KR100486868B1 - 증폭기를 내장한 콘덴서 마이크로폰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘덴서 마이크로폰에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증폭기를 내장한 콘덴서 마이크로폰에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 마이크로폰은, 음향부와 상기 음향부의 신호를 입력받아 증폭하기 위한 회로부로 이루어진 콘덴서 마이크로폰에 있어서, 상기 회로부가 상기 음향부의 신호를 입력받아 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기의 후단에 연결되는 적어도 하나 이상의 다층 칩 커패시터로 구성된다. 또한, 상기 콘덴서 마이크로폰은, 증폭기의 출력단에 저항이 추가되거나 증폭기의 접지단에 저항이 추가되고, 상기 저항은 저항값이 대략 10Ω~100GΩ 정도인 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 다층 칩 커패시터는 용량값이 대략 1㎊~100㎋ 정도이다.

따라서, 본 발명에 따르면 콘덴서 마이크로폰에서 신호를 버퍼링하기 위한 회로소자로서 종래의 FET 대신에 빌트-인-게인 내장형 증폭기를 사용함으로써 마이크 감도가 크게 개선되어 응용 장치에 별도의 증폭기를 설치할 필요가 없고, 노이즈 특성이 향상되는 이점이 있다.

Description

증폭기를 내장한 콘덴서 마이크로폰 { Condenser microphone using a built-in-gain AMP }

본 발명은 콘덴서 마이크로폰에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증폭기를 내장한 콘덴서 마이크로폰에 관한 것이다.

일반적으로, 마이크로폰은 기계적인 진동을 전기적인 신호로 변환하는 방식에 따라 탄소입자의 전기적 저항 특성을 이용한 카본형과, 로셀염(rochelle salt)의 압전기 효과를 이용하는 결정형, 코일이 장착된 진동판을 자기장 속에 진동시켜 유도전류를 발생시키는 가동 코일형, 자기장 내에 장치된 금속박이 음파를 받아 진동하면 유도전류가 발생하는 것을 이용하는 속도형(velocity microphone), 음파에 의한 막의 진동으로 정전용량이 변하는 것을 이용한 콘덴서형 등으로 구분된다.

전형적인 콘덴서 마이크로폰은 전압 바이어스 요소(통상 일렉트렛으로 이루어진다)와, 음압(sound pressure)에 대응하여 변화하는 커패시터(C)를 형성하는 진동막/백플레이트 쌍, 그리고 출력신호를 버퍼링하기 위한 전계 효과 트랜지스터(JFET)로 이루어진다. 여기서, 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰은 진동막이나 백플레이트중 어느 하나에 일렉트렛이 형성되어 있는데, 진동막에 일렉트렛이 형성된 것을 프론트 일렉트렛이라 하고, 백플레이트상에 형성된 것을 백 일렉트렛이라 한다. 통상적으로 일렉트렛은 유기 필름에 전하를 강제적으로 주입시켜 형성된다.

도 1은 일반적인 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰의 전기적 등가 회로도이다.

도 1을 참조하면, 일렉트렛은 전압원 Velectret과 직렬 연결된 커패시터 Celectret으로 등가적으로 표현되고, 일렉트렛은 FET의 게이트(G)로 연결되어 있다. 그리고 FET의 게이트(G)와 접지(GND) 사이에는 역방향 바이어스된 다이오드(Dbias)가 연결되어 있고, FET의 드레인(D)에는 부하저항(Rload)을 통해 전원(Vdd)이 연결됨과 아울러 부하 커패시터(Cload)를 통해 신호가 출력(out)된다. FET의 소스(S)는 접지(GND)와 연결되어 있다. 이와 같이 종래의 콘덴서 마이크로폰에서는 프리앰프로서 FET를 주로 사용하였다.

그런데 FET는 마이크로폰의 음향부에서 발생하는 커패시턴스의 변화량을 그대로 전압의 변화량으로 변화시켜 주기 때문에 외부장치를 구동시키기 위해서는 마이크로폰의 외부에 신호 증폭을 위한 증폭기가 더 필요한 문제점이 있다. 즉, 종래의 JFET를 이용한 ECM은 응용 제품에 사용할 때 마이크로폰의 외부에 별도의 증폭기를 연결하여 신호를 필요한 만큼 증폭시켜 사용하므로 회로기판상에 공간을 차지하게 되고 부품이 추가되어 제조비용이 추가로 요구된다.

더욱이 고감도의 ECM을 제작하기 위해서는 백 일렉트렛의 표면전위를 높이거나 진동막의 장력을 조절하거나 백 일렉트렛과 진동막의 간격을 좁혀주는 방법이 요구되는데, 이러한 기구적인 방법들은 감도를 높이는데 한계가 있고 제조공정에 적용할 때 수율이 현저히 떨어지므로 증폭기를 이용하여 감도를 향상시키는 기술이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고감도의 증폭기가 내장된 콘덴서 마이크로폰을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 마이크로폰은, 음향부와 상기 음향부의 신호를 입력받아 증폭하기 위한 회로부로 이루어진 콘덴서 마이크로폰에 있어서, 상기 회로부가 상기 음향부의 신호를 입력받아 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기의 후단에 연결되는 적어도 하나 이상의 다층 칩 커패시터로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 콘덴서 마이크로폰은, 증폭기의 출력단에 저항이 추가되거나 증폭기의 접지단에 저항이 추가되고, 상기 저항은 저항값이 대략 10Ω~100GΩ 정도인 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 다층 칩 커패시터는 용량값이 대략 1㎊~100㎋ 정도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 증폭기를 내장한 콘덴서 마이크로폰의 제1 실시예로서, 본 발명의 마이크로폰은 음향부와 음향부에 연결된 증폭기, 증폭기의 출력단에 연결된 커패시터로 이루어진다.

도 2를 참조하면, 음향부(210)는 통상적으로 스페이서(spacer)를 사이에 두고 진동막(Diaphragm)과 백플레이트(Backplate)가 마주하고 있고, 진동막은 폴라링을 통해 음공이 형성된 케이스측에 지지되며, 백 플레이트는 기구물에 의해 PCB 기판 상에 지지되어 있다. 여기서, 진동막으로는 통상 금속이 증착된 유기 필름을 이용하고, 백 플레이트에는 일렉트렛이 형성되어 있다. 그리고 음향부(210)는 음압에 의해 진동막과 백 플레이트간의 간격이 변하게 되어 진동막과 백 플레이트에 의해 형성된 정전용량(C)이 변화되므로 등가적으로 가변 커패시터로 표현될 수 있다.

증폭기(220)는 내부구조에서 피드백(feedback)의 사용 유무에 따라 2 와이어 또는 3 와이어로 제작 가능하고, 반도체 집적기술을 이용하여 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)에 만들어진다. 따라서 본 발명에 사용되는 증폭기(220)는 디자인 단계에서 이득, 공급전류, ESD 기능 등을 설정하여 제작할 수 있으므로 필요한 사양의 칩을 선택하여 사용할 수 있고, 고이득을 제공하므로 고감도의 마이크를 보다 용이하게 얻을 수 있다. 특히, 빌트 인 게인 마이크(Built-in-Gain)를 적용하는데 있어서 마이크 외부에 별도의 신호증폭을 위한 증폭기가 필요없으므로 응용 PCB의 효율적인 사용과 생산비 절감이 가능하다. 그리고 종래 ECM 제작 방법에서 PCB 제작시 JFET 대신에 증폭기(220)를 사용하는 것만으로도 적용이 가능하고, 같은 이득의 JFET와 비교했을 때 노이즈 억제(noise suppression) 기능이 월등히 뛰어나다.

다시 도 2를 참조하면, 증폭기(220)는 신호입력단자와 접지단자 출력단자를 가지고 있는데, 신호입력단자는 음향부와 연결되어 음향부가 생성하는 신호를 입력받는다. 그리고 증폭기의 출력단에는 다층 칩 커패시터(Multi Layer Chip Capacitor: MLCC)(C1,C2)가 적어도 하나 내지 3개 까지 연결되어 있다. 이때 MLCC 커패시터(C1,C2)의 용량 범위는 대략 1㎊~100㎋ 정도이다. 그리고 MLCC(C1,C2)는 보편적으로 디스크 형태의 커패시터와 같은 세라믹 유전체를 사용하는데, 16~40㎛ 정도의 얇은 층으로 이루어져 있다.

이와 같은 회로구성에서 음향부(210)는 소리에 따른 음압을 전압의 변동으로 변환하여 증폭기(220)로 제공하고, 증폭기(220)는 음향부(210)로부터 전달된 전기적인 신호를 고이득으로 증폭하여 출력단자(Ouput)를 통해 응용 장치로 출력한다.

도 3은 본 발명에 따른 증폭기를 내장한 콘덴서 마이크로폰의 제2 실시예이고, 도 4는 본 발명에 따른 증폭기를 내장한 콘덴서 마이크로폰의 제3 실시예이다.

도 3에 도시된 제2 실시예에서는 출력단(Output)에 저항(R1)이 하나 추가되어 있고, 도 4에 도시된 제3 실시예에서는 접지단(GND)에 저항(R2)이 더 추가되어 있다. 이때 저항값(R1,R2)의 범위는 대략 10Ω~100GΩ 정도이다. 여기에 사용되는 저항들의 중요한 역할은 RF 노이즈를 포함한 EMI 특성을 향상시키는 것이다. 사용되는 저항의 개수와 저항값에 따라 그 특성들이 변하게 된다. 일반적으로 저항의 개수와 저항값이 커질수록 EMI 특성은 현저히 개선되어진다. 하지만 적정한 저항의 개수, 저항의 연결방법과 저항값은 마이크의 감도와 EMI 특성을 고려하여 정해야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 콘덴서 마이크로폰에서 신호를 버퍼링하기 위한 회로소자로서 종래의 JFET 대신에 빌트-인-게인 내장형 증폭기를 사용함으로써 마이크 감도가 크게 개선되어 응용 장치에 별도의 증폭기를 설치할 필요가 없고, 노이즈 특성이 향상되는 이점이 있다. 더욱이 종래의 JFET 대신에 그대로 교체하여 적용할 수 있으므로 별도의 PCB설계가 필요없고, 원하는 사양의 증폭기를 만들어 사용할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 일렉트렛 콘덴서 마이크로폰의 전기적 등가회로도,

도 2는 본 발명에 따른 증폭기를 내장한 콘덴서 마이크로폰의 제1 실시예,

도 3은 본 발명에 따른 증폭기를 내장한 콘덴서 마이크로폰의 제2 실시예,

도 4는 본 발명에 따른 증폭기를 내장한 콘덴서 마이크로폰의 제3 실시예.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

200: 마이크로폰 210: 음향부

220: 증폭기 C1,C2: MLCC

R1,R2: 저항

Claims (9)

1. 음향부와 상기 음향부의 신호를 입력받아 증폭하기 위한 회로부로 이루어진 콘덴서 마이크로폰에 있어서,

   상기 음향부는,

   스페이서를 사이에 두고 진동막과 백플레이트가 마주하고 있고, 상기 진동막은 폴라링을 통해 음공이 형성된 케이스측에 지지되며, 상기 백 플레이트는 기구물에 의해 PCB 기판 상에 지지되어 형성되고,

   상기 회로부는

   상기 음향부의 신호를 입력받아 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기의 후단에 병렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 커패시터와, 상기 증폭기의 출력단에 직렬로 연결되는 저항으로 구성되고,

   상기 저항은 저항값이 10Ω~100GΩ 이고,

   상기 커패시터는 다층 칩 커패시터이며, 용량값이 1㎊~100㎋ 인 것을 특징으로 하는 증폭기를 내장한 콘덴서 마이크로폰.
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