JP2007512793A - 電圧ポンプを有するマイクロホン - Google Patents
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Abstract
Description
米国特許第2003/0235315−A1号は、エレクトレット・マイクロホン上の音圧に敏感に反応するデジタル出力ビット・ストリームを提供するエレクトレット・コンデンサ・マイクロホン、前置増幅器、リミッタおよびシグマ・デルタ変調器を備えたデジタル・マイクロホンを開示している。シグマ・デルタ変調器は、高(オーバーサンプリングされた)ビット・レートでの単一ビット・ストリーム出力を提供する。前置増幅器、リミッタ、およびシグマ・デルタ・コンバータは、より大きな幾何学的アナログIC技術を使用して集積回路上に実装される。このマイクロホンは携帯電話に利用される。
さらにそれに対応して、好ましい一実施形態では、電圧ポンプは、Nウェル内の拡散ダイオードとして実装されたダイオードを含む。
好ましくは、前置増幅器は、周波数領域で、ゼロおよび極を持つ伝達関数を有し、極は0.1Hz〜50Hz、または0.1Hz〜100Hz、または0.1Hz〜200Hzの範囲にある。
以下で、本発明は、図面に関連してさらに詳しく説明される。
一代替実施形態では、パス204、205のうちの1つだけが充電可能な素子、例えばコンデンサを有するように構成されるが、他方のパスは抵抗を有するように構成されることができる。その結果、単一のパルス信号しか電圧ポンプに供給されない場合、コンデンサは省かれる。
この実施形態では、電流源303、304は、それぞれ定電流を引き出すように構成される。電流源はそれぞれ、それぞれのインバータ301、302に電力供給するように構成される。
図5は、第1段電圧ポンプの第一実施形態を示す。第1段電圧ポンプは、基準電圧電源を電圧ポンプ502および503に供給するバッファアンプ501を備える。この基準電源は、バッファアンプ501の非反転入力への基準電圧Vref入力によって決められた固定レベルで維持されるように調節される。バッファアンプ501からの出力は、バッファアンプ501の反転入力へのフィードバックとして提供される。
電圧ポンプ803、804、805、および806、UPC2は、同じタイプであることが好ましい。すなわち、それらは類似しているかまたは同一であることが好ましい。
いわゆるポリコンデンサに比べて、MOS技術では、酸化膜層はより厚く、したがって容量はより小さい。
電圧ポンプの他のタイプおよび実装も利用可能であることに留意されたい。
代替構成では、マイクロホン素子1603は、そのマイクロホン部材の1つによって、接地基準に結合される(例えば図1参照)。典型的な静電コンデンサ・マイクロホンでは、そのマイクロホン部材の1つ(一般にバックプレート)は、接地基準に接続されるように構成される。
したがって、差動入力段および出力段を有する主増幅器が説明される。
MEMSマイクロホン素子、電圧ポンプ、およびマイクロホン前置増幅器は、単一の半導体基板上に集積されることができることに留意されたい。
接地基準用には専用端子が提供される。この接地基準は、一般に電源および出力信号とによって共用される。ただし、必ずしも共用されるわけではない。
Claims (27)
- マイクロホン出力信号を供給するように構成された集積回路であって、
第2マイクロホン部材に関連して可動な第1マイクロホン部材によって発生された入力信号を受け取るために結合された前置増幅器と、
どちらのマイクロホン部材にもバイアス電圧を供給する電圧ポンプと
を備える集積回路。 - バイアス電圧をどちらのマイクロホン部材にも供給するために発振器によって駆動される電圧ポンプを備えて構成され、前記発振器が、前記発振器によって供給される信号サイクルにまたがってほぼ等しいレベルの電流を引き出すように構成される、請求項1に記載の集積回路。
- 前記発振器が、電荷を充電されることができる素子を有するパスを備え、前記パスが、前記異なるパスの前記異なる素子を共通のソースから引き出された電流によって交互に充電するために、前記発振器によって制御される、請求項1または2に記載の集積回路。
- 前記電圧ポンプが、電圧パルス・レベルを有する振動信号がより高い電圧パルス・レベルへポンプされる第1ポンプ段と、電圧レベルが前記第1段で前記より高い電圧パルス・レベルを供給された発振器信号に作用する回路によってより高いレベルへポンプされる第2ポンプ段とを有する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の集積回路。
- 公称電圧レベルでの、またはそれより下での電気的動作のための回路構成部品レイアウトを備えて構成される第1部と、前記公称電圧より上での電気的動作のための回路構成部品レイアウトを備えて構成される第2部とを含む、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の集積回路。
- 前記第1電圧ポンプ段の出力信号が、前記第1ポンプ段から出力される前記信号(P1’、P2’)の固定電圧パルス・レベルを維持する回路へのフィードバック信号として供給される、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の集積回路。
- 前記電圧ポンプが、中間バイアス電圧を供給する第1ポンプ段と、前記中間バイアス電圧からの前記バイアス電圧を供給する第2ポンプ段とを有し、前記第2ポンプ段がディクソン・コンバータとして構成される電圧ポンプを備える、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の集積回路。
- 前記ディクソン・タイプの電圧変換器の出力信号が、前記電圧変換器から出力された前記信号の調節された電圧パルス・レベルを供給する回路へのフィードバック信号として提供される、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の集積回路。
- 複数の電圧変換器が前記バイアス電圧を供給するためにカスケードされ、前記カスケードの前記第1変換器に合致する別の電圧変換器が、前記第1変換器として前記同じ信号を受け取り、フィードバック信号を、前記別の電圧変換器から出力された前記信号の固定電圧レベルを維持する回路に供給するために結合される、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の集積回路。
- 前記電圧ポンプが金属コンデンサとして実装されるコンデンサを備える、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の集積回路。
- 前記電圧ポンプがポリ・ダイオードとして実装されたダイオードを備える、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の集積回路。
- 前記電圧ポンプがNウェル内の拡散ダイオードとして実装されたダイオードを備える、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の集積回路。
- 前記前置増幅器が、
第1および第2入力端子を有する差動入力段ならびに出力端子を有する出力段と、
前記出力端子と前記第1入力端子の間に結合され、前記半導体基板上に集積された、低域通過周波数伝達関数を有するフィードバック回路とを備え、
前記第2入力端子がマイクロホン信号のための入力を供給する、
請求項1乃至12のいずれか1項に記載の集積回路。 - 前記フィードバック回路が、前記周波数領域で、ゼロおよびポールを持つ伝達関数を有するフィルタであり、前記ゼロが前記ポールより高い周波数に置かれる、請求項13に記載の集積回路。
- 前記前置増幅器が、前記周波数領域で、ゼロおよびポールを持つ伝達関数を有し、前記ポールが0.1Hz乃至50Hzまたは0.1Hz乃至100Hzまたは0.1乃至200Hzの範囲にある、請求項13または14に記載の集積回路。
- 前記フィードバック回路が、前記周波数領域で、遷移周波数範囲より下では比較的高い利得レベルを有し、前記遷移周波数範囲より上では比較的低い利得レベルを有するフィルタである、請求項13乃至15のいずれか1項に記載の集積回路。
- 前記遷移周波数範囲が約100Hzの周波数より下にある、請求項13乃至16のいずれか1項に記載の集積回路。
- 前記遷移周波数範囲が40Hzの周波数より下にある、請求項13乃至17のいずれか1項に記載の集積回路。
- DC電圧が前記第1または第2マイクロホン部材にバイアスをかけることから起こす前記前置増幅器の前記入力でのDC電圧を下げるために結合された、DCブロッキング・コンデンサを備える、請求項1乃至18のいずれか1項に記載の集積回路。
- 前記集積回路がA/Dコンバータを備える、請求項1乃至19のいずれか1項に記載の集積回路。
- さらにアナログ・デジタル変換器を備えて構成され、前記電圧ポンプおよび前記アナログ・デジタル変換器が共通のクロック信号によって駆動される、請求項1乃至20のいずれか1項に記載の集積回路。
- 前記アナログ・デジタル変換器がシグマ・デルタ・コンバータ・タイプのものである、請求項20または21に記載の集積回路。
- 高域フィルタを備えた、請求項1乃至22のいずれか1項に記載の集積回路。
- 前記前置増幅器が高域フィルタ関数を提供するように構成された、請求項1乃至23のいずれか1項に記載の集積回路。
- 請求項1乃至24のいずれか1項に記載の集積回路を備えたマイクロホン。
- コンデンサ・マイクロホンである、請求項25に記載のマイクロホン。
- MEMSマイクロホンである、請求項25に記載のマイクロホン。
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