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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf integrierte Halbleiter-Schaltungsvorrichtungen für die Verwendung in Ladungspumpenschaltungen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Ladungspumpen-Konstruktionen, die die Rampenhochlaufzeit einer Gleichspannung, wie z. B. einer Gleich-Vorspannung für ein kapazitives elektroakustisches Umsetzerelement, dramatisch verbessern können.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ladungspumpen oder Spannungsvervielfacher sind in der Technik der Konstruktion integrierter Schaltungen allgemein bekannt und sind für die Hochspannungserzeugung für verschiedene Anwendungen, wie z. B. EEPROMs, Flash-Speicher und die Gleich-Vorspannungserzeugung für Kondensatormikrophone, verwendet worden. Bei den heutigen Konstruktionen integrierter Schaltungen wird die Ladungspumpe typischerweise von einem Satz nicht überlappender Taktsignale betrieben.
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Ein immanenter Nachteil der Ladungspumpen des Standes der Technik, die für das Vorspannen von Kondensatormikrophonen, wie z. B. MEMS/Silicium-Kondersatormikrophonen, verwendet werden, ist eine große Rampenhochlaufzeit der Ausgangsgleichspannung aus der Ladungspumpe. Die große Rampenhochlaufzeit wird durch die hohe Quellenimpedanz, die der Ladungspumpe zugeordnet ist, und die großen kapazitiven Lasten am Ausgang der Ladungspumpe verursacht. Ein großer Anteil der kapazitiven Last ist oft der Kapazität des kapazitiven elektroakustischen Umsetzerelements zugeordnet.
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Es ist eine Aufgabe der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, eine Ladungspumpe zum Vorspannen von Kondensatormikrophonen zu schaffen. Die Ladungspumpe besitzt im Vergleich zu den Ladungspumpen des Standes der Technik eine verringerte Rampenhochlaufzeit der Ladungspumpen-Ausgangsgleichspannung.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, eine Ladungspumpe zu schaffen, die die genaue Einstellung der Ausgangsgleichspannung auf eine gewünschte Spannung erleichtert.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die obenerwähnten Aufgaben werden in einem ersten Aspekt gelöst, indem eine Kondensatormikrophonbaugruppe geschaffen wird, die ein kapazitives elektroakustisches Umsetzerelement, eine Ladungspumpe und eine steuerbare oder programmierbare Stromquelle umfasst. Das kapazitive elektroakustische Umsetzerelement umfasst eine Membran und eine Rückwand, die operativ mit einer Gleich-Vorspannung verbunden ist. Die Ladungspumpe ist beschaffen, um die Gleich-Vorspannung zu erzeugen. Die steuerbare oder programmierbare Stromquelle ist operativ mit der Gleich-Vorspannung verbunden, um aus ihr einen vorgegebenen Gleichstrom zu ziehen, um eine niedrige Ausgangsimpedanz der Ladungspumpe unter einer Anlauf- und stationären Last aufrechtzuerhalten.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die steuerbare oder programmierbare Stromquelle beschaffen oder programmiert, um einen im Wesentlichen konstanten Betrag des Gleichstroms, wie z. B. einen Gleichstrom zwischen 0,1 nA und 10 nA, aus der Gleich-Vorspannung zu ziehen.
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In einer weiteren Ausführungsform reagiert die steuerbare oder programmierbare Stromquelle auf einen Unterschied zwischen einem Repräsentanten einer erfassten Gleich-Vorspannung und einer Referenzgleichspannung. Folglich wird der aus der Gleich-Vorspannung durch die Stromquelle gezogene Strom in Reaktion auf einen Unterschied zwischen einer erfassten Gleich-Vorspannung und einer gewünschten Gleichspannung gesteuert. Für kapazitive elektroakustische Miniaturumsetzerelemente übersteigt die Stromlast für die meisten Anwendungen 10 nA nicht und ist vorzugsweise kleiner als 1 nA.
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Vorzugsweise kann das elektroakustische Umsetzerelement einen herkömmlichen Kondensatorumsetzer umfassen, der durch Bearbeitung und Zusammenbau einzelner Kunststoff- und Metallelemente hergestellt wird. Alternativ kann das elektroakustische Umsetzerelement ein mikroelektromechanisches (MEMS) oder Silicium-Umsetzerelement umfassen, das durch Halbleiterverarbeitungstechniken hergestellt wird.
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Die Ladungspumpe ist vorzugsweise beschaffen, um eine Gleich-Vorspannung im Bereich von 5–20 V, wie z. B. zwischen 8–12 V, wie z. B. etwa 10 V, zu erzeugen.
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Um eine Gleich-Vorspannung zu erfassen oder zu messen, kann ein Spannungsteiler vorgesehen sein. Unter Verwendung des Spannungsteilers wird nur ein vorgegebener Bruchteil, wie z. B. 20%, der tatsächlichen Gleich-Vorspannung als der Repräsentant der Gleich-Vorspannung verwendet. Der Spannungsteiler kann operativ mit der Gleich-Vorspannung der Ladungspumpe verbunden sein, um davon den Repräsentanten der erfassten Gleich-Vorspannung direkt zu erzeugen. Der Spannungsteiler stellt für den Ladungspumpenausgang vorzugsweise eine sehr kleine Gleichstromlastimpedanz dar. Der Spannungsteiler kann eine Kaskade oder eine Folge in Sperrichtung betriebener Dioden oder eine Kaskade von Kondensatoren umfassen.
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Die Kondensatormikrophonbaugruppe kann ferner einen Fehlerverstärker zum Vergleichen des Repräsentanten der erfassten Gleich-Vorspannung mit der Referenzgleichspannung umfassen. Der Fehlerverstärker ist beschaffen, um in Reaktion auf den Vergleich ein Steuersignal zu erzeugen und das Steuersignal anzuwenden, um die Stromlast der Stromquelle zu steuern. Außerdem kann die Kondensatormikrophonbaugruppe ferner einen Spannungsgenerator umfassen, der beschaffen ist, um die Referenzgleichspannung zu erzeugen.
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Vorzugsweise ist die Gleich-Vorspannung über eine Schaltung mit hoher Impedanz mit dem elektroakustischen Umsetzerelement verbunden. Die Schaltung mit hoher Impedanz kann eine oder mehrere Halbleiterdioden, wie z. B. ein Paar kreuzgekoppelter Dioden, umfassen. Die kreuzgekoppelten Dioden können unter stationären Betriebsbedingungen, d. h. nach dem Rampenhochlauf der Gleich-Vorspannung, und bei einem normalen Betrieb der Kondensatormikrophonbaugruppe eine Impedanz im TΩ- oder GΩ-Bereich zeigen, um einen im Wesentlichen konstanten Ladungszustand des Umsetzerelements zu schaffen.
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Die Kondensatormikrophonbaugruppe kann ferner einen Rauschfilterungskondensator umfassen. Der Rauschfilterungskondensator ist zur Stromquelle parallelgeschaltet.
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Es kann außerdem eine Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnung, die operativ mit dem elektroakustischen Umsetzerelement verbunden ist, vorgesehen sein. Die Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnung kann beschaffen sein, um die durch das Umsetzerelement erzeugten Signale zu verarbeiten. Die Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnung kann einen Puffer und/oder einen Vorverstärker umfassen, die mit dem elektroakustischen Umsetzerelement operativ verbunden sind. Außerdem kann die Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnung ferner einen A/D-Umsetzer umfassen, der mit dem Puffer oder dem Vorverstärker operativ verbunden ist und beschaffen ist, um die ankommenden Tonsignale der Kondensatormikrophonbaugruppe zu digitalisieren.
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Vorzugsweise sind die Signalverarbeitungs-Schaltungsauordnung, der A/D-Umsetzer und die Ladungspumpe auf einem gemeinsamen Halbleiterchip oder -Substrat vorgesehen, z. B. in der Form einer CMOS-, bipolaren oder BiCMOS-ASIC. Optional kann der Halbleiterchip ferner ein MEMS-hergestelltes elektroakustisches Umsetzerelement umfassen, um eine Einzelchip-MEMS-Kondensatormikrophonbaugruppe zu schaffen.
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In einem zweiten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Gleichspannungsversorgungs-Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Gleich-Vorspannung, die als eine Gleichspannungsdifferenz zwischen einer Membran und einer Rückwand eines zugeordneten kapazitiven elektroakustischen Umsetzerelements anzulegen ist.
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Die Gleichspannungsversorgungs-Schaltungsanordnung umfasst einen Schaltungschip und eine steuerbare oder programmierbare Stromquelle. Der Schaltungschip umfasst eine Ladungspumpe zum Erzeugen und Bereitstellen der Gleich-Vorspannung. Die steuerbare oder programmierbare Stromquelle ist mit der Gleich-Vorspannung operativ verbunden.
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Das zugeordnete elektroakustische Umsetzerelement ist ein Nicht-Elektret-MEMS-Mikrophon-Umsetzerelement. Die Ladungspumpe erzeugt eine Gleich-Vorspannung im Bereich von 5–20 V, wie z. B. zwischen 8–12 V, wie z. B. etwa 10 V.
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Vorzugsweise ist die Stromquelle in Reaktion auf einen Vergleich zwischen einem Repräsentanten einer erfassten Gleich-Vorspannung und einer Referenzgleichspannung steuerbar. Ein Spannungsteiler, der mit der Gleich-Vorspannung operativ verbunden ist, kann den Repräsentanten der erfassten Gleich-Vorspannung bereitstellen. Ein Spannungsgenerator, der beschaffen ist, um die Referenzgleichspannung zu erzeugen, kann außerdem vorgesehen sein.
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Die Gleichstromversorgungs-Schaltungsanordnung kann ferner Fehlerverstärkermittel zum Vergleichen des Repräsentanten der erfassten Gleich-Vorspannung mit der Referenzgleichspannung umfassen. Die Fehlerverstärkermittel sind beschaffen, um in Reaktion auf den Vergleich ein Steuersignal zu erzeugen und das Steuersignal anzuwenden, um die steuerbare Stromquelle zu steuern.
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Außerdem kann ein Rauschfilterungskondensator, der mit der Stromquelle parallelgeschaltet ist, vorgesehen sein.
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In einem dritten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Erzeugen einer Gleich-Vorspannung, die als eine Gleichspannungsdifferenz zwischen einer Membran und einer Rückwand eines kapazitiven elektroakustischen Umsetzerelements anzulegen ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- – Anlegen eines Taktsignals an eine Ladungspumpe zum Erzeugen und Bereitstellen der Gleich-Vorspannung,
- – Bereitstellen der Gleich-Vorspannung für eine steuerbare der programmierbare Stromquelle,
- – Vergleichen eines Repräsentanten einer erfassten Gleich-Vorspannung mit einer Referenzgleichspannung,
- – Erzeugen eines Steuersignals in Reaktion auf den Vergleich, und
- – Steuern der Stromquelle in Reaktion auf das Steuersignal.
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Falls der Repräsentant der erfassten Gleich-Vorspannung kleiner als die Referenzgleichspannung ist, fällt eine Stromlast der Stromquelle in einen ersten Strombereich. Falls alternativ der Repräsentant der erfassten Gleich-Vorspannung höher als die Referenzgleichspannung ist, fällt eine Stromlast der Stromquelle in einen zweiten Strombereich. Die Stromlasten des zweiten Strombereichs können höher als die Stromlasten des ersten Strombereichs sein.
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In einem vierten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Kondensatormikrophonbaugruppe, die ein elektroakustisches Umsetzerelement, einen Halbleiterchip und eine steuerbare oder programmierbare Stromquelle umfasst. Das elektroakustische Umsetzerelement umfasst eine Membran und eine Rückwand. Der Halbleiterchip umfasst einen Spannungsvervielfacher zum Erzeugen und Bereitstellen einer Gleich-Vorspannung über einen Ausgangsanschluss. Die Gleich-Vorspannung wird als eine Gleichspannungsdifferenz zwischen der Membran und der Rückwand angelegt. Die steuerbare oder programmierbare Stromquelle ist mit dem Ausgangsanschluss des Spannungsvervielfachers operativ verbunden. Die steuerbare oder programmierbare Stromquelle ist in Reaktion auf einen Vergleich zwischen einem Repräsentanten eines erfassten Gleich-Vorspannungspegels und einem Referenz-Spannungspegel steuerbar.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nun werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, worin
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1 einen schematischen Blockschaltplan einer geregelten Ladungspumpe zeigt,
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2 eine Miniaturmikrophonbaugruppe mit digitalem Ausgang gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
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3 eine Miniaturmikrophonbaugruppe mit digitalem Ausgang gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
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4 eine Miniaturmikrophonbaugruppe mit analogem Ausgang gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Spezifische Ausführungsformen sind beispielhaft in der Zeichnung gezeigt und werden hierin ausführlich beschrieben, während die Erfindung verschiedene Modifikationen und alternative Formen zulässt. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass nicht vorgesehen ist, dass die Erfindung auf die offenbarten speziellen Formen eingeschränkt ist. Statt dessen umfasst die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die in den Erfindungsgedanken und den Umfang der Erfindung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf integrierte Halbleiter-Schaltungsvorrichtungen für die Verwendung in Ladungspumpenschaltungen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Ladungspumpen-Konstruktionen, die die Rampenhochlaufzeit einer Gleichspannung, die durch eine Ladungspumpenschaltung erzeugt wird, dramatisch verbessern können.
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Im Allgemeinen ist eine Ladungspumpe, wie sie in 1 gezeigt ist, ein Regelungssystem, weil die Pumpenausgabe auf einen vorgegebenen Pegel geregelt ist. Um die Regelung zu erreichen, muss die Pumpe 5 während der Zeit kontinuierlich eingeschaltet gehalten werden. Wenn die Pumpen-Ausgangsgleichspannung VPUMP nach 1 einen vorgegebenen Spannungspegel erreicht oder übersteigt, dann muss die Überschussladung vom Pumpenausgang durch die steuerbare Stromquelle 9 entfernt werden. Durch die Taktung der Ladungspumpe und andere Rauschquellen, wie z. B. thermisches Rauschen, wird ein unerwünschtes Ausgangsrauschen erzeugt. Dieses Ausgangsrauschen wird durch den Rauschfilterungskondensator 10 und ein Paar kreuzgekoppelter Dioden 6, die im stationären Zustand als ein GΩ- oder TQ-Widerstand wirken, teilweise unterdrückt. Der letztere äußerst große Widerstand ist notwendig, um sicherzustellen, dass das zugeordnete kapazitive elektroakustische Umsetzerelement unter im Wesentlichen konstanten Ladungsbedingungen betrieben wird.
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Ein Grundblockschaltplan einer Ausführungsform der Erfindung ist in 1 gezeigt. Vorausgesetzt, dass die Pumpenausgangsspannung beim Anlaufen von null beginnt, ist der Laststrom des Reglers sehr niedrig. Dies bedeutet, dass die Pumpen-Ausgangsgleichspannung niedriger als der vorgegebene Spannungspegel ist. Der Ausgang der Ladungspumpe beginnt, zur gewünschten oder Ziel-Ausgangsgleichspannung stufenweise anzusteigen. Während dieser Zeit ist der Spannungsteiler 8 freigegeben, um die Pumpen-Ausgangsgleichspannung ständig zu verfolgen, wobei ein Fehlerverstärker 7 die Ausgangsgleichspannung mit einer Referenzspannung VREF vergleicht. Die Referenzspannung VREF wird durch einen Referenzspannungsgenerator 1 erzeugt.
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Wenn die Pumpen-Ausgangsgleichspannung den vorgegebenen Spannungspegel erreicht oder übersteigt, vergrößert der Fehlerverstärker 7 den Laststrom entsprechend. Die vorgeschlagene Laststromregelung ist eine effiziente, schnelle und zuverlässige Art, die Pumpen-Ausgangsgleichspannung zu steuern. Der Spannungsteiler 8 kann in verschiedenen Arten implementiert sein, es ist aber wichtig, dass der Teiler eine absolute minimale Gleichstromlast des Ladungspumpenausgangs repräsentiert. Dies kann z. B. durch eine angezapfte Folge in Sperrrichtung betriebener Poly-Dioden oder eine angezapfte Folge von Kondensatoren ohne Gleichstromwege zur Masse oder zum Substrat erreicht werden. Die Ladungspumpe wird während der Aktivierung der Stromlast in Betrieb gehalten.
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Wie vorher dargelegt worden ist, ist in 1 ein schematischer Blockschaltplan einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie zu sehen ist, umfasst die in 1 dargestellte schnelle und rauscharme Ladungspumpe einen Referenzspannungsgenerator 1, einen Hilfs-Konstantspannungsregler 3, eine Pumpen-Taktquelle und einen Generator 3 für nicht überlappende Takte, einen rauscharmen Konstantspannungsregler 4, eine Spannungsvervielfacherschaltung, die als eine Dickson-Ladungspumpe 5 ausgeführt ist, ein Paar kreuzgekoppelter Dioden 6 zum Sicherstellen einer äußerst hohen Ladungsquellenimpedanz, einen Fehlerverstärker 7 mit Eingängen mit sehr hoher Impedanz, einen Spannungsteiler 8, eine steuerbare Stromquelle 9 und einen Rauschfilterungskondensator 10. Die Gleich-Vorspannung für das (nicht gezeigte) zugeordnete Kondensatormikrophon wird als eine Gleichspannungsdifferenz zwischen einer Membran und einer Rückwand bereitgestellt. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird die Gleich-Vorspannung aus der VPUMP abgeleitet und durch die kreuzgekoppelten Dioden 6 bereitgestellt. Die Gleich-Vorspannung beträgt typischerweise etwa 5 bis 10 V.
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Die 2–4 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Kondensatormikrophonbaugruppen gemäß der vorliegenden Erfindung. Bis auf einige Modifikationen sind die in den 2 und 3 gezeigten Mikrophonbaugruppen völlig gleich.
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In 2 ist eine digitale Miniaturmikrophonbaugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Baugruppe nach 2 umfasst ein MEMS-Miniaturumsetzerelement 11, vorzugsweise auf Siliciumbasis, das eine Membran und eine Rückwand, die operativ mit einer Dickson-Pumpe 12 verbunden ist, umfasst. Die Dickson-Pumpe 12 erzeugt eine Gleich-Vorspannung von etwa 10 V, die über ein Paar kreuzgekoppelter Dioden 13 als eine Spannungsdifferenz zwischen der Membran und der Rückwand des Miniatur-MEMS-Umsetzerelements 11 angelegt ist. Die kreuzgekoppelten Dioden 13, die einen im Wesentlichen konstanten Ladungszustand des Umsetzerelements 11 sicherstellen, stellen eine Impedanz wenigstens im GΩ-Bereich und bevorzugter im TQ-Bereich bereit.
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Das elektrische Ausgangssignal aus dem Umsetzerelement 11 wird durch einen optionalen Puffer 14 mit einer sehr hohen Eingangsimpedanz geleitet. Der Begriff sehr hohe Eingangsimpedanz ist als eine Eingangsimpedanz zu interpretieren, die größer als 10 GΩ oder 100 GΩ oder noch bevorzugter größer als 1000 GΩ ist. Ein rauscharmer Vorverstärker 15 ist operativ an den Puffer 14 gekoppelt, um das elektrische Signal mit etwa 6–20 dB zu verstärken, bevor das verstärkte elektrische Signal einen A/D-Umsetzer 16 in der Form eines Sigma-Delta-Umsetzers erreicht.
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Die veranschaulichte Programmierschnittstelle umfasst Daten-, Takt- und Masseleitungen und kann eine kundenspezifische/herstellerspezifische oder eine Industriestandard-Programmierschnittstelle sein. Die Programmierschnittstelle ist vorzugsweise eine bidirektionale Schnittstelle, wie z. B. eine bidirektionale IIC-Busschnittstelle, die die Übertragung von Daten vom A/D-Umsetzer 16 und den Empfang der z. B. von einem Test-Computer, der beschaffen ist, um die Baugruppe für den Betrieb in der Testbetriebsart zu konfigurieren, zur Baugruppe übertragenen Daten unterstützt. Die Programmierschnittstelle kann alternativ eine digitale Eindraht-Datenschnittstelle mit einer einzigen Datenleitung und einer Masseleitung sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Programmierschnittstelle einen seriellen Kleinleistungs-Interchip-Medienbus (Serial Low-Power Inter-chip Media Bus – SLIMbusTM) in Übereinstimmung mit der MIPI-Übereinkunft.
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Die Baugruppe nach 2 umfasst außerdem einen diodengestützten Spannungsteiler 17, einen Fehlerverstärker 18, eine steuerbare Stromquelle 19 und einen Rauschfilterungskondensator 20. Wie früher erwähnt worden ist, ist die steuerbare Stromquelle 19 aktiviert, d. h. sie entfernt Ladungen aus der Dickson-Pumpe, wenn die Ausgangsspannung aus der Dickson-Pumpe 12 einen vorgegebenen Referenzwert übersteigt. Der Spannungsteiler ist als eine Kaskade von Dioden implementiert, die zwischen die Ausgangsspannung der Dickson-Pumpe und Masse gekoppelt ist.
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3 zeigt eine digitale Kondensatormikrophonbaugruppe, die ein MEMS-Miniaturumsetzerelement 21 umfasst. Im Vergleich zu der in 2 dargestellten Baugruppe umfasst die Baugruppe nach 3 einen programmierbaren Taktteiler 22. Der Taktteiler 22 ist beschaffen, um ein angelegtes (Master-)Taktsignal, das an einem extern zugänglichen Anschluss CLK bereitgestellt wird, durch einen programmierbaren ganzzahligen Faktor N zu teilen. Das angelegte Master-Taktsignal kann eine Taktfrequenz zwischen 1 und 10 MHz besitzen und kann ohne weitere Teilung an den Sigma-Delta-Umsetzer 16 angelegt werden. Der programmierbare Taktteiler 22 ist beschaffen, um entweder das Master-Taktsignal CLK direkt zum Treiber für nicht überlappende Takte durchzuleiten oder um den CLK durch einen ganzzahligen Faktor N zu teilen. Der Treiber für nicht überlappende Takte liefert Taktsignale mit einer geeigneten Phase an die Dickson-Pumpe 12. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist der programmierbare Taktteiler 22 beschaffen, um während des Rampenhochlaufs der Gleich-Vorspannung den CLK ohne Teilung durchzuleiten, um den schnellen Rampenhochlauf sicherzustellen. Sobald die Rampenhochlaufphase der Gleich-Vorspannung abgeschlossen ist, ist der programmierbare Taktteiler 22 programmiert, um den CLK durch einen Faktor N zu teilen, wobei N irgendeine geeignete ganze Zahl zwischen 2 und 64, wie z. B. 2, 4, 6, 8, 16 oder 32, sein kann. Durch die Verringerung der an den Treiber für nicht überlappende Takte gelieferten Taktfrequenz wird außerdem die mit dem CLK in Beziehung stehende Erzeugung von Rauschen in den Versorgungs- und Masse-/Substratverbindungen verringert. Dies führt zu einem verringerten Rauschpegel in der Ausgangsspannung der Dickson-Pumpe, in der Gleich-Vorspannung und möglicherweise am Ausgang des Vorverstärkers. Der Betrieb des programmierbaren Taktteilers 22 kann auf mehrere Arten gesteuert werden. In einer Ausführungsform kann die Steuerung durch eine kleine Zustandmaschine bereitgestellt werden, die zusammen mit den anderen oben beschriebenen Schaltungsblöcken in einer integrierten Schaltung integriert ist. In einer alternativen Ausführungsform wird der programmierbare Taktteiler 22 durch die durch die Programmierschnittstelle übertragenen Informationen gesteuert.
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In 4 ist eine analoge Miniaturmikrophonbaugruppe dargestellt. Die Baugruppe nach 4 umfasst außerdem ein MEMS-Miniaturumsetzerelement 23, das eine Membran und eine Rückwand umfasst, die operativ mit einer Dickson-Pumpe 24 verbunden ist. Die Dickson-Pumpe 24 erzeugt eine Gleich-Vorspannung von etwa 10 V, die über ein Paar kreuzgekoppelter Dioden 25 als eine Spannungsdifferenz zwischen der Membran und der Rückwand des Miniaturumsetzerelements 23 angelegt wird. Das elektrische Ausgangssignal von dem Umsetzerelement wird durch einen Puffer 26 und einen rauscharmen Vorverstärker 27 geleitet, bevor es einen Ausgangsknotender Baugruppe in einem analogen Format, z. B. in einem symmetrischen oder in einem unsymmetrischen Format, erreicht.
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Außerdem sind ein Spannungsteiler 28, ein Fehlerverstärker 29, eine steuerbare Stromquelle 30 und ein Rauschfilterungskondensator 31 vorgesehen. Wie bereits beschrieben worden ist, wird die steuerbare Stromquelle 30 aktiviert, wenn die Ausgangsspannung aus der Dickson-Pumpe 24 einen vorgegebenen Referenzwert übersteigt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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SCHNELLE PRÄZISIONSLADUNGSPUMPE
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kondensatormikrophonbaugruppe, die ein kapazitives elektroakustisches Umsetzerelement, das eine Membran und eine Rückwand, die operativ mit einer Gleich-Vorspannung verbunden ist, umfasst, eine schnelle Ladungspumpe, die beschaffen ist, um die Gleich-Vorspannung zu erzeugen, und eine steuerbare oder programmierbare Stromquelle, die operativ mit der Gleich-Vorspannung verbunden ist, um aus ihr einen vorgegebenen Gleichstrom zu ziehen, umfasst. Die steuerbare oder programmierbare Stromquelle reagiert auf einen Unterschied zwischen einem Repräsentanten einer erfassten Gleich-Vorspannung und einer Referenzgleichspannung.
