KR101107371B1 - 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 장치 및 방법 - Google Patents

콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량을 측정하기 위한 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 측정 장치는 콘덴서 마이크로폰의 전원단에 고주파 발진 전원을 인가하는 발진부; 상기 발진부와 콘덴서 마이크로폰 사이에서 신호 파형의 피크치를 검출하는 피크 검출부; 상기 피크 검출부에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부; 및 상기 AD 변환부로부터 출력된 신호로부터 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량을 연산하는 연산부를 포함하여 구성된다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 발진 신호가 콘덴서 마이크로폰 내부의 커패시터를 경유하여 바이패스되는 것을 이용하여 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량을 측정함으로써, 콘덴서 마이크로폰의 SMD 불량이나 부품 오삽 등에 기인한 불량 여부를 매우 간단한 방법으로 테스트할 수 있으며, 콘덴서 마이크로폰의 불량에 기인한 휴대폰 등의 세트 불량을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 장치 및 방법 {Internal capacitance measurement device and method for condenser microphone}
본 발명은 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휴대폰이나 기타 모바일 단말기 등에 사용되는 콘덴서 마이크로폰의 미소 정전용량을 측정하여 마이크로폰의 조립 전 양불 여부를 판단할 수 있도록 한 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 휴대폰이나 PDA 등과 모바일 단말기에는 초소형 마이크로폰이 장착된다. 초소형 마이크로폰은 주로 콘덴서 마이크로폰으로서, 소형화를 구현하기 위하여 콘덴서 두 개의 전극 중에서 한쪽을 고정시키고 한쪽을 진동판으로 사용한다. 그리고 진동판에 소리가 전달되면, 진동판이 진동하면서 콘덴서의 정전용량이 변하게 되며 이를 전기적 신호로 변환한다.
도 1은 종래 일반적인 콘덴서 마이크로폰의 구조를 보여준다. 도시한 바와 같이 종래 콘덴서 마이크로폰은 인쇄회로기판(10) 위에 정전용량의 변화를 전기 신호로 변환하기 위한 전계효과 트랜지스터(11)가 설치된다. 그리고 그 위에 구성품들의 지지를 위한 베이스(12)와, 다수의 관통홀을 구비한 배극판(13)과, 스페이서(14) 및 진동판(15)과, 배극판 링(16)과, 음파 유입구(18)가 천공된 케이스(17)가 결합된다. 여기서, 배극판(13) 및 스페이서(14) 등은 마이크로폰을 더 소형화시키기 위하여 제거될 수도 있다.
위와 같은 콘덴서 마이크로폰의 구조를 살펴보면, 정전용량의 변화를 검출하고 이를 증폭하기 위해 전계효과 트랜지스터(11)가 사용된 것을 알 수 있다. 그런데 전계효과 트랜지스터(11)의 사용으로 인해, 통상 알려진 LCR Meter 또는 DMM(Digital Multi Meter) 등으로 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량을 측정하는 것이 불가능한 문제점이 있었다.
콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량은 노이즈(Noise)를 제거하기 위한 중요한 파라미터(Parameter)이다. 예컨대, 콘덴서 마이크로폰의 내부에는 수십 PF 정도의 커패시터들이 설치된다. 이와 같은 미소 부품들은 SMT(Surface Mount Technology) 방법에 의해 기판 위에 실장되는 SMD(Surface Mount Devices) 소자이다. 따라서 SMD 불량, 냉납, 부품 오삽 또는 미삽 등의 문제점이 유발될 수 있으며, 이로 인해 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량에 문제가 발생할 경우 완제품인 휴대폰 등에 치명적인 결함으로 작용한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 휴대폰 등의 세트 조립단계 또는 그 전 단계에서 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량을 측정하여 불량 여부를 판단함으로써, 콘덴서 마이크로폰의 불량에 기인한 휴대폰 등의 세트에서의 불량률 감소와 제품 경쟁력 상승을 기대할 수 있는 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 장치는, 콘덴서 마이크로폰의 전원단에 고주파 발진 전원을 인가하는 발진부; 상기 발진부와 콘덴서 마이크로폰 사이에서 신호 파형의 피크치를 검출하는 피크 검출부; 상기 피크 검출부에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부; 및 상기 AD 변환부로부터 출력된 신호로부터 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량을 연산하는 연산부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 발진부의 발진 주파수는 10KHz 내지 10MHz이다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 피크 검출부와 AD 변환부 사이에는 노이즈 성분을 제거하는 RC 필터부가 더 설치된다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 방법은, (a) 콘덴서 마이크로폰의 전원단에 고주파 발진 전원을 인가하는 단계; (b) 콘덴서 마이크로폰의 전원단에서 신호 파형의 피크치를 검출하는 단계; (c) 검출된 피크치를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및 (d) 변환된 디지털 신호로부터 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 단계(a)에서 발진 주파수는 10KHz 내지 10MHz이다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 단계(b) 이후에 검출된 피크치에서 노이즈 성분을 제거하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 장치 및 방법에 따르면, 전계효과 트랜지스터를 사용하는 콘덴서 마이크로폰의 특성을 이용하여 콘덴서 마이크로폰의 전원단에 고주파 발진 전원을 인가하고 내부 커패시터를 통해 바이패스되는 신호 파형을 피크 검출부로 검출함으로써, SMD 소자의 불량, 냉납, 부품 오삽 또는 미삽 등에 기인한 불량 여부를 매우 간단한 방법으로 테스트할 수 있으며, 궁극적으로는 콘덴서 마이크로폰의 불량에 기인한 휴대폰 등의 완제품 불량을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 콘덴서 마이크로폰의 분해 사시도,
도 2는 일반적인 콘덴서 마이크로폰의 내부 커패시터를 예시한 등가회로도,
도 3은 본 발명에 따른 측정 장치를 예시한 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 측정 방법을 예시한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 설명에서 "~부"와 같은 구성들은 어떤 역할들을 수행하는 구성요소이며, 회로 구성, FPGA(Field-Programmable Gate Array)나 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성요소 또는 소프트웨어 구성요소를 의미한다. 그렇지만, "~부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 예컨대, "~부"는 어드레싱할 수 있는 저장매체에 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 일예로서, "~부"는 어떤 프로세스들, 함수들, 속성들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 펌웨어, 마이크로코드, 데이터베이스, 변수들을 포함할 수 있다. 또한, "~부"는 더 큰 구성요소 또는 "~부"에 포함되거나, 더 작은 구성요소들 및 "~부"들을 포함할 수 있다. 또한, "~부"는 자체적으로 독자적인 CPU를 가질 수도 있다.
도 1은 일반적인 콘덴서 마이크로폰(20)의 내부 커패시터(C101, C102)를 예시한 등가회로도이다. 이를 참조하면, C100은 음성 신호를 전기 신호로 바꾸기 위한 커패시터이다. C100의 한 쪽 전극은 인쇄회로기판(도시 안됨) 상에 형성되며, 다른 한 쪽 전극은 진동판(도시 안됨)을 구성한다. 따라서 음성 신호에 의해 진동판에 진동이 가해지면 그 정전용량이 미소하게 변화된다.
C100의 한 쪽 전극은 접합 전계효과 트랜지스터(Junction Field Effect Transistor) Q101의 게이트단자에 연결된다. 따라서, C100의 용량 변화를 Q101이 증폭하여 출력한다. 여기서, C101과 C102는 콘덴서 마이크로폰(20)의 내부에 설치되어, 음파 신호에 부가된 노이즈를 제거하는 역할을 한다. C101은 대략 10PF이고, C102는 대략 33PF이다.
본 발명의 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 장치 및 방법은 도 1의 등가회로에서 C101 및 C102와 같은 미소 정전용량을 측정한다.
도 3은 본 발명에 따른 측정 장치를 예시한 블록도이다. 이를 참조하면, 본 발명의 측정 장치는 발진부(22), 피크 검출부(24), RC 필터부(26), AD 변환부(28), 연산부(30)로 구성된다.
발진부(22)는 콘덴서 마이크로폰(20)의 전원단에 고주파 발진 전원을 인가한다. 이를 위하여 발진부(22)는 발진자를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 마이컴의 내부에 장치된 RC 오실레이터에서 발진 신호가 출력되도록 할 수 있다. 바람직하게는 발진부(22)는 대략 10KHz 내지 10MHz의 발진 주파수를 갖는다. 발진 주파수는 콘덴서 마이크로폰(20)의 정전용량에 의해 결정된다.
피크 검출부(24)는 발진부(22)와 콘덴서 마이크로폰(20) 사이에서 신호 파형의 피크치를 검출한다. 일단 콘덴서 마이크로폰(20)의 전원단에 발진 신호를 인가하면, 이 신호 중 일부는 도 2의 등가회로에서 C101 및 C102를 통해 접지측으로 바이패스 된다. 그리고 일부는 피크 검출부(24)로 인가된다. 피크 검출부(24)는 인가된 신호 파형의 피크치를 검출하여 DC 전압레벨로 출력한다.
여기서, 피크 검출부(24)로 인가되는 신호는 콘덴서 마이크로폰(20) 내부의 커패시터인 C101 및 C102의 크기에 의해 결정된다. 예를 들어, 부품 미삽이나 오삽 등에 의해 C101 및 C102의 크기가 작거나 없을 경우 콘덴서 마이크로폰(20)의 접지측으로 바이패스되는 신호가 작아진다. 이는 피크 검출부(24)에 인가되는 신호가 커진다는 것을 의미한다. 따라서 이 경우 피크 검출부(24)의 출력되는 DC 레벨이 크게 검출될 것이다.
반대의 경우에는, 부품의 오삽으로 인해 C101 또는 C102의 크기가 클 경우 콘덴서 마이크로폰(20)의 접지측으로 바이패스되는 신호가 커진다. 이 경우 피크 검출부(24)에 인가되는 신호가 작아지면서, 피크 검출부(24)의 DC 출력 역시 작게 검출될 것이다.
이와 같이, 발진부(22)와 피크 검출부(24)를 이용하여 콘덴서 마이크로폰(20)의 내부 정전용량 값을 검출할 수 있다.
도 3을 참조하면, 피크 검출부(24)의 후단에는 RC 필터부(26)가 연결된다. RC 필터부(26)는 RC 공진회로를 이용하여 피크 검출부(24)에서 검출된 피크치에서 노이즈 성분을 제거한다. 그리고, 노이즈 성분이 제거된 DC 신호는 AD 변환부(28)에서 AD 변환된다.
AD 변환부(28)는 통상 알려진 AD 컨버터를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 정전압 레귤레이터가 이용되거나, 다른 평활회로 등이 이용될 수 있다.
AD 변환부(28)의 후단에는 연산부(30)가 설치된다. 연산부(30)는 AD 변환부(28)에서 출력된 디지털 신호로부터 콘덴서 마이크로폰(20) 내부의 정전용량 값을 연산한다. 연산부(30)는 마이크로 프로세서를 포함하거나 마이컴 등으로 구성될 수 있으며, 마이크로 프로세서 또는 마이컴 내부에 라이팅 된 프로그램에서 콘덴서 마이크로폰(20) 내부의 정전용량을 연산한다.
도 4는 본 발명에 따른 측정 방법을 예시한 흐름도이다. 이를 참조하여 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량을 측정하는 방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 콘덴서 마이크로폰(20)의 전원단에 고주파 발진 전원을 인가하는 것으로 단계(ST110)가 시작된다. 발진 주파수는 예컨대 10KHz 내지 10MHz이다. 발진 주파수는 측정 대상인 콘덴서 마이크로폰(20)의 내부 정전용량에 의해 결정된다.
고주파 전원을 인가하면, 콘덴서 마이크로폰(20) 내부에서 일부 신호가 내부 정전용량을 통해 바이패스 되며, 바이패스되지 않은 남은 신호로부터 신호 파형의 피크치를 검출한다(ST120). 전술한 바와 같이 신호 파형의 피크치는 내부 정전용량의 크기의 반비례하여 증감한다.
다음 단계에서, 검출된 피크치로부터 노이즈 성분을 제거하고(ST130), 아날로그 DC 신호를 디지털 신호로 변환한다(ST140). 그리고 디지털 신호로부터 콘덴서 마이크로폰(20)의 내부 정전용량을 연산한다(ST150). 내부 정전용량을 연산하는 단계는 발진 주파수 등의 파라미터를 이용하여 연산하거나, 경험치에 근거한 데이터 테이블을 구성하고 AD 변환부(30)의 출력을 데이터 테이블과 비교하여 내부 정전용량을 추출하는 방법으로도 연산할 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 장치 및 방법은 연산부(30)에서 처리된 데이터를 다른 표시장치나 테스트장치로 전달하도록 구성될 수 있을 것이다. 또는, 실시예로서 설명하지 않았지만 본 발명의 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 장치 및 방법은 측정치를 표시하는 디스플레이수단 및 디스플레이 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, LCD 등과 같은 디스플레이수단이 설치되고 표시창을 통해 측정 대상인 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량을 표시할 수 있다. 또는, 경고등이나 비프 등을 이용하여 단지 측정 대상의 양품, 불량품 여부만을 시각이나 청각적으로 경고할 수도 있을 것이다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
20 : 콘덴서 마이크로폰 22 : 발진부
24 : 피크 검출부 26 : RC 필터부
28 : AD 변환부 30 : 연산부

Claims (6)

  1. 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량을 측정하는 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 장치에 있어서,
    콘덴서 마이크로폰의 전원단에 고주파 발진 전원을 인가하는 발진부;
    상기 발진부와 콘덴서 마이크로폰 사이에서 신호 파형의 피크치를 검출하는 피크 검출부;
    상기 피크 검출부에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부; 및
    상기 AD 변환부로부터 출력된 신호로부터 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량을 연산하는 연산부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발진부의 발진 주파수는 10KHz 내지 10MHz인 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피크 검출부와 AD 변환부 사이에는 노이즈 성분을 제거하는 RC 필터부가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 장치.
  4. 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량을 측정하는 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 방법에 있어서,
    (a) 콘덴서 마이크로폰의 전원단에 고주파 발진 전원을 인가하는 단계;
    (b) 콘덴서 마이크로폰의 전원단에서 신호 파형의 피크치를 검출하는 단계;
    (c) 검출된 피크치를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및
    (d) 변환된 디지털 신호로부터 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단계(a)에서 발진 주파수는 10KHz 내지 10MHz인 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 단계(b) 이후에 검출된 피크치에서 노이즈 성분을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 방법.
KR1020100120237A 2010-11-30 2010-11-30 콘덴서 마이크로폰의 내부 정전용량 측정 장치 및 방법 KR101107371B1 (ko)

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