KR101718079B1 - 마이크로폰 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부 잡음에 둔함한 마이크로폰 시스템을 개시하며, 이를 위하여 본 발명은 센서 바이어스 전압을 통해 음압의 변화를 감지하고 센싱 데이터를 생성하는 마이크로폰 센서; 및 상기 마이크로폰 센서가 동작하기 위한 센서 바이어스 전압을 제공하고, 상기 센싱 데이터의 잡음을 제거하여 출력하는 리드아웃 회로; 마이크로폰 센서와 리드아웃 회로를 연결하고 센서 바이어스 전압이 통과하는 제1 패드; 및 마이크로폰 센서와 리드아웃 회로를 연결하고 센싱 데이터가 통과하는 제2 패드; 를 포함한다.

Description

마이크로폰 시스템{MICROPHONE SYSTEM}
본 발명은 마이크로폰 시스템에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 잡음으로부터 둔감한 마이크로폰 시스템에 관한 것이다.
셀룰러 전화, 디지털 오디오 레코더, 개인용 컴퓨터 및 원격회의 시스템과 같은 다양한 소비자 애플리케이션에서 오디오 마이크로폰이 공통으로 사용되고 있다. 특히, 대량 생산되는 비용에 민감한 애플리케이션에 있어서 저비용 ECM(Electret Condenser Microphone)이 사용되고 있다. ECM 마이크로폰은 전형적으로 사운드 포트 및 전기 출력 단자를 갖는 소형 패키지에 장착되는 일렉트릿(electret) 재료의 막을 포함한다. 일렉트릿 재료는 다이아프램에 부착되거나 다이아프램 자체를 구성한다. 또 다른 유형의 마이크로폰으로는 MEMS(Micro Electro-Mehanical System) 마이크로폰이 있으며, MEMS 마이크로폰은 압력 민감형 다이아프램이 집적 회로 상에 구현될 수 있다.
이 중, 통신 기기에 사용되는 오디오 마이크로폰의 경우, RF(Radio Frequency) 신호에 대한 면역성이 요구된다. 마이크로폰의 음성 주파수 대역은 대략 40Khz 이하에서 사용되지만 통신에 사용되는 주파수 대역은 수백 Mhz에서 수 Ghz에 이른다.
이러한 고주파 통신 반송파는 마이크로폰의 내부나 외부의 기구나 소자들에 의하여 음성대역으로 복조화될 수 있다. 그로 인하여 통신 주파수가 음성 주파수에 영향을 미치게 되고, 이는 마이크로폰의 성능을 열화시키게 된다.
특히, TDMA(Time Division Multiple Access) 방식을 이용하는 통신 기기의 경우, 통신 기기의 주기적인 전송(Tx) 동작에 연동되어 파워 증폭기가 주기적으로 동작하게 되고, 그로 인한 TDMA 잡음(TDMA Noise)이 마이크로폰에 영향을 미치게 되는 문제점이 있다. 따라서 이러한 외부 잡음으로부터 둔감한 마이크로폰 시스템이 요구된다.
일반적으로 외부 잡음이 마이크로폰 시스템에 유입되는 것을 완화하기 위하여 마이크로폰 모듈의 전원(VDD)과 출력(OUT)에 로우 패스 필터가 구비될 수 있다. 그러나 이러한 필터는 마이크로폰 모듈의 외부로 노출되고, 마이크로폰 모듈의 외부에 필터링을 위한 커패시터를 추가하게 되어 비용이 증대되고 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 외부 잡음은 마이크로폰 모듈의 전원(VDD)과 출력(OUT)뿐 아니라, 마이크로폰 센서와 집적 회로의 사이에 연결되는 패드들을 통하여 유입될 수도 있고, 이러한 패드들을 통하여 유입되는 잡음은 마이크로폰 모듈의 전원(VDD)과 출력에 연결된 필터로 필터링할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 외부 잡음으로부터 둔감한 마이크로폰 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 잡음에 대한 필터를 마이크로폰 모듈의 내부의 집적 회로 상에 배치함으로써 제작 비용을 줄이고 생산성을 증대시키는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 마이크로폰 센서와 집적 회로 사이의 패드를 통해 유입되는 외부 잡음을 필터링하는 마이크로폰 시스템을 제공하는 것에 있다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 마이크로폰 시스템은 센서 바이어스 전압을 통해 음압의 변화를 감지하고 센싱 데이터를 생성하는 마이크로폰 센서; 상기 마이크로폰 센서가 동작하기 위한 상기 센서 바이어스 전압을 제공하고, 상기 센싱 데이터를 제공받아 출력하는 리드아웃 회로; 상기 마이크로폰 센서와 상기 리드아웃 회로를 연결하고 상기 센서 바이어스 전압이 통과하는 제1 패드; 및 상기 마이크로폰 센서와 상기 리드아웃 회로를 연결하고 상기 센싱 데이터가 통과하는 제2 패드; 를 포함하고, 상기 리드아웃 회로는 상기 센서 바이어스 전압을 필터링하고 상기 제1 패드로부터 유입되는 제1 잡음을 필터링하는 제1 필터부; 상기 제2 패드로부터 유입되는 제2 잡음을 필터링하는 제2 필터부; 및 상기 센싱 데이터를 증폭하고, 상기 제1 잡음 또는 상기 제2 잡음을 배출하는 전압 버퍼; 를 포함한다.
또한, 상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 마이크로폰 시스템은 센서 바이어스 전압을 통해 음압의 변화를 감지하고 센싱 데이터를 생성하는 마이크로폰 센서; 상기 마이크로폰 센서가 동작하기 위한 상기 센서 바이어스 전압을 제공하고, 상기 센싱 데이터를 제공받아 출력하는 리드아웃 회로; 상기 마이크로폰 센서와 상기 리드아웃 회로를 연결하고 상기 센서 바이어스 전압이 통과하는 제1 패드; 및 상기 마이크로폰 센서와 상기 리드아웃 회로를 연결하고 상기 센싱 데이터가 통과하는 제2 패드; 를 포함하고, 상기 리드아웃 회로는 상기 제1 패드와 상기 제2 패드의 전압 환경을 분리하기 위한 분리 버퍼; 상기 센서 바이어스 전압을 필터링하고 상기 제1 패드로부터 유입되는 제1 잡음을 필터링하는 제1 필터부; 상기 제2 패드로부터 유입되는 상기 제2 잡음을 필터링하는 제2 필터부; 및 상기 센싱 데이터를 증폭하는 전압 버퍼; 를 포함한다.
본 발명에 따른 마이크로폰 시스템은 외부 잡음으로부터 둔감하여 음압에 따른 정확한 값을 센싱할 수 있다.
또한, 본 발명은 잡음에 대한 필터를 마이크로폰 모듈의 내부의 집적 회로 상에 배치함으로써 제작 비용을 줄이고 생산성을 증대시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 마이크로폰 센서와 집적 회로 사이의 패드를 통해 유입되는 외부 잡음을 필터링할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로폰 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 실시예를 보다 상세하게 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로폰 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 실시예를 보다 상세하게 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로폰 시스템을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로폰 시스템을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로폰 시스템은 마이크로폰 센서(100) 및 리드아웃 회로(200), 제1 패드(300) 및 제2 패드(400)를 포함한다.
마이크로폰 센서(100)는 센서 바이어스 전압을 통해 음압의 변화를 감지하고 센싱 데이터를 생성한다. 보다 구체적으로, 마이크로폰 센서(100)는 하기할 제1 패드(300)를 통해 유입되는 센서 바이어스 전압에 대응하여 마이크로폰 센서(100)에 내장된 센서를 통해 센싱 데이터를 생성할 수 있다.
여기서 센서 바이어스 전압은 하기할 제1 바이어스 생성기(240)로부터 생성되고 마이크로폰 센서(100)를 바이어싱하기 위한 바이어스 전압이다. 센서 바이어스 전압은 마이크로폰 시스템의 성능이나 환경에 따라 다양한 크기의 전압을 가질 수 있다.
마이크로폰 센서(100)는 음파 또는 초음파를 수신하여 수신된 음파 또는 초음파의 진공을 기반으로 센싱 데이터를 발생시키는 센서로 구성될 수 있다. 마이크로폰 센서(100)에 사용되는 센서는 다양한 종류의 전자적 센서가 예시될 수 있으나, 본 발명에서는 커패시터형 마이크로폰 센서를 예시하고, 그 중에서도 MEMS 마이크로폰을 예시하여 설명한다.
본 발명은 마이크로폰 센서(100)가 커패시터형으로서 직류 바이어스 방식으로 동작하는 것을 예시한다. 마이크로폰 센서(100)는 전극층(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 이러한 전극층은 음압에 따라 간격이 변화될 수 있고, 변화된 전극층의 간격에 따라 커패시턴스 값이 변화하는 가변 커패시터의 특성을 가질 수 있다.
예를 들어, 마이크로폰 센서(100)에 센서 바이어스 전압이 인가된 상태에서 음압이 변화될 경우, 마이크로폰 센서(100)의 커패시턴스 값이 변화하게 된다. 이로 인해, 마이크로폰 센서(100)의 센싱 데이터가 변화하게 된다. 센싱 데이터는 하기할 제2 패드(400)를 통하여 리드아웃 회로(200)로 제공된다.
리드아웃 회로(200)는 마이크로폰 센서(100)가 동작하기 위한 센서 바이어스 전압을 제공하고, 상기 센싱 데이터의 잡음을 제거하여 외부에 출력할 수 있다.
리드아웃 회로(200)는 외부로부터 동작 전압(VDD)를 제공 받기 위한 추가적인 입력 패드(도시하지 않음) 또는 마이크로폰 센서(100)에서 생성되는 센싱 데이터를 외부로 제공하기 위한 출력 패드(도시하지 않음)를 추가로 구비할 수 있다.
리드아웃 회로(200)의 구체적인 동작과 구성은 후술하기로 한다. 제1 패드(300)는 리드아웃 회로(200)에서 제공되는 센서 바이어스 전압을 마이크로폰 센서(100)에 전달하고, 제2 패드(400)는 마이크로폰 센서(100)에서 제공되는 센싱 데이터를 리드아웃 회로(200)에 제공할 수 있다.
제1 패드(300)와 제2 패드(400)는 리드아웃 회로(200)와 마이크로폰 센서(100)의 사이에 위치하며, 리드아웃 회로(200)와 마이크로폰 센서(100)를 물리적으로 연결하기 위한 핀 형태일 수 있다.
이러한 제1 패드(300)와 제2 패드(400)는 리드아웃 회로(200)와 마이크로폰 센서(100)를 물리적으로 연결하는 특성상, 집적 회로나 마이크로폰 센서의 외부로 노출될 수 있고, 통신 기기에 사용되는 마이크로폰 시스템에서 RF 잡음(Radio Frequency Noise)과 같은 외부의 잡음에 취약할 수 있다. 특히, 특히 통신 기기가 TDMA 방식으로 작동되는 경우, TDMA 방식의 특성상 발생하는 TDMA 잡음(TDMA Noise)이 제1 패드(300) 또는 제2 패드(400)로 유입될 수 있다.
본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 제1 패드(300)를 통해 유입되는 잡음을 제1 잡음, 제2 패드(400)를 통해 유입되는 잡음을 제2 잡음으로 지칭한다.
리드아웃 회로(200)는 제1 필터부(210), 제2 필터부(220), 전압 버퍼(230), 제1 바이어스 생성기(240), 제2 바이어스 생성기(250)을 포함할 수 있다. 리드아웃 회로(200)가 포함하는 구성들은 리드아웃 회로(200) 상에 하나의 칩으로 집적되어 구현될 수 있다.
제1 필터부(210)는 하기할 제1 바이어스 생성기(240)에서 생성되는 센서 바이어스 전압을 필터링하고 제1 패드(300)로부터 유입되는 제1 잡음을 필터링할 수 있고, 이를 위하여 제1 필터부(210)는 제1 패드(300)와 제1 바이어스 생성기(240)의 사이에 연결될 수 있다.
제1 필터부(210)의 제1 필터(CF1)는 제1 패드(300)를 통해 리드아웃 회로(200)의 내부로 유입되는 제1 잡음을 필터링한다.
제2 필터부(220)는 제2 패드(400)를 통해 리드아웃 회로(200)의 내부로 유입되는 제2 잡음을 필터링한다.
전압 버퍼(230)는 센싱 데이터를 증폭하고, 제1 잡음 또는 제2 잡음을 배출한다.
제1 바이어스 생성기(240)는 외부에서 제공 받은 전원 전압을 이용하여 리드아웃 회로(200)의 내부에서 생성되는 기준 전압에 대한 전하량을 펌핑함으로써 센서 바이어스 전압을 제공한다.
제2 바이어스 생성기(250)는 외부에서 제공받은 전원 전압을 이용하여 리드아웃 회로(200)의 내부에서 생성되는 기준 전류 또는 기준 전압을 통해 전압 버퍼(230)를 바이어싱 하기 위한 버퍼 바이어스 전압을 제공한다. 제2 패드(400)를 통해 제공되는 센싱 데이터가 제2 바이어스 생성기(250)로 흘러들어가는 것이나 용량성으로 구성되는 마이크로폰 센서(100)로부터 누설 전류를 최소화 하기 위해 제2 바이어스 생성기(250)는 고 임피던스 회로로 구성될 수 있다.
보다 구체적으로 설명하기 위하여 도 2를 참조한다. 도 2는 도 1의 실시예를 보다 상세하게 나타낸 도면이다. 도 2에서 도 1과 중복되는 구성과 그 기능에 대한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 제1 필터부(210)는 일단이 전압 버퍼(230)의 출력단과 제2 필터부(220)에 연결되고 타단이 제1 패드(300)에 연결되는 저항 또는 커패시터로 구성되는 제1 필터(CF1)와 제1 필터(CF1)의 타단과 제1 바이어스 생성기(240) 사이에 연결되는 로우 패스 필터(211)를 포함할 수 있다.
로우 패스 필터(211)는 하기할 제1 바이어스 생성기(240)에 의해 전하량이 펌핑되어 많은 노이즈를 포함하고 있는 센서 바이어스 전압에 대한 필터링 기능을 수행하고, 필터링된 센서 바이어스 전압을 제1 패드(300)를 통해 마이크로폰 센서(100)로 전달한다. 이를 위하여, 로우 패스 필터(210)는 제1 바이어스 생성기(240)에서 제공되는 바이어스 전압에 대하여 저주파수(Low Frequency)만을 통과(Pass) 시키기 위한 구성을 가질 수 있으며, 도 2에 표시된 RC 회로가 대표적으로 예시될 수 있다.
제2 필터부(220)는 제2 패드(400)로부터 유입되는 제2 잡음을 필터링하기 위하여 제2 필터(CF2)로 구성될 수 있다.
제2 필터(CF2)는 일단이 전압 버퍼(230)의 출력단과 제1 필터부(210)에 연결되고 타단이 제2 패드(400)와 전압 버퍼(230)의 입력단에 연결되며, 커패시터로 구성될 수 있다.
제1 필터(CF1)와 제2 필터(CF2)는 서로 연결될 수 있고, 제1 필터(CF1)와 제2 필터(CF2)가 서로 연결되는 라인에 하기할 전압 버퍼(230)의 출력단이 연결될 수 있다. 전압 버퍼(230)의 출력단은 낮은 임피던스를 가지므로, 고주파수로 구성되는 제1 잡음과 제2 잡음이 상기한 제1 필터(CF1) 또는 제2 필터(CF2)를 통해 전압 버퍼(230)로 흘러갈 수 있는 경로가 형성된다.
즉, 제1 필터(CF1)는 제1 패드(300)로부터 유입되고 고주파수 성분을 가지는 제1 잡음이 통과할 수 있는 경로를 형성함으로써 제1 잡음을 필터링하고, 제2 필터(CF2)는 제2 패드(400)로부터 유입되고 고주파수 성분을 가지는 제2 잡음이 통과할 수 있는 경로를 형성함으로써 제2 잡음을 필터링할 수 있다.
제1 필터(CF1)는 제1 잡음을 필터링하기 위하여 저항 또는 커패시터로 구성될 수 있고, 이 때 제1 필터(CF1)가 가지는 저항 또는 커패시턴스 값은 마이크로폰 시스템이나 잡음 환경에 따라 설계자가 유동적으로 설정할 수 있다. 도 2에서 제1 필터(CF1)는 커패시터로 구성된 것을 예시한다.
따라서 제1 잡음은 제1 패드(300)를 통해 리드아웃 회로(200)에 유입되더라도, 상기한 로우 패스 필터(210)와 제1 필터(CF1)를 통하여 전압 버퍼(230)의 출력단을 통해 외부로 바로 배출된다. 이로써 고주파수의 제1 잡음이 리드아웃 회로(200) 내에서 복조화되어 음성 신호에 영향을 미치기 전에 필터링 됨으로써 외부 잡음에 의한 마이크로폰 시스템의 센싱 기능 열화를 방지할 수 있다.
제2 필터(CF2)는 제2 잡음을 필터링 하고, 마이크로폰 센서(100)를 통해 제공되는 저주파수의 센싱 데이터에 대해 오픈된 회로로 작동하기 위하여 커패시터로 구성됨이 바람직하다. 제2 필터(CF2)가 커패시터로 구성됨에 의하여, 저주파수 특성을 가지는 음성 데이터로서의 센싱 데이터는 제2 필터(CF2)에 의해 전압 버퍼(230)로 바로 흐르게 되어 증폭될 수 있다.
즉, 제2 잡음 이나 센싱 데이터가 동일하게 제2 패드(400)로부터 유입되더라도 주파수 영역대에 따라 다른 경로를 갖게 됨으로써 제2 잡음에 대한 필터링이 가능하게 된다.
이 때 제2 필터(CF2)가 가지는 커패시턴스 값은 마이크로폰 시스템이나 잡음 환경에 따라 설계자가 유동적으로 설정할 수 있다.
따라서 제2 잡음이 제2 패드(400)를 통해 리드아웃 회로(200)에 유입되더라도, 상기한 제2 필터(CF2)를 통하여 전압 버퍼(230)의 출력단을 통해 외부로 바로 배출된다. 이로써 고주파수의 제2 잡음이 리드아웃 회로(200) 내에서 복조화되어 음성 신호에 영향을 미치기 전에 필터링 함으로써 외부 잡음에 의한 마이크로폰 시스템의 센싱 기능 열화를 방지할 수 있다.
리드아웃 회로(200)는 전압 버퍼(230)로부터 피드백되는 신호에 따라 제1 필터부(210)에 포함되는 제1 필터(CF1)의 그 시정수를 제어하기 위한 제어부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 제어부(미도시)는 전압 버퍼(230) 및 제1 필터(210)와 연결되고, 전압 버퍼(230)의 출력에 대응하여 제1 필터(CF1)의 커패시턴스 값을 조절함으로써 리드아웃 회로(200)의 신호대비잡음비율(SNR)을 향상 시킬 수 있다.
전압 버퍼(230)는 마이크로폰 센서(100)로부터 제공되는 센싱 데이터를 증폭하고, 제1 잡음 또는 제2 잡음을 배출할 수 있다.
전압 버퍼(230)는 제2 단자(400)를 통해 마이크로폰 센서(100)로부터 제공된 센싱 데이터에 대하여 전압 이득이 1 또는 그 이하인 소스 팔로워로서 버퍼 역할을 수행하여 센싱 데이터를 증폭하여 외부에 제공할 수 있다.
전압 버퍼(230)의 입력단은 제2 패드(400) 및 제2 필터부(220)에 연결되어 센싱 데이터를 수신한다. 전압 버퍼(230)의 출력단은 리드아웃 회로(200)의 출력단과 제1 필터부(210) 및 제2 필터부(220)에 연결되어 증폭된 센싱 데이터를 외부(OUT)에 제공하거나 제1 잡음 또는 제2 잡음을 수신하여 접지 단자를 통해 배출한다.
전압 버퍼(230)는 그 특성상 입력 임피던스가 높고 출력 임피던스가 매우 낮은데, 이러한 특징에 의하여 상기한 필터부(220)를 통과한 제1 잡음과 제2 잡음은 외부(OUT)로 흘러가지 않고, 전압 버퍼(230)의 출력단으로 유입되어 전압 버퍼(230)의 접지 단자로 배출된다.
전압 버퍼(230)는 상기한 기능을 수행하기 위하여, 동작 전압(VDD)에 대응하여 일정한 크기의 전류를 제공하는 전류원(CS), 필터부(220)에 연결되고 제1 잡음 또는 제2 잡음을 배출하는 트랜지스터(M1)를 포함할 수 있다.
전류원(CS)은 전압 버퍼(230)의 센싱 데이터에 대한 증폭 기능을 수행하기 위한 동작 전압(VDD)을 수신하여 일정한 전류로 전압 버퍼(230)의 내부에 제공한다.
트랜지스터(M1)는 전압 버퍼(230)의 입력단으로부터 입력되는 센싱 데이터를 증폭하고, 전압 버퍼(230)의 출력단으로부터 입력되는 제1 잡음 또는 제2 잡음을 접지 단자로 배출한다. 이를 위하여, 트랜지스터(M1)는 게이트가 제2 필터부(220) 및 제2 패드(400)에 연결되고, 드레인이 접지 단자와 연결되며 소스가 전류원(CS)에 연결되는 PMOS 트랜지스터로 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로폰 시스템을 나타낸 도면이다. 도 3에서 도 1 및 도 2와 중복되는 구성과 기능에 대한 기재는 생략한다.
도 4는 도 3의 실시예를 보다 상세하게 나타낸 도면이다. 도3과 도 4를 참조하면, 도 1의 실시예와 달리 제3 필터부(260)을 더 포함하는 것을 알 수 있다. 제3 필터부(260)는 제1 필터부(210)를 통해 필터링된 제1 잡음 또는 제2 필터부(220)를 통해 필터링된 제2 잡음을 다시 필터링 한다.
보다 상세하게, 제3 필터부(260)는 일단이 접지되고 타단이 제1 필터부(210)와 제2 필터부(220)에 연결되는 제3 필터(CF3), 제3 필터(CF3)의 타단과 전압 버퍼(230)의 사이에 배치되는 제1 저항(R1) 및 제3 필터(CF3)의 타단과 리드아웃 회로(200)의 출력단에 연결되는 제2 저항(R2)을 포함할 수 있다.
제3 필터부(260)는 제2 필터(CF3)와 저항들(R1, R2)을 통해, 제1 필터부(210)나 제2 필터부(220)를 통과하는 고주파수의 잡음이나 전압 버퍼(230)에서 출력되는 고주파수의 잡음을 필터링한다.
제3 필터부(260)에는 리드아웃 회로(200)의 출력단에 연결되는 정전기(Electrostatic Discharge) 방지 회로(ESD1, ESD2)의 PN 결합으로 인한 고주파수 잡음의 복조화를 최소화하기 위하여 ESD1과 ESD2가 분리하여 배치된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로폰 시스템을 나타낸 도면이다. 도 5에서 도 1 및 도 2와 중복되는 구성과 기능에 대한 기재는 생략한다.
도 5를 참조하면, 제1 필터부(210)와 제2 필터부(220)가 서로 분리된 채로 구비되고, 분리 버퍼(270)가 추가로 포함될 수 있다.
도 1 및 도 2의 실시예에 따른 마이크로폰 시스템은 제1 패드(300)로부터 유입되는 제1 잡음과 제2 패드(400)로부터 유입되는 제2 잡음이 흐르는 경로가 전압 버퍼(230)의 입력단으로 흐르는 과정에서 같은 라인을 따르게 된다. 따라서 제1 필터부(210)나 제2 필터부(220)가 필터링을 수행하는 과정에서 연결된 다른 패드나 다른 필터에 의한 간섭이 발생할 수 있다.
각 패드 또는 각 필터에 의한 간섭에 대해 좀더 개선된 특징을 가지기 위하여 도 5의 실시예에서는, 제1 잡음을 필터링하는 제1 필터부(210)와 제2 잡음을 필터링하는 제2 필터부(220)가 서로 직접 연결되지 않고 분리되며, 제1 필터부(210)와 제2 필터부(220)사이의 전압 환경을 분리하기 위한 분리 버퍼(270)가 제1 필터부(210)와 제2 필터부(220) 사이에 배치될 수 있다.
보다 상세하게, 분리 버퍼(270)의 입력단은 전압 버퍼(230)의 출력단과 제2 필터부(220)에 연결되고, 분리 버퍼(270)의 출력단은 제1 필터부(210)에 연결될 수 있다.
분리 버퍼(270)는 제1 패드(300)와 제2 패드(400) 간의 간섭을 방지하기 위하여 임피던스가 낮은 출력단이 제1 필터부(210)에 연결되고, 임피던스가 높은 입력단이 제2 필터부(220)에 연결될 수 있다. 이를 통해, 제1 필터부(210)를 통해 필터링된 제1 잡음은 임피던스가 낮은 분리 버퍼(270)의 입력단을 통해 분리 버퍼(270)에 유입되지만, 제2 필터부(220)를 통해 필터링된 제2 잡음은 임피던스가 높은 분리 버퍼(270)의 출력단에 의하여 분리 버퍼(270)에 유입되지 못하고, 전압 버퍼(230)의 출력단으로 흐르게 된다.
따라서 분리 버퍼(270)는 입력 임피던스가 높고 출력 임피던스가 낮은 구조를 갖는 다양한 형태로 구성될 수 있고, 전압 이득은 1 이상일 수 있다. 또한, 전압 버퍼(230)와 마찬가지로 유입되는 잡음을 외부로 배출하기 위한 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기한 분리 버퍼(270)에 의하여 제1 필터부(210)와 제2 필터부(220)는 다른 패드로부터 제공되는 잡음에 의한 간섭을 받지 않고 필터링을 수행할 수 있게 되어, 마이크로폰 시스템의 필터링 기능이 강화되는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 센서 바이어스 전압을 통해 음압의 변화를 감지하고 센싱 데이터를 생성하는 마이크로폰 센서;
    상기 마이크로폰 센서가 동작하기 위한 상기 센서 바이어스 전압을 제공하고, 상기 센싱 데이터를 제공받아 출력하는 리드아웃 회로;
    상기 마이크로폰 센서와 상기 리드아웃 회로를 연결하고 상기 센서 바이어스 전압이 통과하는 제1 패드; 및
    상기 마이크로폰 센서와 상기 리드아웃 회로를 연결하고 상기 센싱 데이터가 통과하는 제2 패드; 를 포함하고,
    상기 리드아웃 회로는
    상기 센서 바이어스 전압을 필터링하고 상기 제1 패드로부터 유입되는 제1 잡음을 필터링하는 제1 필터부;
    상기 제2 패드로부터 유입되는 제2 잡음을 필터링하는 제2 필터부; 및
    상기 센싱 데이터를 증폭하고, 상기 제1 잡음 또는 상기 제2 잡음을 배출하는 전압 버퍼; 를 포함하는 마이크로폰 시스템.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 리드아웃 회로는
    기준 전압을 증폭하여 상기 센서 바이어스 전압을 생성하는 제1 바이어스 생성기;
    기준 전류를 이용하여 상기 전압 버퍼에 버퍼 바이어스 전압을 제공하는 제2 바이어스 생성기; 를 더 포함하는 마이크로폰 시스템.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 제1 필터부는
    상기 제1 패드와 상기 제1 바이어스 생성기에 연결되는 마이크로폰 시스템.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 제1 필터부는
    일단이 상기 전압 버퍼의 출력단과 상기 제2 필터부에 연결되고 타단이 상기 제1 패드에 연결되고 저항 또는 커패시터로 구성되는 제1 필터; 및
    상기 제1 필터의 타단과 상기 제1 바이어스 생성기 사이에 연결되는 로우 패스 필터; 를 포함하는 마이크로폰 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 필터는 상기 제1 잡음을 필터링하고,
    상기 로우 패스 필터는 상기 센서 바이어스 전압을 필터링하는 마이크로폰 시스템.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 제2 필터부는
    일단이 상기 전압 버퍼의 출력단과 상기 제1 필터부에 연결되고 타단이 상기 제2 패드와 상기 전압 버퍼의 입력단에 연결되며, 커패시터로 구성되는 제2 필터를 포함하는 마이크로폰 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 전압 버퍼의 입력단은 상기 제2 패드 및 상기 제2 필터부와 연결되고,
    상기 전압 버퍼의 출력단은 상기 제1 필터부, 상기 제2 필터부 및 상기 리드아웃 회로의 출력단에 연결되는 마이크로폰 시스템.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 전압 버퍼는
    동작 전압에 대응하여 일정한 크기의 전류를 제공하는 전류원; 및
    상기 제1 잡음 또는 상기 제2 잡음을 배출하는 트랜지스터; 를 포함하는 마이크로폰 시스템.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 트랜지스터는
    PMOS 트랜지스터인 마이크로폰 시스템.
  10. 제8 항에 있어서, 상기 트랜지스터는
    상기 제2 필터부 및 상기 제2 패드에 연결된 게이트, 상기 제1 잡음 또는 상기 제2 잡음이 배출되는 접지 단자와 연결되는 드레인 및 상기 전류원에 연결되는 소스로 구성되는 마이크로폰 시스템.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 전압 버퍼는
    전압 이득이 1 또는 그 이하인 소스 팔로워인 마이크로폰 시스템.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 필터부를 통해 필터링된 상기 제1 잡음 또는 상기 제2 필터부를 통해 필터링된 상기 제2 잡음을 다시 필터링하는 제3 필터부; 를 더 포함하는 마이크로폰 시스템.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 제3 필터부는
    일단이 접지되고 타단이 상기 제1 필터부와 상기 제2 필터부에 연결되는 제3 필터;
    상기 제3 필터의 타단과 상기 전압 버퍼의 사이에 연결되는 제1 저항; 및
    상기 제3 필터의 타단과 상기 리드아웃 회로의 출력단 사이에 연결되는 제2 저항; 을 포함하는 마이크로폰 시스템.
  14. 센서 바이어스 전압을 통해 음압의 변화를 감지하고 센싱 데이터를 생성하는 마이크로폰 센서;
    상기 마이크로폰 센서가 동작하기 위한 상기 센서 바이어스 전압을 제공하고, 상기 센싱 데이터를 제공받아 출력하는 리드아웃 회로;
    상기 마이크로폰 센서와 상기 리드아웃 회로를 연결하고 상기 센서 바이어스 전압이 통과하는 제1 패드; 및
    상기 마이크로폰 센서와 상기 리드아웃 회로를 연결하고 상기 센싱 데이터가 통과하는 제2 패드; 를 포함하고,
    상기 리드아웃 회로는
    상기 제1 패드와 상기 제2 패드의 전압 환경을 분리하기 위한 분리 버퍼;
    상기 센서 바이어스 전압을 필터링하고 상기 제1 패드로부터 유입되는 제1 잡음을 필터링하는 제1 필터부;
    상기 제2 패드로부터 유입되는 제2 잡음을 필터링하는 제2 필터부; 및
    상기 센싱 데이터를 증폭하는 전압 버퍼; 를 포함하는 마이크로폰 시스템.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 분리 버퍼는 필터링된 상기 제1 잡음을 배출하고,
    상기 전압 버퍼는 필터링된 상기 제2 잡음을 배출하는 마이크로폰 시스템.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 분리 버퍼의 입력단은 상기 전압 버퍼의 출력단과 상기 제2 필터부에 연결되고,
    상기 분리 버퍼의 출력단은 상기 제1 필터부에 연결되는 마이크로폰 시스템.
  17. 제14 항에 있어서, 상기 제1 필터부는
    상기 제1 패드 및 상기 분리 버퍼의 입력단에 연결되는 마이크로폰 시스템.
  18. 제14 항에 있어서, 상기 제2 필터부는
    일단이 상기 분리 버퍼 및 상기 전압 버퍼의 출력단과 연결되고, 타단이 상기 제2 패드 및 상기 전압 버퍼의 입력단에 연결되는 마이크로폰 시스템.
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