KR101293284B1

KR101293284B1 - Ｐ-타입 전치증폭기 입력단을 구비한 마이크로폰 어셈블리

Info

Publication number: KR101293284B1
Application number: KR1020060063540A
Authority: KR
Inventors: 라스 존 스텐버그; 카르스텐 폴레센
Original assignee: 에프코스 피티이 엘티디
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2013-08-09
Also published as: KR20070005526A; CN1905761B; EP1742506B1; CN1905761A; US20070009111A1; US8259963B2; EP1742506A2; EP1742506A3

Abstract

변위가능한 진동판과 뒷판을 포함하는 콘덴서 변환기 소자를 구비하는 마이크로폰 어셈블리가 제공된다. 상기 변위가능한 진동판과 상기 뒷판은 함께 결합하여 캐패시터를 형성하도록 배열된다. 전치증폭기 회로는 입력단을 포함하고, 상기 입력단은 p-타입 전계 효과 트랜지스터를 포함한다. 상기 변위가능한 진동판과 상기 뒷판은 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 소스 입력과 게이트 입력 사이에 연결된다.

Description

Ｐ-타입 전치증폭기 입력단을 구비한 마이크로폰 어셈블리{MICROPHONE ASSEMBLY WITH P-TYPE PREAMPLIFIER INPUT STAGE}

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 기술할 것이다.

도 1은 실리콘 마이크로폰에서 진동판, 뒷판 및 벌크의 배열을 도시한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 마이크로폰 어셈블리를 도시한다. 그리고

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 마이크로폰 어셈블리를 도시한다.

본 발명은 다양한 수정들 및 대체 형상들이 가능하지만, 특정 실시예들이 도면에서 예시로서 도시되고 여기서 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 개시된 특정 형상들에 제한되지 않음을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 정신 및 범위 내에 있는 모든 수정물, 균등물, 그리고 대체물들을 포함하도록 의도된다.

본 발명은 p-타입 전계 효과 트랜지스터(p-type field effect transistor)를 갖는 입력단을 구비한 전치증폭기 회로와, 진동판(diaphragm), 및 뒷판(back plate)를 포함하는 콘덴서 변환기 소자(condenser transducer element)를 포함하는 마이크로폰 어셈블리에 관한 것이다. 상기 진동판과 뒷판은 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 소스 입력과 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 게이트 입력 사이에서 연결되어, 개선된 전력 공급 제거(power supply rejection)가 획득되기 때문에 공급라인으로부터 유도되는 노이즈가 상당히 감쇄되고 입력 참조 노이즈(input referred noise)가 낮아진다.

기술분야에서 다양한 마이크로폰 어셈블리들은 콘덴서 변환기 소자의 진동판과 뒷판이 p-타입 전계 효과 트랜지스터를 구비하는 전치증폭기의 입력단에 어떻게 연결될 수 있는지를 개시한다. 이러한 참조문헌들의 예로는 EP 0969695 A1 및 EP 1355416 A1이 있다.

EP 0969695 A1 및 EP 1355416 A1 모두에서, 진동판들과 뒷판들 각각은 그라운드(ground)와 p-타입 전계 효과 트랜지스터들의 각각의 게이트 입력들 사이에서 각각의 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터들에 연결된다. 이러한 커플링(coupling) 또는 전기적 인터페이스의 단점은 소스 입력에서 인가된 또는 주입된 노이즈가 증폭된다는 점인바, 이는 그라운드가 신호 기준 단자(signal reference terminal)로서 기능하기 때문이다. 노이즈의 증폭은 상기 콘덴서 변환기 소자에 의해 제공되는 원하는 오디오 신호(audio signal)에서 바람직하지 못한 교란(disturbance)을 일으킨다.

따라서, 콘덴서 변환기 소자와 p-타입 전계 효과 트랜지스터 사이에 개선된 전기적 커플링이 필요하다.

본 발명의 실시예의 일 목적은 전력 공급 라인 상의 전자 노이즈가 효과적으로 감쇄되도록, 진동판 및 뒷판이 p-타입 전계 효과 트랜지스터에 전기적으로 연결된 마이크로폰 어셈블리를 제공하는 것이다. 이러한 목적의 관점에서, 본 발명의 실시예는 마이크로폰 전치증폭기의 입력 단자들(노드들)과 변환기 소자의 진동판 및 뒷판 단자들 사이에 유리한 전기적 인터페이스 또는 커플링을 구비한 마이크로폰 어셈블리에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 변위가능한(diaplaceable) 진동판 및 뒷판을 구비한 콘덴서 변환기 소자를 포함하는 마이크로폰 어셈블리가 제공된다. 상기 변위가능한 진동판 및 뒷판은 함께 결합하여 캐패시터(capacitor)를 형성하도록 배열된다. 전치증폭기 회로는 입력단을 구비하고, 상기 입력단은 p-타입 전계 효과 트랜지스터를 포함한다. 상기 변위가능한 진동판 및 뒷판은 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 소스 입력과 게이트 입력 사이에 접속된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 변위가능한 진동판 및 뒷판을 구비한 콘덴서 변환기 소자로부터의 전기 신호를 처리하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 콘덴서 변환기 소자에 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 소스 입력에 접속된 변위가능한 진동판을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 콘덴서 변환기 소자는 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 게이트 입력에 접속된 뒷판을 구비한다. p-타입 전계 효과 트랜지스터의 드레인 출력에서 제공되는 전기 신호가 처리된다.

본 발명의 실시예는 실리콘 콘덴서 마이크로폰 분야에서 적용될 수 있지만, 본 발명은 일렉트렛 마이크로폰(electret micorophone)과 같은 전형적인 콘덴서 마이크로폰들과 이들의 관련 전치증폭기들에서 콘덴서 변환기 소자를 전치증폭기에 최적으로 인터페이싱하는 것과 관련해서 또한 유리하다.

많은 장점들이 본 발명의 실시예들에 의해 제공된다. 예를 들어, p-타입 전계 효과 입력 트랜지스터를 사용하고 마이크로폰 어셈블리의 전력 공급 노이즈 제거를 개선함으로써 전치증폭기의 전자적(electronic) 입력 참조 노이즈가 최소화된다. 다른 장점으로는 특정 실리콘 마이크로폰 어셈블리들에서 광 유발 노이즈(light induced noise)가 감소한다는 점이다. 실험 결과들은 20 내지 30dB 정도의 노이즈 감소가 달성되었음을 나타낸다.

따라서, 상기 언급한 목적들을 달성하기 위해, 제 1 양상으로서, 본 발명은 변위가능한 진동판과 뒷판을 포함하는 콘덴서 변환기 소자를 구비하는 마이크로폰 어셈블리에 관한 것이다. 상기 변위가능한 진동판과 뒷판은 함께 결합하여 캐패시터(capacitor)를 형성하도록 배열된다. p-타입 전계 효과 트랜지스터를 갖는 입력단을 구비한 전치증폭기 회로가 포함된다. 상기 변위가능한 진동판 및 뒷판은 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 소스 입력과 게이트 입력 사이에 접속된다.

상기 진동판은 "변위가능한"바, 이는 상기 진동판이 음압(sound pressure)에의 노출에 따라 뒷판에 상대적으로 편향(deflect)할 수 있도록 및 편향하도록 구성되기 때문이다. 따라서, 콘덴서 변환기 소자가 음압에 노출된 때, 상기 변위가능한 진동판과 뒷판 사이의 순간 거리가 음압의 진폭(amplitude)에 따라 변하도록, 상기 변위가능한 진동판이 편향한다.

상기 변위가능한 진동판을 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 소스 입력에 접속하고 그리고 상기 뒷판을 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 게이트 입력에 접속함으로써, 상기 변위가능한 진동판과 뒷판은 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 소스 입력과 게이트 입력 사이에 접속된다. 콘덴서 변환기 소자가 음압에 노출된 때, 진동판과 뒷판이 함께 결합하여 형성된 콘덴서 또는 캐패시터의 정전용량(capacitance)은 인가된 음압의 진폭에 따라서 변한다. 따라서, 상기 가변 정전용량은 검출된 음압의 척도이다. 상기 가변 정전용량이 상기 캐패시터 판들 양단에서 대응하는, 본질적으로 비례하는 신호 전압을 유도한다는 점에서 상기 검출된 음압은 전치증폭기에 의해 검출될 수 있는바, 이는 초고 임피턴스들(ultra high impedances)을 구비한 전기적 접속들만이 캐패시터에 제공되도록 함으로써 진동판과 뒷판 상의 전하들이 실질적으로 일정하게 유지되기 때문이다.

상기 콘덴서 변환기 소자는 상기 진동판과 뒷판 사이에 고유의(build-in) 또는 영구한(permanent) 전계를 제공하는 전기적으로 사전충전된(electrically pre-charged) 물질층을 포함하는 일렉트렛 변환기 소자 타입을 포함한다. 상기 영구한 전계는 진동판 또는 뒷판에 배열된, 전하들이 주입된 테플론 코팅(Teflon coating)과 같은 전기적으로 사전충전된 층에 의해 제공된다. 대안적으로, 상기 콘덴서 변환기 소자는 진동판과 뒤판 사이에 전계를 생성하도록 외부의 고 임피던스 바이어스 전압원을 필요로하는 타입일 수 있다. 이러한 외부의 고 임피던스 바이어스 전압원은 저역 통과 필터(low pass filter)와 같은 스무딩 타입의 필터(smoothing type of filter)가 후속하는 딕슨 전압 펌프(Dickson voltage pump)를 포함한다. 상기 외부의 고 임피던스 바이어스 전압원은 바람직하게 콘덴서 변환기 소자와 공통된 하우징 내에 배열되어, 콘덴서 변환기 소자와 상기 바이어스 전압원 사이의 긴 도선(long lead)에 의해 발생될 수 있는 EMI 문제를 회피한다.

p-타입 전계 효과 트랜지스터는 JFET, MOS 또는 유사한 전계 효과 폴리실리콘-절연체 반도체 트랜지스터(field effect polysilicon-insulator semiconductor transistor)와 같은 타입일 수 있다. 상기 콘덴서 변환기 소자는 MEMS 제조 변환기(MEMS fabricated transducer)일 수 있지만, 이러한 것에만 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 진동판, 뒷판 및 벌크 각각이 실리콘 물질을 함유하는 실리콘-기반 MEMS 변환기와 같은 것일 수 있다.

p-타입 전계 효과 트랜지스터의 게이트와 뒷판 사이에 DC 차단(DC blocking)을 확립하기 위해, 일반적으로 캐패시터가 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 게이트 입력과 뒷판 사이에 삽입된다. 그러나, DC 차단 캐패시터는 일렉트렛 콘덴서 변환기 소자들에서 요구되지 않거나 필요하지 않을 수 있다.

마이크로폰 어셈블리는 유리하게 상기 변위가능한 진동판에 대해 뒷판을 전기적으로 바이어싱하는 바이어스 전압원을 포함할 수 있다. 상기 바이어스 전압원은 실리콘-기반 변환기의 변위가능한 진동판과 뒷판 사이에 5 내지 20V의 DC 전압을 제공하거나, 더욱 바람직하게는 8 내지 12V의 DC 전압을 제공할 수 있다. 이러한 바이어스 전압은 다른 타입의 변환기 소자들에서는 더 낮거나 더 높을 수 있다. 따라서, 음(negative)의 전압 레벨들을 포함하는 다른 전압 레벨들이 또한 뒷판과 변위가능한 진동판 사이에 인가될 수 있다. 상기 바이어스 전압원은 수백 기가옴(Giga Ohm) 또는 수백 테라옴(Tera Ohm)까지의 저항을 갖는 옴성 저항(ohmic resistor)과 같은 고 임피던스 소자를 통해 뒷판에 결합된다. 대안적으로, 하나 이상의 역바이어스된(reverse biased) 반도체 다이오드들이 이용될 수 있다.

바람직하게, 콘덴서 변환기 소자는 외부의 DC 바이어스 전압원을 구비한 실리콘-기반 콘덴서 변환기 소자이다. 진동판 또는 뒷판이 환경(environment)에 직접 노출되어 있는 실리콘-기반 콘덴서 변환기 소자들은 광 노출에 민감한 경향이 있는바, 이는 전자적 노이즈가 이러한 변환기들로부터의 출력 신호에 중첩되기 때문이다. 이러한 광 유발 노이즈의 근원은 반도체 특성들 및 이에 따른 실리콘의 반도체 성질 때문인 것으로 믿어진다. 그러나, 진동판이 물리적으로 상기 환경에 직면하고 그리고 진동판이 본질적으로 상기 뒷판 영역과 오버랩(overlap)되는 진동판을 구비한 변환기 소자들에서 상기 진동판을 접지시키거나 가상으로 접지시킴으로써, 상기 전기적 전도성 진동판은 EMI 차폐물(EMI shield)로서 기능하여 실리콘-기반 변환기들에서 광 유발 노이즈에 관련된 문제들을 상당히 줄일 수 있을 것이다.

상기 콘덴서 변환기 소자는 또한 벌크 부분을 포함한다. 상기 벌크 부분은 진동판에 연결되거나, 또는 그라운드에 연결될 수 있다.

제 2 양상에서, 본 발명은 본 발명의 제 1 양상에 따른 마이크로폰 어셈블리를 포함하는 휴대형 통신 장치(portable communication device)에 관한 것이다. 상기 휴대형 통신 장치는 셀폰(cell phone), 보청기, PDA 또는 이들의 임의의 조합물일 수 있다.

제 3 양상에서, 본 발명은 변위가능한 진동판과 뒷판을 갖는 콘덴서 변환기 소자로부터의 전기 신호를 처리하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 콘덴서 변환기 소자에 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 소스 입력에 연결된 변위가능한 진동판을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 콘덴서 변환기 소자는 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 게이트 입력에 연결된 뒷판을 구비한다. 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 드레인 출력에 제공된 전기 신호가 처리된다.

제 4 양상에서, 본 발명은 p-타입 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 입력단을 갖는 전치증폭기 회로를 포함하는 집적된 반도체 회로에 관한 것이다. 상기 전치증폭기는 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 소스 입력에 연결된 제1의 외부적으로 액세스 가능한 입력 단자와 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 게이트 입력에 연결된 제2의 외부적으로 액세스 가능한 입력 단자를 포함한다. 상기 제1의 입력 단자 및 상기 제2의 입력 단자는 각각 콘덴서 변환기 소자의 변위가능한 진동판과 뒷판에 접속가능하다. 대안적으로, 상기 제1의 입력 단자 및 상기 제2의 입력 단자는 상기 변위가능한 진동판과 뒷판에 반대 순서로 접속가능하다.

본 발명의 상기 양상의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 집적된 반도체 회로는 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 게이트 입력과 상기 제2의 외부적으로 액세스 가능한 입력 단자 사이에 삽입된 DC 차단 소자를 포함한다. 상기 집적된 반도체 회로는 또한 상기 제2의 외부적으로 액세스 가능한 입력 단자에 마이크로폰 DC 바이어스 전압을 제공하도록 구성된 마이크로폰 바이어스 전압원을 포함한다. 따라서, 상기 제2의 외부적으로 액세스 가능한 입력 단자는 상기 변위가능한 진동판과 상기 뒷판 중 하나에 마이크로폰 DC 바이어스 전압을 제공하도록 되어 있다. 이 마이크로폰 DC 바이어스 전압은 바람직하게 MEMS 기반 콘덴서 마이크로폰들에 대해서 5 내지 20V 값으로 설정된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 집적된 반도체 회로는 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 소스 입력에 연결되어 조절된 DC 전압(regulated DC voltage)을 제공하는 전압 조절기(voltage regulator)를 포함한다. 상기 조절된 DC 전압은 바람직하게 0.9 내지 5.0V의 값으로 설정된다. 상기 마이크로폰 DC 바이어스 전압과 상기 조절된 DC 전압 사이의 DC 전압 차이는 바람직하게 4.0 내지 20.0V 사이의 값으로 설정된다.

본 발명의 추가적인 양상들이 다양한 실시예들의 상세한 설명으로부터 관련 기술분야의 당업자에게는 명백할 것이며, 이하에서 제공되는 상세한 설명은 도면들을 참조하여 기술된다.

본 발명의 가장 일반적인 양상에서, 본 발명의 실시예는 함께 결합하여 캐패시터를 형성하는 진동판과 뒷판을 갖는 변환기 소자를 포함하는 마이크로폰 어셈블리에 관한 것이다. 전치증폭기는 p-타입 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 입력단을 갖는다. 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 소스와 게이트 단자들은 차동(differential) 입력 단자들로서 기능한다. 상기 드레인 단자는 출력 단자로서 기능한다. 이러한 구성의 본질에 의해 공급 노이즈가 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 소스 및 게이트 양자 모두에 공통적으로 인가되기 때문에, 이러한 구성은 소스 단자 상에 존재하는 노이즈의 영향을 줄인다. 따라서, 상기 공급 노이즈는 공통 모드 신호(common mode signal)로서 기능한다. 이는 공급 신호 상의 노이즈가 상기 전치증폭기의 입력단에 의해 증폭되지 않을 것임을 의미한다.

본 발명의 이 실시예는 또한 도 1에 도시된 것과 같은 실리콘-기반 마이크로폰에서 벌크와 진동판 노이즈 소스의 최적의 감소를 보증한다. 도 1에서, 상기 진동판(11)은 상기 실리콘 콘덴서 마이크로폰의 벌크(10)와 뒷판(12) 사이에 위치한다. 상기 진동판(11)은 고도의 전기 전도성을 나타내어, 상기 마이크로폰의 벌크가 상기 뒷판으로 상당한 용량성 커플링되는 것이 전기적으로 차폐될 수 있다.

상기 뒷판이 고 임피던스 DC 바이어스 전압원(1 및 2)에 결합되어 있고, 상기 진동판(11)은 후속 전치증폭기의 입력단의 저 임피던스 전력 공급 노드, 즉 가상 그라운드 노드에 결합되어 있다. 상기 뒷판(12)은 바람직하게 캐패시터와 같은 DC 전압 차단 소자를 통해 후속 전치증폭기의 입력에 연결되는바, 이는 상기 뒷판(12)이 상기 바이어스 전압원의 DC 전위에 홀딩(holding)되기 때문이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 마이크로폰 어셈블리를 도시한다. 콘덴서 변환기 소자(3)에 대한 고 임피던스 바이어스 전압원이 가장 간단한 형태로 도시되고 1로 표시된다. 상기 고 임피던스 바이어스 전압원(1)은 초고 옴성 직렬 저항 소자(ultra high ohmic series resistance element)(2)를 포함하여 상기 콘덴서 변환기 소자(3)의 전하 보존을 보장한다. 상기 바이어스 전압원의 정확한 물리적 구현은 도 2에 도시된 단순화된 개략도와 다를 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 고 임피던스 바이어스 전압원은 역바이어스된 다이오드들 또는 다이오드-연결 트랜지스터들(diode-connected transistor)에 근거한 딕슨 전압 곱셈기(Dickson voltage multiplier)를 포함한다.

역극성(reverse polarity)의 한 쌍의 병렬 다이오드들(도 2에 도시되지 않음)이 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 게이트 입력과 그라운드 또는 다른 적당한 기준 전압 사이에 삽입된다. 이러한 한 쌍의 병렬 다이오드들은 상기 전치증폭기의 입력단의 100GΩ보다 더 큰 입력 임피던스를 보증한다. 사실, 역극성의 한 쌍의 병렬 다이오드들은 수 TΩ의 임피던스를 갖는다. 전치증폭기가 ASIC에 집적되어야 하는 경우에, 역극성으로 연결된 상기 한 쌍의 병렬 다이오드들은 유리하게 함께 집적될 수 있다.

콘덴서 변환기 소자(3)의 뒷판(12)은 바이어스 회로 저항 소자(2)에 전기적으로 접속되고 그리고 또한 DC 차단 캐패시터(5)를 통해 전치증폭기의 입력 노드(IN)에 전기적으로 접속된다. 상기 콘덴서 변환기 소자(3)의 상기 진동판과 일반적으로 벌크 노드(10)도 또한 상기 후속 전치증폭기 회로의 저 임피던스 전압 공급 노드(4)에 접속된다.

상기 전치증폭기의 입력단은 상기 전압 공급 노드(4)에 연결되는 p-타입 전계 효과 트랜지스터, 바람직하게는 PMOS 트랜지스터(7)를 포함한다. 상기 전압 공급 노드(4)는 마이크로폰 어셈블리의 외부의 전력 공급 전압(VDD)으로부터 직접 유도되거나, 대안적으로 조절기 회로(8)에 의해 외부의 공급 전압(VDD)을 조절하고 안정화시킴으로써 유도된다. 상기 조절기 회로(8)는 상기 PMOS 트랜지스터(7) 증폭 소자에 커플링하는데 필요한 저 출력 임피던스를 제공한다.

콘덴서 변환기 소자(3)의 뒷판 단자(9)와 진동판 단자(4)(또한 전압 노드로도 지칭됨)는 전치증폭기의 입력단과 동일한 노드에 연결된다. 전압 공급 노드(4) 상의 모든 신호가 마이크로폰 전치증폭기의 PMOS 트랜지스터의 게이트 입력에 공통적으로 인가되어서 증폭되지 않을 것이기 때문에, 전압 공급 노드(4) 상의 공급 노이즈도 상당히 감쇄된다. 게다가, 상기 입력단은 NMOS 트랜지스터에 비해 우수한 플리커 노이즈(flicker noise) 특성을 갖는 p-타입 전계 효과 트랜지스터, 바람직하게 PMOS 트랜지스터(7)를 포함한다. 이러한 이유로, 입력단의 화이트 노이즈 및 플리커 노이즈가 최소한으로 줄어든다. 상기 PMOS 트랜지스터(7)는 바람직하게 100 내지 1000㎛의 폭(W)과 0.5 내지 5㎛의 길이를 갖는다. 상기 DC 바이어스 전류는 전지식(battery-powered) 휴대형 통신 장치들을 타겟으로한 마이크로폰 어셈블리들에 대해서 바람직하게 10㎂ 내지 100㎂의 값으로 설정되지만, 다른 타입의 애플리케이션들에서 다른 DC 바이어스 전류 값들이 선택될 수 있다. 상기 반도체 공정은 바람직하게 혼합 신호 회로(mixed signal circuit)에 적합한 0.18㎛ 또는 0.35㎛ 최소 피처 사이즈 3M CMOS 공정이다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 콘덴서 변환기 소자(3)는 진동판(MEM)이 상기 콘덴서 변환기 소자(3)의 뒷판(BP)과 벌크(BULK) 사이에 위치해 있는 실리콘-기반 변환기 소자를 포함한다. 이러한 실시예들에서, 진동판(MEM) 상에 충돌하는 세기 가변 광(intensity varying light)과 같은 외부 노이즈 신호들, 또는 상기 마이크로폰의 벌크에서 생성되는 노이즈 신호들이, 저 임피던스 전압 공급 노드(4)로의 접속에 의해, 감쇄된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 마이크로폰 어셈블리를 예시한다. 도 2의 제 1 실시예의 아키텍처와 대조적으로, 콘덴서 변환기 소자(12)에 대한 고 임피던스 DC 바이어스 전압원(10)과 DC 차단 캐패시터(14) 모두는 입력단 PMOS 트랜지스터(16) 및 선택적인 전압 조절기(17)와 함께 전자적 또는 집적된 반도체 회로 다이(15) 상에 집적된다. 상기 고 임피던스 DC 바이어스 전압원(10)은 DC 바이어스 전압 발생기와 큰 직렬 저항의 직렬 구조로서 개략적으로 도시된다. 상기 고 임피던스 DC 바이어스 전압원(10)은, 상기 집적 회로(15)의 공급 전압(VDD)을 이용하여 증가된 보다 높은 DC 전압을 생성하는, 딕슨 전압 곱셈기와 같은 곱셈기 또는 전압 펌프를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 1.8V의 공칭 공급 전압(nominal supply voltage)이 곱해져서 대략 8V의 고 임피던스 DC 바이어스 전압을 생성한다.

제1의 외부적으로 액세스 가능한 단자(20)와 제2의 외부적으로 액세스 가능한 단자(21)가 PMOS 트랜지스터(16)의 게이트와 소스 입력들에 각각 연결된다. 상기 제1의 외부적으로 액세스 가능한 단자(20)는 또한 고 임피던스 DC 바이어스 전압원(10)에 연결되어, 상기 제1의 외부적으로 액세스 가능한 단자가, 관련된 콘덴서 변환기 소자(12)의 진동판(22) 또는 뒷판(19)에 전기적으로 연결되도록 한다. 상기 DC 차단 캐패시터(14)에 의해, 상기 PMOS 트랜지스터(16)의 게이트 입력이 상기 제1의 외부적으로 액세스 가능한 단자(20) 상에 제공되는 상기 DC 바이어스 전압으로부터 전기적으로 차폐되어, 본 발명의 상기 제 1 실시예와 관련하여 기술된 회로망과 유사하게, 한 쌍의 역 바이어스된 다이오드들을 포함하는 독립적인 바이어스 설정 회로망(11)을 통해 상기 PMOS 트랜지스터(16)의 DC 바이어스 포인트를 설정할 수 있도록 한다.

상기 실시예들 각각 및 이들의 자명한 변형물들은 하기의 청구항들에 열거된 청구된 발명의 사상 및 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 p-타입 전계 효과 트랜지스터(p-type field effect transistor)를 갖는 입력단을 구비한 전치증폭기 회로와, 진동판(diaphragm), 및 뒷판(back plate)를 포함하는 콘덴서 변환기 소자(condenser transducer element)를 포함하는 마이크로폰 어셈블리를 개시한다. 본 발명에 따르면 상기 진동판과 뒷판은 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 소스 입력과 상기 p-타입 전계 효과 트랜지스터의 게이트 입력 사이에서 연결되어, 개선된 전력 공급 제거(power supply rejection)가 획득되기 때문에 공급라인으로부터 유도되는 노이즈가 상당히 감쇄되고 입력 참조 노이즈(input referred noise)가 낮아지는 효과를 달성할 수 있다.

Claims

마이크로폰 어셈블리(microphone assembly)로서,

변위가능한 진동판(displaceable diaphragm)과 뒷판(back-plate)을 구비한 콘덴서 변환기 소자(condenser transducer element)와, 여기서 상기 변위가능한 진동판과 상기 뒷판은 함께 결합하여 캐패시터를 형성하도록 배열되며; 그리고

P-타입 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 입력단을 구비한 전치증폭기 회로(preamplifier circuit)를 포함하여 구성되며,

상기 콘덴서 변환기 소자는 MEMS-기반 변환기이고,

상기 변위가능한 진동판은 상기 P-타입 전계 효과 트랜지스터의 소스 입력에 동작가능하게 연결되고,

상기 P-타입 전계 효과 트랜지스터의 상기 소스 입력은 DC 전압 공급 노드에 연결되고,

상기 뒷판은 상기 P-타입 전계 효과 트랜지스터의 게이트 입력에 동작가능하게 연결되고,

바이어스 전압원(bias voltage source)이 임피던스 소자를 통해 상기 뒷판에 동작가능하게 연결되며, 상기 바이어스 전압원은 상기 뒷판과 상기 변위가능한 진동판 사이에 DC 바이어스 전압을 제공하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로폰 어셈블리.
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제1항에 있어서,

상기 뒷판과 상기 P-타입 전계 효과 트랜지스터의 상기 게이트 입력은 각각, DC 전압 차단 소자(DC voltage blocking element)를 통해 동작가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로폰 어셈블리.
제3항에 있어서,

상기 DC 전압 차단 소자는 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰 어셈블리.
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제1항, 제3항, 및 제4항 중 어느 하나의 항에 이어서,

상기 임피던스 소자는 10 기가 옴(Giga Ohms)보다 큰 저항을 갖는 고임피던스 소자인 것을 특징으로 하는 마이크로폰 어셈블리.
제6항에 있어서,

상기 고임피던스 소자는 저항과 역바이어스된 반도체 다이오드로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 마이크로폰 어셈블리.
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제1항에 있어서,

상기 P-타입 전계 효과 트랜지스터는 JFET 및 MOS 트랜지스터로 구성된 트랜지스터 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 마이크로폰 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 콘덴서 변환기 소자는 상기 변위가능한 진동판에 동작가능하게 연결된 벌크 부분(bulk part)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 콘덴서 변환기 소자는 그라운드(ground)에 동작가능하게 연결된 벌크 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰 어셈블리.
제1항에 있어서,

상기 뒷판 또는 상기 변위가능한 진동판에는 영구히 전기적으로 사전충전된 층(permanent electrically pre-charged layer)이 제공되는 것을 특징으로 하는 마이크로폰 어셈블리.
청구항 제1항에 기재된 마이크로폰 어셈블리를 포함하는 휴대형 통신 장치.
제13항에 있어서,

상기 휴대형 통신 장치는 셀폰(cell phone), 보청기(hearing aid), PDA, 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 휴대형 통신 장치.
변위가능한 진동판과 뒷판을 구비한 콘덴서 변환기 소자로부터의 전기 신호를 처리하는 방법으로서, 상기 콘덴서 변환기 소자는 MEMS 변환기 소자이고,

P-타입 전계 효과 트랜지스터의 소스 입력에 연결된 DC 전압 공급 노드와 동작가능하게 연결되는 상기 변위가능한 진동판을 상기 콘덴서 변환기 소자에 제공하는 단계와;

상기 P-타입 전계 효과 트랜지스터의 게이트 입력에 동작가능하게 연결되는 상기 뒷판을 상기 콘덴서 변환기 소자에 제공하는 단계와;

상기 뒷판과 상기 변위가능한 진동판 사이에 DC 바이어스 전압을 제공하도록 되어 있는 연결을 제공하는 단계와;

상기 P-타입 전계 효과 트랜지스터의 드레인 출력에서 제공되는 전기 신호를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 변환기 소자로부터의 전기 신호를 처리하는 방법.
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제15항에 있어서,

상기 뒷판과 상기 P-타입 전계 효과 트랜지스터의 상기 게이트 입력은 각각, DC 전압 차단 소자를 통해 동작가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 변환기 소자로부터의 전기 신호를 처리하는 방법.
제17항에 있어서,

상기 DC 전압 차단 소자는 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 변환기 소자로부터의 전기 신호를 처리하는 방법.
집적된 반도체 회로(integrated semiconductor circuit)로서,

P-타입 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 입력단을 구비한 전치증폭기 회로와; 그리고

마이크로폰 바이어스 전압원(microphone bias voltage source)을 포함하여 구성되며,

상기 전치증폭기 회로는, 상기 P-타입 전계 효과 트랜지스터의 소스 입력에 연결된 DC 전압 공급 노드와 동작가능하게 연결되는 제1의 외부적으로 액세스 가능한 입력 단자와, 그리고 상기 P-타입 전계 효과 트랜지스터의 게이트 입력에 동작가능하게 연결되는 제2의 외부적으로 액세스 가능한 입력 단자를 포함하며, 상기 제1의 외부적으로 액세스 가능한 입력 단자 및 상기 제2의 외부적으로 액세스 가능한 입력 단자는, 콘덴서 변환기 소자의 관련된 변위가능한 진동판 및 관련된 뒷판에 각각 동작가능하게 연결될 수 있고, 상기 콘덴서 변환기 소자는 MEMS 변환기 소자이며,

상기 마이크로폰 바이어스 전압원은, 상기 변위가능한 진동판과 상기 뒷판 중 하나에 DC 바이어스 전압을 제공하기 위해, 상기 제2의 외부적으로 액세스 가능한 입력 단자에 DC 바이어스 전압을 제공하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 집적된 반도체 회로.
제19항에 있어서,

상기 P-타입 전계 효과 트랜지스터의 상기 게이트 입력과 상기 제2의 외부적으로 액세스 가능한 입력 단자 사이에 삽입되는 DC 차단 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 반도체 회로.
제19항 또는 제20항에 있어서,

조절된 DC 전압(regulated DC voltage)을 제공하는 전압 조절기(voltage regulator)를 더 포함하며, 상기 전압 조절기는 상기 P-타입 전계 효과 트랜지스터의 상기 소스 입력에 동작가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 집적된 반도체 회로.
제21항에 있어서,

상기 조절된 DC 전압은 0.9 볼트(volts) 내지 5.0 볼트의 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 집적된 반도체 회로.
제22항에 있어서,

상기 DC 바이어스 전압과 상기 조절된 DC 전압 간의 DC 전압차가 4.0 볼트 내지 20.0 볼트의 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 집적된 반도체 회로.