DE112017003496T5

DE112017003496T5 - Split-signal differentialmembran-mikrofon

Info

Publication number: DE112017003496T5
Application number: DE112017003496.5T
Authority: DE
Inventors: John J. Albers; Thomas Froehlich
Original assignee: Ams AG; Knowles Electronics LLC
Current assignee: Ams Osram AG; Knowles Electronics LLC
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2019-05-02
Also published as: CN112437389A; CN109565635A; US10523162B2; US20180012588A1; US10153740B2; CN109565635B; WO2018013571A1; US20190081598A1; CN112437389B

Abstract

Eine integrierte Schaltung umfasst einen ersten Verstärker und einen zweiten Verstärker. Eine erste Impedanzanpassungsschaltung ist mit dem ersten Verstärker, einer ersten Ladungspumpe und einem einzelnen MEMS-Wandler gekoppelt. Eine zweite Impedanzanpassungsschaltung ist mit dem zweiten Verstärker, einer zweiten Ladungspumpe und dem einzelnen MEMS-Wandler gekoppelt. Eine erste kapazitive Last, gemessen an einem Eingang des ersten Verstärkers, und eine zweite kapazitive Last, gemessen an einem Eingang des zweiten Verstärkers, sind vorhanden. Die erste kapazitive Last und die zweite kapazitive Last sind gegeneinander abgeglichen. Eine einzige Druckänderung bewirkt, dass der einzelne MEMS-Wandler ein erstes elektrisches Signal und ein zweites elektrisches Signal erzeugt. Sowohl das erste elektrische Signal als auch das zweite elektrische Signal sind angepasst oder annähernd angepasst in der Größe und 180 Grad oder annähernd 180 Grad phasenverschoben in Bezug aufeinander.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil und die Priorität der am 11. Juli 2016 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 15/207,116 , deren gesamter Inhalt durch Verweis hierin aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Die folgende Beschreibung dient dem Verständnis der Leserin und des Lesers. Keine der genannten Informationen oder Referenzen gilt als Stand der Technik.
Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Arten von akustischen Vorrichtungen verwendet. Eine Art von Vorrichtung ist ein Mikrofon. In einem mikroelektromechanischen System (MEMS) -Mikrofon umfasst ein MEMS-Die wenigstens eine Membran und wenigstens eine Rückplatte. Der MEMS-Die wird von einem Substrat getragen und von einem Gehäuse (z.B. einer Tasse oder einer Abdeckung mit Wänden) umschlossen. Eine Öffnung kann sich durch das Substrat (für eine untere Anschlussvorrichtung) oder durch die Oberseite des Gehäuses (für eine obere Anschlussvorrichtung) erstrecken. In jedem Fall durchläuft die Schallenergie die Öffnung, bewegt die Membran und erzeugt ein sich änderndes Potential der Rückwand, das ein elektrisches Signal erzeugt. Mikrofone werden in verschiedenen Arten von Vorrichtungen wie PCs oder Mobiltelefonen eingesetzt.
Differenzsignale werden oft von Anwendern gewünscht. In einem Beispiel erhält ein erster Wandler ein erstes Differenzsignal und ein zweiter Wandler ein zweites Differenzsignal. Das zweite Signal ist um 180 Grad (oder etwa 180 Grad) phasenverschoben vom ersten Signal und hat die gleiche Größe. Die Signale werden voneinander subtrahiert, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Der Subtraktionsvorgang entfernt Rauschen und andere unerwünschte Effekte aus den einzelnen Signalen und kann ein größeres und stärkeres Ausgangssignal erzeugen. Allerdings erfordern diese Ansätze bei der Gewinnung von differentiellen Signalen den Einsatz von zwei Wandlern, die teuer sein können und die Größe des Gesamtgerätes erhöhen. Die Probleme der bisherigen Ansätze haben zu einer gewissen Unzufriedenheit der Benutzer mit diesen bisherigen Ansätzen geführt.
ZUSAMMENFASSUNG
Im Allgemeinen kann ein Aspekt des in dieser Beschreibung beschriebenen Gegenstands in einer integrierten Schaltung verkörpert werden. Die integrierte Schaltung umfasst einen ersten Verstärker, einen zweiten Verstärker, ein erstes Impedanzanpassungsnetzwerk, ein zweites Impedanzanpassungsnetzwerk, eine erste kapazitive Last und eine zweite kapazitive Last. Das erste Impedanzanpassungsnetzwerk ist mit dem ersten Verstärker, einer ersten Ladungspumpe und einem einzelnen MEMS-Wandler gekoppelt. Das zweite Impedanzanpassungsnetzwerk ist mit dem zweiten Verstärker, einer zweiten Ladungspumpe und dem einzelnen MEMS-Wandler gekoppelt. Die erste kapazitive Last wird an einem Eingang des ersten Verstärkers gemessen. Die zweite kapazitive Last wird an einem Eingang des zweiten Verstärkers gemessen. Die erste kapazitive Last und die zweite kapazitive Last sind so bemessen, dass sie die Gesamtkapazität einschließlich parasitärer Kapazitäten einer Verbindung und des einzelnen MEMS-Wandlers ausgleichen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform bewirkt eine einzige Druckänderung, dass der einzelne MEMS-Wandler ein erstes elektrisches Signal und ein zweites elektrisches Signal erzeugt. Jedes der ersten elektrischen Signale und das zweite elektrische Signal sind angepasst oder ungefähr angepasst in der Größe und 180 Grad oder ungefähr 180 Grad phasenverschoben in Bezug aufeinander. Signale, die etwa 180 Grad phasenverschoben und/oder in ihrer Größe annähernd angepasst sind, können verwendet werden, wenn die beiden Signale zu einem Ausgangssignal kombiniert werden können, das Rauschen oder andere unerwünschte Effekte der einzelnen Signale reduziert.
Im Allgemeinen kann ein weiterer Aspekt des in dieser Beschreibung beschriebenen Themas in einem mikroelektromechanischen System (MEMS) -Mikrofon verankert sein. Das MEMS-Mikrofon umfasst einen einzelnen MEMS-Wandler und eine integrierte Schaltung. Die integrierte Schaltung umfasst einen ersten Verstärker, einen zweiten Verstärker, ein erstes Impedanzanpassungsnetzwerk, ein zweites Impedanzanpassungsnetzwerk, eine erste kapazitive Last und eine zweite kapazitive Last. Das erste Impedanzanpassungsnetzwerk ist mit dem ersten Verstärker, einer ersten Ladungspumpe und einem einzelnen MEMS-Wandler gekoppelt. Das zweite Impedanzanpassungsnetzwerk ist mit dem zweiten Verstärker, einer zweiten Ladungspumpe und dem einzelnen MEMS-Wandler gekoppelt. Die erste kapazitive Last wird an einem Eingang des ersten Verstärkers gemessen. Die zweite kapazitive Last wird an einem Eingang des zweiten Verstärkers gemessen. Die erste kapazitive Last und die zweite kapazitive Last sind so bemessen, dass die Ausgangssignale des ersten Verstärkers und des zweiten Verstärkers eine ähnliche Amplitude, aber eine Phasenverschiebung von etwa 180 Grad aufweisen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform bewirkt eine einzige Druckänderung, dass der einzelne MEMS-Wandler ein erstes elektrisches Signal und ein zweites elektrisches Signal erzeugt. Jedes der ersten elektrischen Signale und das zweite elektrische Signal sind angepasst oder ungefähr angepasst in der Größe und 180 Grad oder ungefähr 180 Grad phasenverschoben in Bezug aufeinander.
Im Allgemeinen kann ein Aspekt des in dieser Beschreibung beschriebenen Gegenstands in einer integrierten Schaltung verkörpert werden. Die integrierte Schaltung umfasst eine erste Ladungspumpe, eine zweite Ladungspumpe, ein erstes Impedanzanpassungsnetzwerk, ein zweites Impedanzanpassungsnetzwerk, einen ersten Verstärker und einen zweiten Verstärker. Die erste Ladungspumpe ist konfiguriert, um an einen einzelnen mikroelektromechanischen System (MEMS) -Wandler zu koppeln. Die erste Ladungspumpe ist konfiguriert, um die Umwandlung der von dem einzelnen MEMS-Wandler empfangenen akustischen Energie in ein erstes Stromsignal zu ermöglichen Die zweite Ladungspumpe ist konfiguriert, um an den einzelnen MEMS-Wandler anzukoppeln. Die zweite Ladungspumpe ist konfiguriert, um die Umwandlung der vom einzelnen MEMS-Wandler empfangenen akustischen Energie in ein zweites Stromsignal zu ermöglichen. Das erste Impedanzanpassungsnetzwerk ist mit der ersten Ladungspumpe gekoppelt. Das erste Impedanzanpassungsnetzwerk ist konfiguriert, um das erste Stromsignal in ein erstes Spannungssignal umzuwandeln. Das zweite Impedanzanpassungsnetzwerk ist mit der zweiten Ladungspumpe gekoppelt. Das zweite Impedanzanpassungsnetzwerk ist konfiguriert, um das zweite Stromsignal in ein zweites Spannungssignal umzuwandeln. Der erste Verstärker ist mit dem ersten Impedanzanpassungsnetzwerk gekoppelt. Der erste Verstärker ist konfiguriert, um ein erstes Ausgangsspannungssignal zu erzeugen. Der zweite Verstärker ist mit dem zweiten Impedanzanpassungsnetzwerk gekoppelt. Der zweite Verstärker, der konfiguriert ist, um ein zweites Ausgangsspannungssignal zu erzeugen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform sind das erste Ausgangsspannungssignal und das zweite Ausgangssignal Differenzsignale, die (i) gleich oder annähernd gleich groß und (ii) 180 Grad oder annähernd 180 Grad phasenverschoben zueinander sind.
Die vorstehende Zusammenfassung dient nur der Veranschaulichung und soll in keiner Weise einschränkend sein. Zusätzlich zu den oben beschriebenen illustrativen Aspekten, Ausführungsformen und Merkmalen werden weitere Aspekte, Ausführungsformen und Merkmale anhand der folgenden Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung deutlich.
Figurenliste
Das Vorstehende und andere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen werden, besser ersichtlich. Da diese Zeichnungen nur mehrere Ausführungsformen gemäß der Offenbarung darstellen und daher nicht als Einschränkung des Umfangs anzusehen sind, wird die Offenbarung durch die Verwendung der beigefügten Zeichnungen mit zusätzlicher Spezifität und Detaillierung beschrieben.

1 ist eine seitliche Schnittansicht eines MEMS-Mikrofons gemäß verschiedener Implementierungen.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines MEMS-Mikrofons und eines ASICs gemäß verschiedener Implementierungen.
3A ist ein Schaltplan eines MEMS-Mikrofons und eines ASICs nach verschiedenen Implementierungen.
3B ist ein Schaltplan eines MEMS-Mikrofons und eines ASICs nach verschiedenen Implementierungen.
4 ist ein Schaltplan eines MEMS-Mikrofons und eines ASICs nach verschiedenen Implementierungen.
5 ist ein Schaltplan eines MEMS-Mikrofons und eines ASICs nach verschiedenen Implementierungen.
6A ist ein Diagramm im Zeitbereich, das differenzierte Outputs zeigt, die durch die hierin beschriebenen Ansätze in Übereinstimmung mit verschiedenen Implementierungen erreicht wurden.
6B zeigt die Grafik von 6A im Frequenzbereich und zeigt Signale, die in ihrer Größe angepasst sind, aber entsprechend den verschiedenen Implementierungen um 180 Grad (oder etwa 180 Grad) phasenverschoben sind.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen, die einen Teil davon bilden. In den Zeichnungen identifizieren ähnliche Symbole typischerweise ähnliche Komponenten, sofern der Kontext nichts anderes vorschreibt. Die in der ausführlichen Beschreibung, den Zeichnungen und Ansprüchen beschriebenen veranschaulichenden Ausführungsformen sind nicht als einschränkend zu verstehen. Andere Ausführungsformen können verwendet und andere Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Geist oder Umfang des hier vorgestellten Gegenstands abzuweichen. Es wird leicht verständlich sein, dass die Aspekte der vorliegenden Offenbarung, wie hierin allgemein beschrieben und in den Abbildungen veranschaulicht, in einer Vielzahl von verschiedenen Konfigurationen angeordnet, ersetzt, kombiniert und gestaltet werden können, die alle explizit in Betracht gezogen werden und Teil dieser Offenbarung sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform erzeugt ein MEMS-Mikrofon der vorliegenden Offenbarung mit einem einzigen MEMS-Wandler ein Differenzsignal. Die hierin vorgesehenen Systeme und Vorrichtungen ermöglichen es, jedes MEMS-Mikrofon, jeden MEMS-Beschleunigungssensor und/oder jeden MEMS-Sensor (z.B. Druck oder Temperatur, um nur zwei Beispiele zu nennen) als Differenzvorrichtung zu konfigurieren und zu betreiben (die Differenzsignale erzeugt, die voneinander abgezogen werden können). Darüber hinaus sind die integrierten Schaltungen, die zur Umsetzung dieser Ansätze verwendet werden, einfach und unkompliziert zu implementieren und zu produzieren. Es sind keine zusätzlichen Montagearbeiten erforderlich. Da nur ein MEMS-Wandler verwendet wird, sinken die Kosten für die Systeme und/oder Vorrichtungen bei gleichzeitiger Platzersparnis.
In einigen Beispielen umfasst eine integrierte Schaltung einen ersten Verstärker und einen zweiten Verstärker. Ein erstes Impedanzanpassungsnetzwerk ist mit dem ersten Verstärker, einer ersten Ladungspumpe und einem einzelnen MEMS-Wandler gekoppelt. Ein zweites Impedanzanpassungsnetzwerk ist mit dem zweiten Verstärker, einer zweiten Ladungspumpe und dem einzelnen MEMS-Wandler gekoppelt. Eine erste kapazitive Last, gemessen an einem Eingang des ersten Verstärkers, und eine zweite kapazitive Last, gemessen an einem Eingang des zweiten Verstärkers, sind vorhanden. Die erste kapazitive Last und die zweite kapazitive Last sind so bemessen, dass sie die Gesamtkapazität einschließlich parasitärer Kapazitäten einer Verbindung und des MEMS-Wandlers ausgleichen. Eine einzige Änderung eines Luftspalts (zwischen einer Membran und einer Rückwand) des kapazitiven Wandlers (z.B. durch eine Druckänderung bei einem Mikrofon) bewirkt, dass der einzelne MEMS-Wandler ein erstes elektrisches Differenzsignal und ein zweites elektrisches Differenzsignal erzeugt. Sowohl das erste elektrische Signal als auch das zweite elektrische Signal sind angepasst oder annähernd angepasst in der Größe und 180 Grad oder annähernd 180 Grad phasenverschoben in Bezug aufeinander.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist der einzelne MEMS-Wandler konfiguriert, um auf beiden Seiten des einzelnen Wandlers Differenzsignale zu erzeugen (d.h. eine Seite ist die Rückplattenverbindung des Wandlers und die andere Seite ist die Membranverbindung des Wandlers). Es ist zu beachten, dass zur Erzeugung der Differenzsignale nicht mehrere Wandler erforderlich sind. Die erzeugten Differenzsignale können von anderen elektronischen Vorrichtungen verwendet werden, wie beispielsweise von elektronischen Kundengeräten in Mobiltelefonen, Tablets, Laptops, PCs, Smartwatch und/oder anderen Vorrichtungen.
In einigen Ausführungsformen wird eine elektrische Vorspannung (die von einer oder mehreren Ladungspumpen geliefert wird) über den MEMS-Wandler angelegt. In einigen Ausführungsformen sind die erste Ladungspumpe und die zweite Ladungspumpe eine einzige Pumpe. In anderen Ausführungsformen sind die erste Ladungspumpe und die zweite Ladungspumpe unterschiedliche Pumpen. In noch weiteren Ausführungsformen ist eine der ersten Ladungspumpen und die zweite Ladungspumpe nicht enthalten. In einigen Ausführungsformen sind die erste Ladungspumpe und/oder die zweite Ladungspumpe an der integrierten Schaltung angeordnet. In weiteren Ausführungsformen sind die erste Ladungspumpe und/oder die zweite Ladungspumpe auf einer zweiten integrierten Schaltung angeordnet.
In einigen Ausführungsformen wird die erste kapazitive Last zwischen einem ersten Eingang des ersten Verstärkers und einer Wechselstrommasse (AC) gemessen. In einigen Ausführungsformen wird die zweite kapazitive Last zwischen einem zweiten Eingang des zweiten Verstärkers und einer Wechselstrommasse gemessen. Andere Messstellen können zusätzlich oder alternativ verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein MEMS-Mikrofon 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt. Wie in 1 dargestellt, umfasst das MEMS-Mikrofon 100 ein Substrat, das als Basis 102 dargestellt ist (z.B. eine Leiterplatte (PCB)), ein(e) MEMS-Vorrichtung oder ein MEMS-Die, der als MEMS-Wandler 104 dargestellt ist (z.B. einschließlich einer Membran, einer Rückplatte usw.), eine Schaltung, die als integrierte Schaltung 106 dargestellt ist (z.B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC)), und einen Deckel, der als Abdeckung 108 dargestellt ist und die integrierte Schaltung 106 und den Wandler 104 umschließt. Die hierin beschriebenen MEMS-Vorrichtungen, -Dies oder -Wandler sind Einzelvorrichtungen. Das heißt, sie verwenden und konfigurieren sich mit einem einzigen MEMS-Motor (z.B. eine einzelne Rückplatte, die auf eine einzelne Membran abgestimmt und auf einem Sockel oder Substrat angeordnet ist).
Wie in 1 dargestellt, erstreckt sich eine Bohrung, dargestellt als Anschluss 110, durch die Basis 102 (z.B. so dass es sich um ein Mikrofon mit unterem Anschluss handelt). In anderen Ausführungsformen ist der Anschluss 110 anderweitig positioniert (z.B. erstreckt sich durch die Abdeckung 108 und macht das MEMS-Mikrofon 100 zu einem Oberanschlussmikrofon).
In einer Ausführungsform ist die integrierte Schaltung 106 eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) und umfasst einen ersten Verstärker, einen zweiten Verstärker und/oder eine erste Impedanzanpassungsschaltung. Die erste Impedanzanpassungsschaltung kann mit einem Eingang des ersten Verstärkers, einer ersten Ladungspumpe und einem ersten Eingang des MEMS-Wandlers 104 gekoppelt sein. Eine zweite Impedanzanpassungsschaltung kann mit einem Eingang des zweiten Verstärkers, einer zweiten Ladungspumpe und/oder einem zweiten Eingang des MEMS-Wandlers 104 gekoppelt sein.
Eine erste kapazitive Last (z.B. gemessen am Eingang des ersten Verstärkers) und eine zweite kapazitive Last (z.B. gemessen am Eingang des zweiten Verstärkers) sind vorhanden. Die erste kapazitive Last und die zweite kapazitive Last sind gegeneinander abgeglichen. Mit „ausgeglichen“ ist gemeint, dass die Summe aller Lasten (parasitär und absichtlich) gleich ist. Unter „parasitär“ versteht man eine unvermeidliche Kapazität, da zwei Komponenten in unmittelbarer Nähe zueinander stehen. Mit „absichtlich“ ist eine Kapazität gemeint, die konstruktiv vorhanden ist und vorhanden sein soll (z.B. ein diskreter Kondensator). Die parasitäre Last ist eine Funktion der intrinsischen Eigenschaften der Vorrichtung, während die absichtliche Last das Ergebnis von Komponenten (und den Werten dieser Komponenten) ist, die von einem Benutzer ausgewählt wurden.
Im Betrieb bewirkt der Schalldruck eine Spannungsänderung am MEMS-Wandler 104, die einen ersten Stromfluss am ersten Wandlereingang und einen zweiten Stromfluss am zweiten Wandlereingang erzeugt. Der erste Stromfluss ist entgegengesetzt zum zweiten Stromfluss. Der erste Stromfluss wird am Eingang des ersten Verstärkers durch die erste Impedanzanpassungsschaltung in eine erste Differenzspannung umgewandelt, und der zweite Stromfluss wird am Eingang des zweiten Differenzverstärkers durch die zweite Impedanzanpassungsschaltung in eine zweite Differenzspannung umgewandelt.
In einigen Ausführungsformen verstärkt der erste Verstärker die erste Differenzspannung, um eine erste verstärkte Differenzspannung am Ausgang des ersten Verstärkers zu erzeugen. Der zweite Verstärker verstärkt die zweite Differenzspannung, um eine zweite verstärkte Differenzspannung am Ausgang des zweiten Verstärkers zu erzeugen. Die erste verstärkte Differenzspannung und die zweite verstärkte Differenzspannung können von einem dritten Verstärker subtrahiert oder addiert werden. Jede der ersten verstärkten Differenzspannungen und der zweiten verstärkten Differenzspannung kann angepasst oder annähernd angepasst werden, und zwar 180 Grad oder annähernd 180 Grad phasenverschoben in Bezug aufeinander. Dadurch entstehen Differenzsignale, die von anderen elektronischen Vorrichtungen genutzt werden können.
Unter Bezugnahme auf 2-5 werden die Schaltpläne des MEMS-Wandlers 104 und der integrierten Schaltung 106 nach verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen dargestellt. Wie in den 2, 3A, 4 und 5 dargestellt, koppelt eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) 202 (d.h. die integrierte Schaltung 106) an einen MEMS-Wandler 250 (d.h. den MEMS-Wandler 104) an Vbias+, Vbias- und Substrat-Elektroverbindungen. Das ASIC 202 umfasst eine erste Ladungspumpe 204 (z.B. eine positive Ladungspumpe), eine zweite Ladungspumpe 206 (z.B. eine negative Ladungspumpe), ein erstes Verstärkerelement 208 und ein zweites Verstärkerelement 210. Die erste Ladungspumpe 204 und die zweite Ladungspumpe 206 erzeugen eine elektrische Vorspannung, die über den MEMS-Wandler 250 angelegt wird. In diesem Beispiel werden zwei Ladungspumpen verwendet, um die Vorspannung zu erzeugen. In anderen Beispielen kann eine einzelne Ladungspumpe verwendet werden. Die Vorspannung ermöglicht es dem MEMS-Wandler 250, den empfangenen Druck (z.B. Schalldruck, Schallenergie) in ein elektrisches Signal umzuwandeln.
Die erste Ladungspumpe 204 umfasst eine erste Spannungsquelle 220, einen ersten Kondensator 222 und ein erstes Impedanzelement 224. Die zweite Ladungspumpe 206 umfasst eine zweite Spannungsquelle 230, einen zweiten Kondensator 232 und ein zweites Impedanzelement 234. Der ASIC 202 und der MEMS-Wandler 250 werden an einem ersten Anschluss, dargestellt als Rückplattenanschluss 281, und einem zweiten Anschluss, dargestellt als Membrananschluss 282, angeschlossen. Eine Verbindung zu einem Substrat wird über einen dritten Anschluss hergestellt, der als Substratanschluss 283 dargestellt ist.
Das erste Verstärkerelement 208 umfasst ein erstes Impedanzelement 231, einen ersten Verstärker 233 und eine erste Impedanzanpassungsschaltung mit einem ersten Kondensator 235, einem zweiten Kondensator 236 und einem dritten Kondensator 238 (oder einer anderen Form der Impedanzanpassung). Das erste Verstärkerelement 208 umfasst zusätzlich ein zweites Impedanzelement 237 (z.B. einen Vorspannungswiderstand), das als DC-Vorspannungspfad für das erste Verstärkerelement 208 konfiguriert ist. Andere Implementierungen von DC-Vorspannungspfaden sind ebenfalls möglich, solange die Impedanz des DC-Vorspannungspfades hochohmig genug ist, um die Rauschleistung oder den Frequenzgang nicht zu beeinträchtigen.
Das zweite Verstärkerelement 210 umfasst ein zweites Impedanzelement 241, einen zweiten Verstärker 243 und eine zweite Impedanzanpassungsschaltung mit einem ersten Kondensator 245, einem zweiten Kondensator 246 und einem dritten Kondensator 248 (oder einer anderen Form der Impedanzanpassung). Der erste Kondensator 235 des ersten Verstärkerelements 208 und der erste Kondensator 245 des zweiten Verstärkerelements 210 (z.B. Entkopplungskondensatoren) sind konfiguriert, um die Gleichtakt-Eingangsspannung von der von der ersten Ladungspumpe 204 und der zweiten Ladungspumpe 206 erzeugten MEMS-Vorspannung zu trennen. Darüber hinaus umfasst das zweite Verstärkerelement 210 ein zweites Impedanzelement 247 (z.B. einen Vorspannungswiderstand), das als DC-Vorspannungspfad für das zweite Verstärkerelement 210 konfiguriert ist. Andere Implementierungen von DC-Vorspannungspfaden sind ebenfalls möglich, solange die Impedanz des DC-Vorspannungspfades hochohmig genug ist, um die Rauschleistung oder den Frequenzgang nicht zu beeinträchtigen.
Der MEMS-Wandler 250 wird durch einen variablen Kondensator 252, eine parasitäre Kapazität 254, die einer Rückplatte zugeordnet ist, und eine parasitäre Kapazität 256, die einer Membran zugeordnet ist, dargestellt. Die genauen Werte und Konfigurationen der in den Zeichnungen dargestellten Komponenten können variieren, aber im Allgemeinen ist eine sehr hohe Impedanz (>1T Ohm) an den Eingängen der Verstärker erforderlich. Werte für beabsichtigte Kondensatoren des ersten Verstärkerelements 208 (z.B. des zweiten Kondensators 236 und des dritten Kondensators 238) und des zweiten Verstärkerelements 210 (z.B. des zweiten Kondensators 246 und des dritten Kondensators 248) im ASIC 202 können so konfiguriert werden, dass sie der kapazitiven Last entsprechen, dass sie in der Lage sind, die parasitären Kapazitäten des MEMS-Wandlers 250 auszugleichen. In einigen Ausführungsformen umfassen das erste Verstärkerelement 208 und/oder das zweite Verstärkerelement 210 nicht alle Kondensatoren. So kann beispielsweise ein Teil der Kondensatoren entfallen, abhängig von den bereits vorhandenen parasitären Kapazitäten. Der MEMS-Wandler 250 kann so konfiguriert sein, dass die mit dieser Vorrichtung verbundenen parasitären Kapazitäten minimiert werden. In einigen Ausführungsformen kann der dritte Kondensator 238 des ersten Verstärkerelements 208 und/oder der dritte Kondensator 248 des zweiten Verstärkerelements 210 zusätzlich oder alternativ auf dem MEMS-Wandler 250 implementiert werden.
Wie in 3A und 4 dargestellt, verursacht der Schalldruck, der auf die Membran wirkt und sie bewegt, eine Änderung des Spannungspotentials 262 und führt zu einem Stromfluss. Der Stromfluss umfasst einen ersten Stromfluss 264, der sich in den MEMS-Wandler 250 bewegt, und einen zweiten Stromfluss 266, der sich aus dem MEMS-Wandler 250 bewegt. Es ist zu beachten, dass der erste Stromfluss 264 und der zweite Stromfluss 266 in entgegengesetzten Richtungen zueinander verlaufen und diese entgegengesetzte Richtung des Stromflusses ein Differenzstromsignal erzeugt. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform sind der erste Stromfluss 264 und der zweite Stromfluss 180 Grad (oder etwa 180 Grad) phasenverschoben zueinander und ihre Größen sind gleich (oder etwa gleich).
Gemäß der in 5 dargestellten beispielhaften Ausführungsform fließt der Änderungsstrom 264 durch den ersten Kondensator 235 des ersten Verstärkerelements 208 und wird durch die erste Impedanzanpassungsschaltung (z.B. den ersten Kondensator 235, den zweiten Kondensator 236, den dritten Kondensator 238) des ersten Verstärkerelements 208 in eine Spannungsänderung 268 umgewandelt. Gemäß der in 5 dargestellten beispielhaften Ausführungsform fließt der Änderungsstrom 266 durch den ersten Kondensator 245 des zweiten Verstärkerelements und wird von der zweiten Impedanzanpassungsschaltung (z.B. der erste Kondensator 245, der zweite Kondensator 246, der dritte Kondensator 248) des zweiten Verstärkerelements 210 in eine Spannungsänderung 270 umgewandelt.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird die Spannungsänderung 268 dem ersten Verstärker 233 und die Spannungsänderung 270 dem zweiten Verstärker 243 zugeführt. Der erste Verstärker 233 ist konfiguriert, um ein erstes Ausgangsspannungssignal 249 zu erzeugen, und der zweite Verstärker 243 ist konfiguriert, um ein zweites Ausgangsspannungssignal 259 zu erzeugen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform sind das erste Ausgangsspannungssignal (Out+) 249 und das zweite Ausgangsspannungssignal (Out-) 259 Differenzsignale. Unter „differentiellen Signalen“ versteht man zwei Signale gleicher (oder ungefähr gleicher) Größe, die jedoch um 180 Grad (oder ungefähr 180 Grad) phasenverschoben sind. Somit sind der erste und zweite Verstärker repräsentativ für einen Differenzverstärker. Die Verstärker sind hier in einer Einheitsverstärkungskonfiguration dargestellt, aber jede andere Art von Verstärkerstruktur, die einen hochohmigen Eingang hat, kann zur Verstärkung der Signale verwendet werden.
Eine erste kapazitive Last (z.B. vom zweiten Kondensator 236) liegt an einem Eingang des ersten Verstärkers 233 und eine zweite kapazitive Last (z.B. vom zweiten Kondensator 246) an einem Eingang des zweiten Verstärkers 243 vor. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform sind der zweite Kondensator 236 und der zweite Kondensator 246 konfiguriert, um die erste kapazitive Last bzw. die zweite kapazitive Last so einzustellen (z.B. zu ändern, zu modulieren), dass das erste Ausgangsspannungssignal 249 und das zweite Ausgangssignal 259 ähnliche Amplituden aufweisen. Die erste kapazitive Last kann zwischen dem Eingang des ersten Verstärkers 233 und einer Wechselstrommasse gemessen werden. Die zweite kapazitive Last kann zwischen dem Eingang des zweiten Verstärkers 243 und einer Wechselstrommasse gemessen werden. Zur Definition der kapazitiven Lasten können auch andere Messpunkte verwendet werden. Auch nicht-kapazitive Lasten sind möglich. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform bewirken die symmetrischen Lasten in Kombination mit der Schaltungskonfiguration des ASIC 202 (d.h. der integrierten Schaltung 106), dass der MEMS-Wandler 250 (z.B. des MEMS-Mikrofons 100) zwei Differenzströme ausgibt, die in Spannungen umgewandelt, verstärkt und vom ASIC 202 ausgegeben werden.
Das erste Ausgangsspannungssignal 249 und das zweite Ausgangsspannungssignal 259 können durch einen dritten Verstärker oder eine ähnliche Vorrichtung voneinander abgezogen werden (nicht in den Figuren dargestellt). Somit bewirkt eine einzige Druckänderung, dass der MEMS-Wandler 250 das erste Ausgangsspannungssignal 249 und das zweite Ausgangsspannungssignal 259 erzeugt. Jedes des ersten Ausgangsspannungssignals 249 und des zweiten Ausgangsspannungssignals 259 sind angepasst oder ungefähr angepasst in der Größe und 180 Grad oder ungefähr 180 Grad phasenverschoben in Bezug aufeinander. Der dritte Verstärker kann sich auf dem ASIC 202 oder an einer Kundenvorrichtung befinden (z.B. eine elektronische Vorrichtung, die in einem Mobiltelefon, Laptop, Tablett, Personal Computer, Smartwatch usw. eingesetzt wird).
Gemäß der in 3B dargestellten alternativen Ausführungsform umfasst das ASIC 202 nicht die zweite Ladungspumpe 206 und den ersten Kondensator 245 des zweiten Verstärkerelements 210. Die negative Seite der MEMS-Vorrichtung kann das gleiche Gleichstrompotenzial wie der Eingang des zweiten Verstärkers 243 aufweisen und ist durch das zweite Impedanzelement 247 des zweiten Verstärkerelements 210 definiert. Alternativ umfasst das ASIC 202 nicht die erste Ladungspumpe 204 und/oder den ersten Kondensator 235 des ersten Verstärkerelements 208 (z.B. wird nur die zweite Ladungspumpe 206 zum Vorspannen der MEMS-Vorrichtung einbezogen).
Unter Bezugnahme auf 6A wird ein Beispiel für eine Grafik mit Differenzausgängen beschrieben, die durch die hierin beschriebenen Ansätze erreicht wurden. Eine erste Kurve 602 stellt das erste Ausgangsspannungssignal 249 und eine zweite Kurve 604 das zweite Ausgangsspannungssignal 259 dar. Eine dritte Kurve 606 stellt das Ergebnis dar, wenn das erste Ausgangsspannungssignal 249 und das zweite Ausgangsspannungssignal 259 vom dritten Verstärker subtrahiert (oder summiert) werden. Wie bereits erwähnt, kann sich der dritte Verstärker entweder auf dem ASIC 202 oder an einem anderen Ort, wie beispielsweise einem Kundengerät, befinden. 6B zeigt die Grafik von 6A im Frequenzbereich, in dem zu beobachten ist, dass die erste Kurve 602 und die zweite Kurve 604 in der Größe angepasst sind (wie in den Größenordnungskurven gesehen), aber ihre Phasen um 180 Grad verschoben sind (wie in den entsprechenden Phasenkurven gesehen).
Der hierin beschriebene Gegenstand veranschaulicht manchmal verschiedene Komponenten, die in verschiedenen anderen Komponenten enthalten sind oder mit diesen verbunden sind. Es ist zu verstehen, dass solche dargestellten Architekturen nur exemplarisch sind und dass tatsächlich viele andere Architekturen implementiert werden können, die die gleiche Funktionalität erreichen. Im konzeptionellen Sinne ist jede Anordnung von Komponenten zur Erreichung der gleichen Funktionalität effektiv „zugeordnet“, so dass die gewünschte Funktionalität erreicht wird. Daher können zwei beliebige Komponenten, die hierin kombiniert werden, um eine bestimmte Funktionalität zu erreichen, als „miteinander verbunden“ angesehen werden, so dass die gewünschte Funktionalität erreicht wird, unabhängig von Architekturen oder intermedialen Komponenten. Ebenso können zwei so zugeordnete Komponenten auch als „funktionsfähig verbunden“ oder „funktionsfähig gekoppelt“ miteinander betrachtet werden, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen, und zwei so zugeordnete Komponenten können auch als „funktionsfähig koppelbar“ miteinander betrachtet werden, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen. Konkrete Beispiele für funktionsfähige koppelbare Komponenten sind unter anderem physikalisch verknüpfbare und/oder physikalisch interagierende Komponenten und/oder drahtlos interagierbare und/oder drahtlos interagierende Komponenten und/oder logisch interagierende und/oder logisch interagierbare Komponenten.
In Bezug auf die Verwendung von im Wesentlichen beliebigen Plural- und/oder Singularbegriffen hierin können diejenigen, die über Kenntnisse in der Kunst verfügen, von Plural zu Singular und/oder von Singular zu Plural übersetzen, wie es dem Kontext und/oder der Anwendung angemessen ist. Die verschiedenen Singular/Plural-Permutationen können hierin aus Gründen der Übersichtlichkeit ausdrücklich dargelegt werden.
Es wird von denjenigen innerhalb der Kunst verstanden, dass im Allgemeinen die hierin verwendeten Begriffe, insbesondere in den beigefügten Ansprüchen (z.B. Organe der beigefügten Ansprüche) im Allgemeinen als „offene“ Begriffe gedacht sind (z.B. sollte der Begriff „einschließlich“ als „einschließlich, aber nicht beschränkt auf“ interpretiert werden, der Begriff „haben“ sollte als „wenigstens haben“ interpretiert werden, der Begriff „umfasst“ sollte als „umfasst, ist aber nicht beschränkt auf“, etc. interpretiert werden).
Es wird von denjenigen innerhalb der Technik weiter verstanden, dass, wenn eine bestimmte Anzahl einer eingeführten Reklamationsrezitation beabsichtigt ist, eine solche Absicht ausdrücklich in der Reklamation rezitiert wird, und in Ermangelung einer solchen Rezitation eine solche Absicht nicht vorliegt. Als Hilfe zum Verständnis können beispielsweise die folgenden angehängten Ansprüche die Verwendung der einleitenden Sätze „wenigstens einer“ und „einer oder mehrerer“ zur Einführung von Anspruchsvorträgen enthalten. Die Verwendung solcher Formulierungen sollte jedoch nicht so ausgelegt werden, dass die Einführung einer Reklamation durch die unbestimmten Artikel „ein“ oder „eine“ einen bestimmten Anspruch, der eine solche Reklamation enthält, auf Erfindungen beschränkt, die nur eine solche Reklamation enthalten, selbst wenn ein und derselbe Anspruch die einleitenden Sätze „ein oder mehrere“ oder „wenigstens ein“ und unbestimmte Artikel wie „ein“ oder „eine“ umfasst (z.B, „ein“ und/oder „eine“ sollten typischerweise so interpretiert werden, dass sie „wenigstens eins“ oder „eins oder mehrere“ bedeuten); dasselbe gilt für die Verwendung bestimmter Artikel, die zur Einführung von Reklamationen verwendet werden. Selbst wenn eine bestimmte Nummer einer eingeführten Reklamationsrezitation explizit rezitiert wird, werden die Fachkräfte erkennen, dass eine solche Rezitation typischerweise so interpretiert werden sollte, dass sie wenigstens die rezitierte Nummer bezeichnet (z.B. bedeutet die bloße Rezitation von „zwei Rezitationen“ ohne andere Modifikatoren typischerweise wenigstens zwei Rezitationen oder zwei oder mehr Rezitationen).
Darüber hinaus gilt in den Fällen, in denen eine Konvention analog zu „wenigstens einer von A, B und C, etc. “ verwendet wird, ist eine solche Konstruktion im Allgemeinen in dem Sinne beabsichtigt, in dem man die Konvention verstehen würde (z.B. „ein System mit wenigstens einem von A, B und C“ würde, aber nicht beschränkt auf Systeme, die A allein, B allein, C allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen, B und C zusammen, und/oder A, B und C zusammen, etc. haben). In den Fällen, in denen eine Konvention analog zu „wenigstens einer von A, B oder C, etc. “ verwendet wird, ist eine solche Konstruktion im Allgemeinen in dem Sinne beabsichtigt, in dem man die Konvention verstehen würde (z.B. „ein System mit wenigstens einem von A, B oder C“ würde, aber nicht beschränkt auf Systeme, die A allein, B allein, C allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen, B und C zusammen, und/oder A, B und C zusammen, etc. haben). Es wird von denjenigen innerhalb der Kunst weiter verstanden, dass praktisch jedes disjunkte Wort und/oder jeder Satz, der zwei oder mehr alternative Begriffe präsentiert, sei es in der Beschreibung, in Ansprüchen oder Zeichnungen, so verstanden werden sollte, dass die Möglichkeiten der Aufnahme eines der Begriffe, entweder der Begriffe oder beider Begriffe, in Betracht gezogen werden. So wird beispielsweise der Ausdruck „A oder B“ so verstanden, dass er die Möglichkeiten von „A“ oder „B“ oder „A und B“ umfasst. Darüber hinaus bedeutet die Verwendung der Wörter „approximativ“, „etwa“, „rund“, „im Wesentlichen“ usw., wenn nicht anders angegeben, plus oder minus zehn Prozent.
Die vorstehende Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt. Es ist nicht beabsichtigt, in Bezug auf die genaue offenbarte Form vollständig oder einschränkend zu sein, und Änderungen und Abweichungen sind im Lichte der obigen Lehren möglich oder können aus der Praxis der offenbarten Ausführungsformen erworben werden. Es ist vorgesehen, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 15207116 [0001]

Claims

WAS BEANSPRUCHT WIRD, IST:
Integrierte Schaltung, umfassend: einen ersten Verstärker; einen zweiten Verstärker; ein erstes Impedanzanpassungsnetzwerk, das mit dem ersten Verstärker, einer ersten Ladungspumpe und einem einzelnen MEMS-Wandler gekoppelt ist; ein zweites Impedanzanpassungsnetzwerk, das mit dem zweiten Verstärker, einer zweiten Ladungspumpe und dem einzelnen MEMS-Wandler gekoppelt ist; eine erste kapazitive Last; und eine zweite kapazitive Last, wobei die erste kapazitive Last und die zweite kapazitive Last bemessen sind, um die Gesamtkapazität einschließlich parasitärer Kapazitäten einer Verbindung und des einzelnen MEMS-Wandlers auszugleichen; und wobei eine einzelne Druckänderung bewirkt, dass der einzelne MEMS-Wandler ein erstes elektrisches Signal und ein zweites elektrisches Signal erzeugt, wobei jedes des ersten elektrischen Signals und des zweiten elektrischen Signals in der Größenordnung angepasst oder annähernd angepasst ist, und 180 Grad oder annähernd 180 Grad phasenverschoben in Bezug aufeinander ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei eine elektrische Vorspannung über den einzelnen MEMS-Wandler durch die erste Ladungspumpe und die zweite Ladungspumpe angelegt wird.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei die erste Ladungspumpe und die zweite Ladungspumpe eine einzige Pumpe sind.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei die erste Ladungspumpe und die zweite Ladungspumpe getrennte Pumpen sind.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei eine der ersten Ladungspumpe und der zweiten Ladungspumpe weggelassen wird und ein entsprechender MEMS-Anschluss des einzelnen MEMS-Wandlers durch einen Verstärker-DC-Vorspannpfad direkt vorgespannt wird.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei die erste Ladungspumpe und die zweite Ladungspumpe an der integrierten Schaltung angeordnet sind.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei die erste Ladungspumpe und die zweite Ladungspumpe in einer zweiten integrierten Schaltung angeordnet sind.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei das erste Impedanzanpassungsnetzwerk und das zweite Impedanzanpassungsnetzwerk Kondensatoren umfassen.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei die erste kapazitive Last zwischen einem ersten Eingang des ersten Verstärkers und einer Wechselstrommasse gemessen wird.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei die zweite kapazitive Last zwischen einem zweiten Eingang des zweiten Verstärkers und einer Wechselstrommasse gemessen wird.
Mikroelektromechanisches System (MEMS) -Mikrofon, umfassend: einen einzelnen MEMS-Wandler; und eine integrierte Schaltung, die umfasst: einen ersten Verstärker; einen zweiten Verstärker; ein erstes Impedanzanpassungsnetzwerk, das mit dem ersten Verstärker, einer ersten Ladungspumpe und dem einzelnen MEMS-Wandler gekoppelt ist; ein zweites Impedanzanpassungsnetzwerk, das mit dem zweiten Verstärker, einer zweiten Ladungspumpe und dem einzelnen MEMS-Wandler gekoppelt ist; eine erste kapazitive Last; und eine zweite kapazitive Last, wobei die erste kapazitive Last und die zweite kapazitive Last so bemessen sind, dass die Ausgangssignale des ersten Verstärkers und des zweiten Verstärkers eine ähnliche Amplitude, aber eine Phasenverschiebung um etwa 180 Grad aufweisen, wobei eine einzelne Druckänderung bewirkt, dass der einzelne MEMS-Wandler ein erstes elektrisches Signal und ein zweites elektrisches Signal erzeugt, wobei jedes des ersten elektrischen Signals und des zweiten elektrischen Signals in der Größenordnung angepasst oder annähernd angepasst ist, und 180 Grad oder annähernd 180 Grad phasenverschoben in Bezug aufeinander ist.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 11, wobei die erste Ladungspumpe und die zweite Ladungspumpe eine einzige Pumpe sind.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 11, wobei die erste Ladungspumpe und die zweite Ladungspumpe getrennte Pumpen sind.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 11, wobei das erste Impedanzanpassungsnetzwerk und das zweite Impedanzanpassungsnetzwerk Kondensatoren umfassen.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 11, wobei eine der ersten Ladungspumpe und der zweiten Ladungspumpe weggelassen wird und ein entsprechender MEMS-Anschluss des einzelnen MEMS-Wandlers durch einen Verstärker-DC-Vorspannweg direkt vorgespannt wird.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 11, wobei die erste kapazitive Last zwischen einem ersten Eingang des ersten Verstärkers und einer Wechselstrommasse gemessen wird.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 11, wobei die zweite kapazitive Last zwischen einem zweiten Eingang des zweiten Verstärkers und einer Wechselstrommasse gemessen wird.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 11, wobei die erste Ladungspumpe und die zweite Ladungspumpe jeweils eine Ladequelle, wenigstens einen Kondensator und wenigstens einen Widerstand umfassen.
MEMS-Mikrofon nach Anspruch 11, wobei der einzelne MEMS-Wandler eine Membran, eine Rückplatte und ein Substrat umfasst, das sowohl von der Rückplatte als auch von der Membran elektrisch isoliert ist.
Integrierte Schaltung, umfassend: eine erste Ladungspumpe, die konfiguriert ist, um an einen einzelnen mikroelektromechanischen System (MEMS) -Wandler zu koppeln und die Umwandlung der von dem einzelnen MEMS-Wandler empfangenen akustischen Energie in ein erstes Stromsignal zu ermöglichen; eine zweite Ladungspumpe, die konfiguriert ist, um an den einzelnen MEMS-Wandler zu koppeln und die Umwandlung der von dem einzelnen MEMS-Wandler empfangenen akustischen Energie in ein zweites Stromsignal zu ermöglichen; ein erstes Impedanzanpassungsnetzwerk, das mit der ersten Ladungspumpe gekoppelt ist, wobei das erste Impedanzanpassungsnetzwerk konfiguriert ist, um das erste Stromsignal in ein erstes Spannungssignal umzuwandeln; ein zweites Impedanzanpassungsnetzwerk, das mit der zweiten Ladungspumpe gekoppelt ist, wobei das zweite Impedanzanpassungsnetzwerk konfiguriert ist, um das zweite Stromsignal in ein zweites Spannungssignal umzuwandeln; einen ersten Verstärker, der mit dem ersten Impedanzanpassungsnetzwerk gekoppelt ist, wobei der erste Verstärker konfiguriert ist, um ein erstes Ausgangsspannungssignal zu erzeugen; und einen zweiten Verstärker, der mit dem zweiten Impedanzanpassungsnetzwerk gekoppelt ist, wobei der zweite Verstärker konfiguriert ist, um ein zweites Ausgangsspannungssignal zu erzeugen, wobei das erste Ausgangsspannungssignal und das zweite Ausgangssignal Differenzsignale sind, die (i) gleich oder annähernd gleich groß und (ii) 180 Grad oder annähernd 180 Grad phasenverschoben zueinander sind.
Mikroelektromechanische System (MEMS) -Wandleranordnung, umfassend: einen einzelnen MEMS-Wandler mit einem ersten Kontakt und einem zweiten Kontakt; und eine integrierte Schaltung, die umfasst: eine erste Ladungspumpe mit einem ersten Vorspannungs-Signalausgang, der mit dem MEMS-Wandler gekoppelt ist, einen Differenzverstärker mit einem ersten Eingang und einem zweiten Eingang; ein erstes Impedanzanpassungsnetzwerk, das den ersten Verstärkereingang mit dem ersten Kontakt des MEMS-Wandlers verbindet; und ein zweites Impedanzanpassungsnetzwerk, das den zweiten Verstärkereingang mit dem zweiten Kontakt des MEMS-Wandlers verbindet, wobei das erste Impedanzanpassungsnetzwerk und das zweite Impedanzanpassungsnetzwerk so konfiguriert sind, dass ein Signal von dem MEMS-Wandler, das an den ersten und zweiten Eingang des Verstärkers angelegt wird, im Wesentlichen die gleiche Amplitude aufweist und um etwa 180 Grad phasenverschoben ist.
Anordnung nach Anspruch 21, wobei der MEMS-Wandler eine mit dem ersten Kontakt gekoppelte Rückplatte und eine mit dem zweiten Kontakt gekoppelte Membran aufweist, wobei der erste Vorspannungs-Signalausgang der ersten Ladungspumpe entweder mit dem ersten Kontakt oder dem zweiten Kontakt des MEMS-Wandlers gekoppelt ist.
Anordnung nach Anspruch 22, des Weiteren umfassend ein Gehäuse, das aus einem Substrat und einem Deckel gebildet ist, wobei das Gehäuse eine Öffnung zwischen einem Inneren des Gehäuses und einem Äußeren des Gehäuses aufweist, wobei der MEMS-Wandler und die integrierte Schaltung innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, und wobei der MEMS-Wandler das Signal als Reaktion auf das Erfassen von Änderungen des Schalldrucks über die Öffnung erzeugt.
Anordnung nach Anspruch 21, wobei das erste Impedanzanpassungsnetzwerk und die zweiten Impedanzanpassungsnetzwerk Impedanzen ausgleichen, die auf den MEMS-Wandler und die erste Ladungspumpe zurückzuführen sind.
Anordnung nach Anspruch 24, wobei der MEMS-Wandler eine mit dem ersten Kontakt gekoppelte Rückplatte und eine mit dem zweiten Kontakt gekoppelte Membran umfasst, wobei der MEMS-Wandler eine Impedanz umfasst, die durch eine absichtliche Kapazität und eine parasitäre Kapazität gekennzeichnet ist.
Anordnung nach Anspruch 25, wobei der erste Vorspannungs-Signalausgang ein erster DC-Vorspannungs-Signalausgang ist, der mit dem ersten Kontakt des MEMS-Wandlers gekoppelt ist, und wobei das erste Impedanzanpassungsnetzwerk einen Sperrkondensator zwischen dem ersten DC-Vorspannungs-Signalausgang und dem ersten Verstärkereingang umfasst.
Anordnung nach Anspruch 21, die des Weiteren eine zweite Ladungspumpe mit einem zweiten Vorspannsignalausgang umfasst, wobei der erste Vorspannsignalausgang mit dem ersten Kontakt des MEMS-Wandlers und der zweite Vorspannsignalausgang mit dem zweiten Kontakt des MEMS-Wandlers gekoppelt sind.
Anordnung nach Anspruch 27, wobei das erste Impedanzanpassungsnetzwerk und die zweiten Impedanzanpassungsnetzwerk Impedanzen ausgleichen, die auf den MEMS-Wandler und die erste Ladungspumpe zurückzuführen sind.