压二极管产生偏置电压，并且所产生的偏置电压被提供给第一三极管的基极，所述第一三极管的发射结正偏且大于开启电压，并且集电结反偏，所述第一三极管的发射极连接至第三电阻器，并且所述第一三极管的集电极连接至第四电阻器和所述微机电系统麦克风的电源脚。

根据本实用新型的第二方面，所述恒流源接口提供的电流在4mA～10mA的范围内。

根据本实用新型的第三方面，提供给所述微机电系统麦克风的直流供电电压为2.9V。

根据本实用新型的第四方面，所述第一二极管和所述第二二极管是肖特基二极管。

根据本实用新型的第五方面，所述驱动电路还包括用于对从所述微机电系统麦克风的音频信号支路反馈的音频信号进行采集和处理的数据采集和处理模块，所述集成电路型压电式传感器换能器被包含在所述数据采集和处理模块中。

根据本实用新型的第六方面，所述音频信号支路是由第一电容器、所述第一电阻器、所述第二二极管和噪声去除元件构成的，所述第一电容器一端与所述微机电系统麦克风的输出端相连，并且另一端电连接到所述第一电阻器。

根据本实用新型的第七方面，所述第一电容器、所述第三电阻器和所述第四电阻器一起构成一阶高通滤波电路，所述第三电阻器连接在所述第一电阻器与所述第一电容器之间。

根据本实用新型的第八方面，第五电阻器、第六电阻器、第七电阻器和第二三极管构成电压保护电路，所述第五电阻器的一端电连接至所述第三电阻器，并且另一端电连接至所述第六电阻器和所述第二三极管的集电极，所述第六电阻器的另一端电连接至所述第二三极管的基极，并且所述第七电阻器的一端电连接至所述第二三极管的基极并且另一端接地。

附图说明

为了描述可以获得本公开的优点和特征的方式，通过参考在附图中示出的具体实施方式来呈现本公开的描述。这些附图仅描绘了本公开的示例性实施方式，因此不被认为限制其范围。为了清楚起见，附图可能已经被简化并且不必按比例绘制。

图1是示意性示出根据本实用新型的驱动电路的框图；

图2是示出集成电路型压电式传感器放大器的框图；并且

图3是示出根据本实用新型的实施方式的微机电系统麦克风的驱动电路的电路图。

本领域技术人员将理解，出于简单和清楚的目的而示出图中的要素。将理解，本文中使用的术语和表达具有与在他们相对应的探究学习方面相一致的普通含义，除非在本文中阐述了特定含义。

具体实施方式

尽管本实用新型可以具体实现为很多不同的形式，在附图中示出并在本文中详细描述了本实用新型的优选实施方式，要理解，本公开应被视为本实用新型的原理的示例，并且并不旨在将本实用新型的宽泛方面限制为所例示的实施方式。

在下面的详细描述中，阐述了多个特定细节以便于提供本实用新型的更加全面的理解。但是，对于本领域技术人员明显的是，可以在不受限于这些特定细节的情况下实现本实用新型。另一方面，以框图形式而不是详细地示出了公知结构和装置，以便于避免使本实用新型模糊。

图1是示意性示出根据本实用新型的驱动电路的框图。

如图1所示，微机电系统麦克风的驱动电路100包括数据采集和处理模块110和微机电系统麦克风130。数据采集和处理模块110能够接收麦克风经由恒流源接口反馈的音频信号并且对所述音频信号进行分析和处理，并且包括集成电路型压电式传感器(IEPE)换能器120。该集成电路型压电式传感器换能器120包括恒流源接口，并且在数据采集和处理模块110的控制下，从相应的集成电路型压电式传感器放大器(未示出)接收电流，并且将该电流提供给微机电系统麦克风130以驱动微机电系统麦克风130。

图2中示出了用于向图1中的集成电路型压电式传感器换能器120提供电流的集成电路型压电式传感器放大器的框图。如图所示，集成电路型压电式传感器放大器通常由恒流激励电源、工作状态指示器(可选)、高通滤波器、归一化放大器(可选)、低通滤波器、输出放大器和电源适配器等组成。

集成电路型压电式传感器标准所定义的电源模式是独特的，其使用恒流电源，而不是使用恒压电源来供电。集成电路型压电式传感器可以在一个很宽的电流范围下正常工作，通常最小电流为2mA。在本实用新型的实施方式中，驱动电路可以使用4mA～10mA的恒流源。

图3是示出根据本实用新型的实施方式的微机电系统麦克风的驱动电路的电路图。

如图1和图3所示，数据采集和处理模块使用其自带的恒流源接口来提供10mA电流，使得所述恒流源接口电连接至肖特基二极管D4A的负极和肖特基二极管D4B的正极，并且经由二极管D4B的负极电连接至电阻器R7。电流在电阻器R7的右端处产生14.8V的电压，该电压经过电阻器R10和5.1V的稳压二极管D1产生偏置电压，并且所产生的偏置电压被提供给三极管Q2的基极。三极管Q2的发射极和集电极分别连接有电阻器R5和R1。三极管Q2的发射结是正偏的且大于开启电压，并且集电结是反偏的，此时三极管Q2处于放大导通状态。三极管Q2的集电极输出2.9V的直流电压，从而将其提供给微机电系统麦克风的电源脚VDD作为供电电压。

在该驱动电路中，在三极管Q2的发射极和集电极都采用了高精度电阻器。更具体地，电阻器R5和R10的电阻值可以分别是3.3KΩ和1.5KΩ，精度均为0.1％，从而满足电源电压精度高的要求。电容器C4是0.1uF的去耦电容器，其一端电连接在微机电系统麦克风的电源脚上，而另一端接地。电容器C4对10MHz以下的噪声有较好的去耦效果，保证了电源输出的纹波系数小，同时降低了电源的噪声。

在以上示例中，供电电压经由高精度电阻器R5和R10被精准地控制为2.9V并提供给微机电系统麦克风。但是，根据本实用新型，电阻器R5和R10还可以被适配为不同的电阻值以协作地提供微机电系统麦克风的工作电压范围内的其他电压值。

表1

根据表1，利用电阻器R5和R10的电阻值的不同组合，可以精准地提供微机电系统麦克风所需的供电电压。

除了能够精准地控制提供给微机电系统麦克风的供电电压以在数据采集和处理模块精准地驱动微机电系统麦克风以外，根据本实用新型还能够在不影响供电电压的提供的情况下从微机电系统麦克风提供产生的音频信号。

具体地，在微机电系统麦克风得电工作后，其输出的音频信号经由通过电连接的耦合电容器C1、电阻器R7、肖特基二极管D4B和去噪声元件(例如，磁珠FB1)构成的音频信号支路反馈到数据采集和处理模块进行数据分析。音频信号支路不影响集成电路型压电式传感器的恒流源产生供电电压的驱动电路支路。该音频信号支路上的电容器C1将与电阻器R5和R1一起构成一阶高通滤波电路，从而有效地提高音频信号的品质。

此外，根据本实用新型，所述驱动电路的另一个功能是由电阻器R8、R6、R4和三极管Q5构成的电压保护电路。具体地，电阻器R8的一端电连接至电阻器R5，并且另一端电连接至电阻器R6和三极管Q5的集电极。电阻器R6的另一端电连接至三极管Q5的基极，电阻器R4的一端电连接至三极管Q5的基极，并且另一端接地。当该驱动电路正常工作时，三极管Q5处于截止状态；而一旦驱动电路发生异常，导致位于电阻器R7右端的电压过高时，三极管Q5导通，使得过电压能够从处于导通状态的三极管Q5的发射极电接地泄放，从而保护了对应的元器件。

根据本实用新型，利用集成电路型压电式传感器恒流源实现了用于微机电系统麦克风的专用驱动转换电路，简化了电路设计，减少了元器件数量，降低了设计成本，特别是克服了电压精度低的问题，保证了电源的可靠性。而且，音频信号支路上的高通滤波电路提高了信号的质量。最后，在转换电路中增加了电压保护功能电路，保护了相关元器件的寿命，减小了电源电压供电失效几率。

在实质上不脱离本实用新型的原理的情况下可以对实施方式做出很多变型和修改。所有这些变型和修改旨在被包括在本实用新型的范围内。因此，以上公开的主题被视为例示性的而不是限制性的，并且所附的权利要求旨在涵盖所有这些修改、增强以及其他实施方式，他们全部落在本实用新型的精神和范围内。

Claims (8)

1.一种用于微机电系统麦克风的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括集成电路型压电式传感器换能器，所述集成电路型压电式传感器换能器具有为驱动电路供电的恒流源接口，所述恒流源接口电连接至第一二极管(D4A)的负极和第二二极管(D4B)的正极，并且经由所述第二二极管(D4B)的负极电连接至第一电阻器(R7)，电流在所述第一电阻器(R7)的右端产生电压，该电压经过第二电阻器(R10)和稳压二极管(D1)产生偏置电压并且被提供给第一三极管(Q2)的基极，所述第一三极管(Q2)的发射结正偏且大于开启电压并且所述第一三极管(Q2)的集电结反偏，所述第一三极管(Q2)的发射极连接至第三电阻器(R5)，并且所述第一三极管(Q2)的集电极连接至第四电阻器(R1)和所述微机电系统麦克风的电源脚。

2.根据权利要求1所述的用于微机电系统麦克风的驱动电路，其特征在于，所述恒流源接口提供的电流在4mA～10mA的范围内。

3.根据权利要求1所述的用于微机电系统麦克风的驱动电路，其特征在于，提供给所述微机电系统麦克风的直流供电电压为2.9V。

4.根据权利要求1所述的用于微机电系统麦克风的驱动电路，其特征在于，所述第一二极管(D4A)和所述第二二极管(D4B)是肖特基二极管。

5.根据权利要求1所述的用于微机电系统麦克风的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括用于对从所述微机电系统麦克风的音频信号支路反馈的音频信号进行采集和处理的数据采集和处理模块，所述集成电路型压电式传感器换能器被包含在所述数据采集和处理模块中。

6.根据权利要求5所述的用于微机电系统麦克风的驱动电路，其特征在于，所述音频信号支路是由第一电容器(C1)、所述第一电阻器(R7)、所述第二二极管(D4B)和噪声去除元件(FB1)构成的，所述第一电容器(C1)一端与所述微机电系统麦克风的输出端(OUT)相连，并且另一端电连接到所述第一电阻器(R7)。

7.根据权利要求6所述的用于微机电系统麦克风的驱动电路，其特征在于，所述第一电容器(C1)与所述第三电阻器(R5)和所述第四电阻器(R1)一起构成一阶高通滤波电路，所述第三电阻器(R5)连接在所述第一电阻器(R7)与所述第一电容器(C1)之间。

8.根据权利要求1所述的用于微机电系统麦克风的驱动电路，其特征在于，第五电阻器(R8)、第六电阻器(R6)、第七电阻器(R4)以及第二三极管(Q5)构成电压保护电路，所述第五电阻器(R8)的一端电连接至所述第三电阻器(R5)并且另一端电连接至所述第六电阻器(R6)和所述第二三极管(Q5)的集电极，所述第六电阻器(R6)的另一端电连接至所述第二三极管(Q5)的基极，所述第七电阻器(R4)的一端电连接至所述第二三极管(Q5)的基极并且另一端接地。

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