KR101783191B1

KR101783191B1 - Ｍｅｍｓ 마이크로폰들에 대한 디지털 음향 저주파수 응답 제어

Info

Publication number: KR101783191B1
Application number: KR1020157025103A
Authority: KR
Inventors: 존 매튜 무자; 필립 션 스텟슨; 다빈 루더 유크니스; 조셉 알. 피츠제럴드
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2017-09-29
Also published as: CN105230047A; US9344809B2; CN105230047B; US20140270273A1; KR20150119272A; WO2014152786A1

Abstract

MEMS 마이크로폰들의 저주파수 응답을 제어 및 조정하기 위한 시스템 및 방법. 시스템은 MEMS 마이크로폰, 제어기, 및 메모리를 포함한다. MEMS 마이크로폰은 멤브레인 및 복수의 공기 배출구들을 포함한다. 멤브레인은 멤브레인에 작용하는 음압들이 멤브레인의 움직임을 야기하도록 구성된다. 복수의 공기 배출구들은 멤브레인에 근접하게 배치된다. 복수의 공기 배출구들의 각각의 공기 배출구는 열림 위치 또는 닫힘 위치에 선택적으로 위치되도록 구성된다. 제어기는 닫힘 위치에 놓일 정수의 공기 배출구들을 결정하고, 정수의 공기 배출구들이 닫힘 위치에 놓이게 하고 임의의 나머지 공기 배출구들이 열림 위치에 놓이게 하는 신호를 생성한다.

Description

ＭＥＭＳ 마이크로폰들에 대한 디지털 음향 저주파수 응답 제어{DIGITAL ACOUSTIC LOW FREQUENCY RESPONSE CONTROL FOR MEMS MICROPHONES}

본 특허 출원은 발명의 명칭이 "DIGITAL ACOUSTIC LOW FREQUENCY RESPONSE CONTROL FOR MEMS MICROPHONES"인 2013년 3월 14일에 출원된 미국 가특허 출원 61/782,399으로부터의 우선권을 주장하고, 그의 개시는 그의 전체로 참조로서 여기에 통합된다.

본 발명은 마이크로폰 시스템의 성능을 조정 및 제어하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 저-주파수 사운드들에 응답하여 마이크로폰 시스템의 성능을 조정하는 방법들에 관한 것이다.

마이크로폰 시스템의 성능은 마이크로폰 진동막/멤브레인상에 작용하는 사운드의 주파수에 따라 변할 수 있다. 예를 들면, 마이크로폰 시스템의 구성에 따라, 음압들에 응답하기 위한 마이크로폰 시스템들 능력(즉, 마이크로폰의 감도)은 저주파수들에서 상당히 감소할 수 있다.

이하에 기술된 시스템들 및 방법들은 다수의 주파수들에서 마이크로폰의 응답을 조정 및 제어하기 위한 메커니즘을 제공한다. 더 구체적으로, 이하에 기술된 시스템들 및 방법들은 마이크로폰 진동막/멤브레인에 근접하게 배치된 일련의 공기 배출구들을 제공한다. 개개의 배출구들은 후면 체적에 전달될 수 있는 공기량(즉, 음압)을 제어하기 위해 제어가능하게 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 열리거나 닫히는 공기 배출구들의 수를 제어함으로써, 주어진 주파수에서 음압들에 응답하기 위한 마이크로폰의 능력이 조정될 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명은 MEMS 마이크로폰의 저주파수 응답을 제어하기 위한 마이크로폰 시스템을 제공한다. 마이크로폰 시스템은 MEMS 마이크로폰, 제어기, 및 비일시적 컴퓨터-판독가능 메모리를 포함한다. MEMS 마이크로폰은 멤브레인 및 복수의 공기 배출구들을 포함한다. 멤브레인은 제 1 측면 및 제 2 측면을 갖고, 상기 멤브레인상에 작용하는 상기 음압들이 멤브레인의 움직임을 야기하도록 구성된다. 복수의 공기 배출기들은 멤브레인에 근접하게 배치된다. 복수의 공기 배출구들의 각각의 공기 배출구는 열림 위치 또는 닫힘 위치로 선택적으로 배치되도록 구성된다. 공기는 멤브레인의 제 1 측면과 제 2 측면 사이의 개방된 공기 배출구를 통해 이동할 수 있다. 제어기는 복수의 공기 배출기들에 결합된다. 메모리는, 제어기에 의해 실행될 때, 상기 제어기가 정수의 공기 배출기들이 닫힘 위치에 놓일 것을 결정하고, 정수의 공기 배출구들이 닫힘 위치에 놓이게 하는 신호를 생성하고, 임의의 나머지 공기 배출구들이 열림 위치에 놓이게 하는 명령들을 저장한다.

다른 실시예에서, 본 발명은 MEMS 마이크로폰의 저주파수 응답을 조정하는 방법을 제공한다. MEMS 마이크로폰은 하나의 멤브레인 및 복수의 공기 배출구들을 포함한다. 멤브레인은 제 1 측면 및 제 2 측면을 갖고, 멤브레인상에 작용하는 음압들이 멤브레인의 움직임을 야기하도록 구성된다. 복수의 공기 배출구들은 멤브레인에 인접하게 배치된다. 복수의 공기 배출구들의 각각의 공기 배출구는 열림 위치 또는 닫힘 위치에 선택적으로 배치되도록 구성된다. 공기는 멤브레인의 제 1 측면과 제 2 측면 사이에 열린 공기 배출구를 통해 이동할 수 있다. 복수의 공기 배출구들에 결합된 제어기는 닫힘 위치에 놓일 정수의 공기 배출구들을 결정한다. 제어기는 또한 정수의 공기 배출구들이 닫힘 위치에 놓이게 하고 임의의 나머지 공기 배출구들이 열림 위치에 놓이게 하는 신호를 생성한다.

몇몇 실시예들에서, 복수의 공기 배출구들의 디폴트 위치는 전력이 인가되지 않을 때 열림이다. 이는 최대 공기 흐름이 멤브레인을 바이패싱하는 것을 허용하고 MEMS 구조가 오작동 동안 고압력 공기 분사 압력들에 대해 더 견고하게 한다.

본 발명의 다른 양태들은 상세한 설명 및 첨부하는 도면들을 고려함으로써 명백해질 것이다.

본 발명은 MEMS 마이크로폰의 저주파수 응답을 제어하기 위한 마이크로폰 시스템 및 MEMS 마이크로폰의 저주파수 응답을 조정하는 방법을 제공한다.

도 1은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, MEMS 마이크로폰의 조정가능한 저주파수 응답의 그래프.
도 2a는 MEMS 마이크로폰의 하부 단면도.
도 2b는 도 2a의 MEMS 마이크로폰의 측단면도.
도 3a는 열림 상태에서 도 2a 및 도 2b의 MEMS 마이크로폰의 단일 공기 배출구의 측단면도.
도 3b는 닫힘 상태에서 도 3a의 단일 공기 배출구의 측단면도.
도 4는 도 2a 및 도 2b의 MEMS 마이크로폰에 대한 제어 시스템의 블록도.
도 5는 도 2a 및 도 2b의 MEMS 마이크로폰에 대한 다른 제어 시스템의 블록도.

본 발명의 임의의 실시예들이 상세하게 설명되기 전에, 본 발명은 그의 적용에서 다음의 기술에서 설명되거나 또는 다음의 도면들에 도시된 구성 요소들의 구성 및 배열의 상세들로 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 본 발명은 다른 실시예들일 수 있고 다수의 방식들로 실시되거나 또는 수행된다.

또한, 여기에 사용된 용어 및 전문 용어는 설명을 위한 것이고 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 여기서, "포함하는" 또는 "구비하는" 및 그의 변형들의 사용은 이후에 열거될 항목들 및 그의 동등물들뿐만 아니라 추가적인 항목들을 포함하는 것으로 의도된다. 용어 "장착된", "접속된", 및 "결합된"은 넓게 사용되고 직접 및 간접적인 장착, 접속, 및 결합을 포함한다. 또한, "접속된" 및 "결합된"은 물리적 또는 기계적 접속들 또는 결합들로 제한되지 않고, 직접적이든 간접적이든 전기 접속들 또는 결합들을 포함할 수 있다. 또한, 전자 통신들 및 통지들은 직접 접속들, 무선 접속들 등을 포함하는 다른 알려진 방식들을 사용하여 수행될 수 있다. 공기 배출구의 상태에 관하여 사용될 때 용어 "열림"의 사용은 공기 배출구가 공기 배출구가 제공할 수 있는 최대 가능한 양의 공기 누설을 허용하는 상태에 있다는 것을 의미한다. 또한, 공기 배출구의 상태에 관하여 사용될 때 용어 "닫힘"의 사용은 공기 배출구가 공기 누설을 허용하지 않는 상태들에 있다는 것을 의미한다.

복수의 하드웨어 및 소프트웨어 기반 디바이스들, 및 복수의 상이한 구조의 구성 요소들이 본 발명을 구현하기 위해 이용될 수 있다는 것이 또한 주의되어야 한다. 또한, 및 다음의 단락들에 기술된 바와 같이, 도면들에 도시되는 특정한 구성들은 본 발명의 실시예들을 예시하도록 의도된다. 대안적인 구성들이 가능하다.

마이크로폰의 응답 및 감도는 상이한 주파수들에 대해 변할 수 있다. 마이크로폰 진동막/멤브레인의 변위 크기(및 음압들에 응답하기 위한 마이크로폰의 능력)는 주파수들의 범위에 걸쳐 유사한 감도의 음압들에 대해 완전히 일정하게 유지한다. 그러나, 마이크로폰의 감도는 사운드의 주파수가 너무 높거나 너무 낮을 때 손상된다.

마이크로폰의 저주파수 응답 성능- 및, 특히, 응답 성능에서 점진적인 감소의 시작 주파수-는 가동 멤브레인 뒤의 공기의 후면 체적 및 멤브레인을 통한 효율적인 공기 누설 경로(즉, 멤브레인의 상부면으로부터 마이크로폰의 후면 체적으로 이동할 수 있는 공기/음압의 양 및 속도)에 관련된다. 그러나, MEMS 마이크로폰 시스템들에 고유한 제작 프로세스들 및 패키징 허용 오차들에 의해, 이들 파라미터들은 통계적으로 상당한 변동성을 겪는다. 많은 경우들에서, 저주파수 응답 성능의 변동성은 비교적 클 수 있고 제품 요구 사항들을 초과할 수 있다. 또한, 온도, 주위 압력, 및 습도와 같은 추가적인 요인들은 MEMS 마이크로폰의 저주파수 응답 성능에 또한 영향을 미칠 수 있다.

도 1은 마이크로폰 시스템에 대한 주파수 응답의 그래프이다. 전체 주파수 응답 및 더 구체적으로 마이크로폰 시스템의 저주파수 절점은 마이크로폰 시스템에 사용된 전자 장치들 및 멤브레인과 같은 복수의 요인들에 기초한다. 도 1은 전자 장치 및 멤브레인의 본래의 저주파수 절점들을 도시한다. 마이크로폰 시스템의 저주파수 절점은 본래의 전자 장치 및 멤브레인 저주파수 절점들보다 크다. 이러한 차이는 마이크로폰 시스템의 저주파수 절점이 조정되게 한다.

MEMS 마이크로폰의 저주파수 응답은 공기가 멤브레인의 전면/상부와 후면 체적 사이를 흐르게 하기 위해 공기 배출구(즉, 보조 공기 누설 경로)를 제공함으로써 조정될 수 있다. 공기 배출구를 통한 공기 누설량은 공기 배출구의 총 범위를 거쳐 연속체상의 특정 위치(즉, 유효 개구 크기들)에 대해 단일 공기 배출구의 가동 부재의 변위를 조정함으로써 아날로그 방식으로 제어된다. 그러나, 이러한 아날로그 제어는 공기 배출구의 가동 부재에 정확한, 조정가능한 전압이 인가될 것을 요구한다. 이는 정전기력들에 응답하여 가동 부재의 선형성 역학의 지식을 또한 요구한다. 다시 말해서, 주어진 전압은 제작 프로세스 가변성에 의해 상이한 마이크로폰 시스템들에서 동일한 변위를 생성하지 않을 수 있다.

여기에 기술된 본 발명은 제품 제작 프로세스 후에 판매자 또는 고객/최종 사용자에 의해 저주파수 응답에 대한 미세 크기 범위 조정을 허용하는 디지털 회로 및 MEMS 시스템을 제공한다. 이러한 제작후 측정 및 후속 정정은 현재의 제작 능력들보다 훨씬 엄격한 저주파수 응답의 최종 허용 오차를 산출할 수 있다. 이하에 기술된 시스템들은 사용자가 종단 시스템(예를 들면, 휴대 전화 마이크로폰)에서 마이크로폰 동작 동안 주파수 응답을 조정하는 것을 가능하게 한다. 추가로, 마이크로폰 제어기는 저주파수 공기 임펄스 압력 이벤트를 검출하고 주요 음향 신호의 동적 범위를 자동으로 유지하기 위해 주파수 응답을 조정하도록 프로그램될 수 있다. 이는 최종 사용자 제품 소프트웨어 알고리즘의 성능을 개선하는 우수한 선형성을 허용한다.

또한, 낮은 -3㏈ 절점 주파수를 갖는 마이크로폰들은 일반적으로 구성 요소에 대한 전력이 인가되면 MEMS 진동막/멤브레인이 그의 최종 정상 상태 위치로 안정될 때까지 더 긴 시간 기간이 걸린다. 이러한 성능 균형을 완화하기 위해, 제어가능한 공기 누설 경로는 시동시에 시스템의 훨씬 더 빠른 안정을 가능하게 하고 이후 바람직한 -3㏈ 주파수 절점으로 스위칭한다.

도 2a는 보조 공기 누설 경로의 실질적인 크기가 정수의 배출구들을 완전히 열거나 완전히 닫음으로써 디지털 방식으로 제어되는 MEMS 마이크로폰(200)이다. MEMS 마이크로폰(200)은 원형의, 가동 멤브레인(205), 멤브레인(205)의 둘레 주변에 배치된 16 개의 공기 배출구들(210 내지 225), 고정 백플레이트(230), 및 지지 구조물(235)을 포함한다. 도 2b는 측단면 투시도로부터 도 2a의 동일한 MEMS 마이크로폰을 도시한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 멤브레인(205)은 전면측(206) 및 후면측(208)을 갖는다. 후면 체적(209)은 멤브레인(205) 및 백 플레이트(230) 사이에 존재한다. 멤브레인(205)상에 작용하는 음압들은 화살표(240) 및 화살표(245)의 방향들로 멤브레인(205)의 움직임을 야기한다. 백 플레이트(230)에 관한 멤브레인(205)의 움직임은 멤브레인(205)과 백 플레이트(230) 사이의 정전 용량을 변하게 한다. 이러한 변하는 정전 용량은 멤브레인(205)상에 작용하는 음압들을 나타내는 전기 신호를 생성한다. 공기 배출구들(210 내지 225)은 멤브레인(205)의 전면측(206)과 후면측(208) 사이에 제어가능한 양의 공기 누설을 허용한다. 공기는 하나 이상의 열린 공기 배출구들을 통해 이동할 수 있고 공기 이동은 하나 이상의 닫힌 공기 배출구들로 제한된다. 멤브레인(205) 자체를 통한 공기 누설은 전체 음압과 비교할 때 상대적으로 작다. 그러므로, MEMS 마이크로폰(200)의 저주파수 응답은 복수의 공기 배출구들(210 내지 225)의 이들 보조 공기 누설 경로들에 의해 통제된다. 더 구체적으로, MEMS 마이크로폰(200)의 저주파수 응답은 열리고 닫히는 정수의 공기 배출구들을 제어함으로써 조정된다. 조정가능한 범위는 각각의 공기 배출구의 크기들에 의해 결정되고, 시스템의 분해능은 시스템에서 제어가능한 공기 배출구들의 수에 의해 통제된다. 이들 파라미터들은 시스템의 설계 동안 결정 및 규정될 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 개개의 공기 배출구에 대한 제어 메커니즘(300)의 측단면도이다. 제어 메커니즘(300)은 다층(305), 금속층(310), 실리콘층(315), 산화물층(320), 및 보호용 오버코트("PO") 산화물층(325)을 포함한다. 다층(305)은 아래의 실리콘층(315)에 의해 지지된다. 산화물층(320)은 이들 다층(305)과 금속층(310)을 전기적으로 절연시키기 위해 이들 두 개의 층들 사이에 배치된다. PO 산화물층(325)은 금속층(310) 위에 배치된다. 이러한 예에서, 금속층(310)이 M4이다.

다층(305)이 고정되고 가동되지 않는 반면, 금속층(310)은 가동이고, 몇몇 구성들에서, 변형될 수 있다. 다층(305)은 접지 전압 전위(즉, 0 볼트)로 유지되고, 금속층(310)의 전압은 디지털 제어 신호에 의해 통제된다. 공기 배출구를 닫기 위해, 전압(V_x)이 금속층(310)에 인가된다. 전압(V_x)은 구동(pull-in) 전압보다 크도록 규정된다. 구동 전압은 기계적 저항성을 극복하여 금속층(310)을 제 위치에 고정시키기 위한 금속층(310) 및 다층(305) 사이의 정전기 인력을 위해 필요한 전압이다. 구동 전압이 초과될 때, 금속층(310)은 스냅 다운하고 다층(305)에 접촉하여, 공기 배출구를 밀폐한다. 이와 같이, 공기 배출구가 열린 상태로 유지하기 위해, 구동 전압보다 적은 전압이 금속층에 인가된다(예를 들면, ~0 볼트). 구동 전압의 정확한 값은 금속층(310)의 재료 및 크기 및 금속층(310)에 대한 지지 메커니즘의 설계에 의해 규정된다.

도 3a 및 도 3b는 금속층(310)의 부분들을 서로 결합하는 한 쌍의 스프링들(330)을 포함한다. 이들 스프링들(330)은 금속층(310) 재료의 변형될 수 있는(즉, 구부림 및 휨) 특성을 설명하기 위해 포함된다. 공기 배출구 커버는 물리적 스피링에 의해 금속층(310)에 부착되는 것이 반드시 요구되지는 않는다. 대신, 금속층(310)은 구동 전압이 초과될 때 다층(305)에서 공기 배출구 개구를 덮기 위해 신장되는 고체층일 수 있다. 그러나, 몇몇 다른 실시예들에서, 개별적인 공기 배출구 커버는 스프링들(330) 또는 다른 메커니즘(예를 들면, 앵커들 또는 클램프들)에 의해 금속층(310)에 결합될 수 있다.

도 3a는 열림 위치(즉, 제 1 상태)의 공기 배출구의 일 예이다. 상술된 바와 같이, 이러한 예에서 금속층(310)에 인가된 전압은 구동 전압보다 적다. 금속층(310)과 다층(305) 사이의 정전기 인력이 금속층(310)의 기계적 억제력을 극복하기에 충분히 크지 않기 때문에 공기 배출구는 밀폐되지 않는다.

도 3b는 닫힘 위치(즉, 제 2 상태)의 공기 배출구의 일 예이다. 이러한 예에서 금속층(310)에 인가된 전압은 구동 전압보다 크다. 금속층(310)과 다층(305) 사이의 정전기 인력이 금속층(310)의 기계적 억제력보다 크기 때문에, 공기 배출구는 밀폐된다.

도 4는 마이크로폰 시스템(400)의 시스템 레벨도이다. 마이크로폰 시스템(400)은 MEMS 마이크로폰(200), 제어기(405), 및 비일시적 컴퓨터-판독가능 메모리(410)를 포함한다. 메모리(410)는 제어기(405)에 결합된다. 제어기(405)는 공기 배출구들(210 내지 225)의 각각을 열림 위치 또는 닫힘 위치에 있도록 개별적으로 제어할 수 있다. 제어기(405)는 복수의 공기 배출구들(210 내지 225)에 결합되고 디지털 제어 신호를 공기 배출구들의 각각에 송신한다. 디지털 제어 신호는 공기 배출구들의 각각에 대하여 Bit = 0 상태 또는 Bit = 1 상태를 나타낸다. Bit = 0 상태는 구동 전압보다 적은 전압이 공기 배출구의 금속층(310)에 인가되게 한다. 예를 들면, Bit = 0 상태는 금속층(310)에 인가될 0 볼트의 전압을 초래할 수 있다. 결과로서, 공기 배출구는 열림 위치로 유지된다. 그러나, Bit = 1 상태는 구동 전압 이상의 전압이 각각의 공기 배출구의 금속층에 인가되게 한다. 결과로서, 공기 배출구는 닫힌다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 예들에서, 공기 배출구를 폐쇄하기 위해 공기 배출구의 금속층(310)에 전압이 인가되어야 한다. 이와 같이, 공기 배출구의 디폴트 위치(즉, 전력이 인가되지 않거나 이용가능하지 않을 때)는 열림 위치이다. 결과로서, 전력이 마이크로폰 시스템(400)에 인가되지 않을 때, 모든 공기 배출구는 디폴트/열림 위치에 있다. 이는 최대 공기 흐름이 멤브레인(205)을 바이패스하게 하고 디바이스가 사용중이 아닐 때 고압 공기 분사로부터 멤브레인을 보호할 수 있다.

몇몇 구성들에서, 제어기(405)는 16 개의 개별적인 1-비트 출력 신호들(즉, 각각의 공기 배출구에 대해 하나씩)을 생성하도록 구성된다. 그러나, 다른 구성들에서, 제어기(405)는 공기 배출구들을 제어하는 다비트 코드를 생성한다. 이러한 예에서 제어기(405)는 4-비트 2진 코드(XXXX)에 의해 닫힐 공기 배출구들의 수를 나타낸다. 코드(0000)의 적용은 모든 공기 배출구들(210 내지 225)을 열 것이고 MEMS 마이크로폰(200)에 대한 가장 큰 저주파수 절점을 산출할 것이다. 반대로, 코드(1111)의 적용은 모든 공기 배출구들(210 내지 225)을 닫을 것이고 MEMS 마이크로폰(200)의 가장 낮은 저주파수 절점을 산출할 것이다.

몇몇 구성들에서, 코드의 값은 제작 또는 검사 시간에 결정되고 메모리(410)에 저장된다. 제어기(405)는 코드를 검색하기 위해 메모리(410)에 액세스하고 16 개의 공기 배출구들(210 내지 225)의 각각에 대한 적절한 디지털 제어 신호를 결정한다. 다른 구성들에서, 제어기(405)는 디바이스의 시동시 주변 상태들(예를 들면, 온도) 및 다른 시스템 상태들의 평가를 수행하도록 구성된다. 이러한 평가에 기초하여, 제어기(405)는 디바이스가 파워오프될 때까지 사용되는 적절한 코드를 결정한다.

또 다른 구성들에서, 제어기(405)는 주변 상태들(예를 들면, 온도) 및 마이크로폰 성능을 계속 모니터링하고, 관찰된 상태들에 기초하여 개방할 배출구들의 적절한 수를 결정하고, 마이크로폰의 동작 동안 실시간으로 적절한 코드를 생성한다. 예를 들면, 몇몇 구성들에서, 제어기(405)는 저주파수 공기 임펄스 압력 경우(예를 들면, 차문이 닫힘, 디바이스가 중단됨, 압축된 공기의 공기 분사, 바람 소리, 등)를 검출하도록 구성된다. 이러한 경우가 검출될 때, 제어기(405)는 폐쇄되는 정수의 공기 배출구들을 변경할 수 있다.

도 5는 MEMS 마이크로폰(200)을 포함하는 마이크로폰 시스템(500)의 다른 예이다. 도 4의 마이크로폰 시스템(400)과 유사하게, 마이크로폰 시스템(500)은 제어기(405) 및 메모리(410)를 또한 포함한다. 그러나, 마이크로폰 시스템(500)은 제어기(405)에 결합된 사용자 인터페이스(505)를 또한 포함한다. 사용자 인터페이스를 통해, 사용자는 닫힐 배출구들의 수를 직접 나타낼 수 있다(예를 들면, 상기에 기술된 네 개의 숫자 2진 코드를 입력함으로써). 이러한 구성은 사용자가 마이크로폰 시스템(500)의 동작 동안 MEMS 마이크로폰(200)의 저주파수 응답을 조정하게 한다. 사용자는 태풍과 같은 환경 상태에 대해 보상하기 위해 MEMS 마이크로폰(2)의 저주파수 응답을 조정할 수 있다.

따라서, 본 발명은, 여러 가지들 중에서, 복수의 제어가능한 공기 배출구들을 포함하는 마이크로폰 시스템을 제공하고, 저주파수 응답 성능은 정수의 제어가능한 공기 배출구들을 열거나 닫음으로써 조정될 수 있다. 시스템들 및 방법들이 MEMS 요소와 제어 회로 사이에 요구되는 많은 수의 접속들로 인해 CMOS-MEMS 기술을 참조하여 상기에 기술된다는 것이 주의된다. 그러나, 시스템들은 다른 시스템들 및 예를 들면, 다른 형태들의 MEMS 기술들을 포함하는 플랫폼들에 또한 적용될 수 있다. 본 발명의 다수의 특징들 및 이점들은 다음의 청구항들에 설명된다.

200 : MEMS 마이크로폰 205 : 가동 멤브레인
210 내지 225 : 공기 배출구들 230 : 고정 백플레이트
235 : 지지 구조물

Claims

마이크로폰 시스템에 있어서,
MEMS 마이크로폰으로서,
제 1 측면 및 제 2 측면을 갖는 멤브레인으로서, 상기 멤브레인상에 작용하는 음압들이 상기 멤브레인의 움직임을 야기하도록 구성되는, 상기 멤브레인, 및
상기 멤브레인에 근접하게 배치된 복수의 공기 배출구들로서, 상기 복수의 공기 배출구들의 각각의 공기 배출구는 공기가 상기 멤브레인의 상기 제 1 측면 및 상기 제 2 측면 사이의 열린 공기 배출구를 통해 이동할 수 있도록 열림 위치 및 닫힘 위치에 선택적으로 위치되도록 구성되는, 상기 복수의 공기 배출구들을 포함하는, 상기 MEMS 마이크로폰;
상기 복수의 공기 배출구들에 결합된 제어기; 및
명령들을 저장하는 비일시적 컴퓨터-판독가능 메모리로서, 상기 명령들은, 상기 제어기에 의해 실행될 때, 상기 제어기가,
상기 닫힘 위치에 놓일 정수의 공기 배출구들을 결정하고,
신호를 생성하여,
상기 신호에 응답하여 상기 복수의 공기 배출구들 중 하나 이상의 공기 배출구가 열림 위치로부터 닫힘 위치로 전환하게 하고,
상기 전환 후에 상기 정수의 공기 배출구들이 상기 닫힘 위치에 놓이게 하고 나머지 공기 배출구들이 상기 열림 위치에 놓이게 하는, 상기 비일시적 컴퓨터-판독가능 메모리를 포함하는, 마이크로폰 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 공기 배출구들의 각각의 공기 배출구는 상기 멤브레인에 대해 동일 평면에 배치되는, 마이크로폰 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 메모리에 저장된 상기 명령들이, 상기 제어기에 의해 실행될 때, 상기 제어기가 상기 메모리에 저장된 미리 규정된 정수에 액세스함으로써 상기 닫힘 위치에 놓일 상기 정수의 공기 배출구들을 결정하게 하는, 마이크로폰 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어기에 의해 생성된 상기 신호는 상기 공기 배출구가 상기 닫힘 위치에 놓이는지의 여부를 나타내는 상기 복수의 공기 배출구들의 각각의 공기 배출구에 대한 2진 출력을 포함하는, 마이크로폰 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 복수의 공기 배출구들의 각각의 공기 배출구에 대한 상기 2진 출력은 높은 값 또는 낮은 값을 포함하고, 상기 공기 배출구는 상기 2진 출력이 높은 값을 포함할 때 닫히고, 상기 공기 배출구는 상기 2진 출력이 낮은 값을 포함할 때 열리는, 마이크로폰 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어기에 의해 생성된 상기 신호는 상기 정수의 다수의 숫자 2진 출력 표현을 포함하는, 마이크로폰 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 마이크로폰 시스템은 상기 제어기에 결합된 사용자 인터페이스를 추가로 포함하는, 마이크로폰 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 메모리상에 저장된 상기 명령들은, 상기 제어기에 의해 실행될 때, 상기 제어기가 상기 사용자 인터페이스로부터 수신된 입력에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 닫힘 위치에 놓일 정수의 공기 배출구들을 결정하게 하는, 마이크로폰 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 공기 배출구들의 각각의 공기 배출구는 가동 부재 및 고정 부재를 포함하고, 상기 제어기에 의해 생성된 상기 신호는 상기 가동 부재가 당겨져 상기 고정 부재와 접촉하도록 상기 가동 부재 및 상기 고정 부재 중 적어도 하나에 전압을 인가함으로써 공기 배출구를 닫히게 하는, 마이크로폰 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 공기 배출구들은 전력이 상기 마이크로폰 시스템에 인가되지 않을 때 상기 열림 위치에 놓이도록 구성되는, 마이크로폰 시스템.
MEMS 마이크로폰의 저주파수 응답을 조정하는 방법으로서, 상기 MEMS 마이크로폰은, 제 1 측면 및 제 2 측면을 포함하는 멤브레인을 포함하고, 상기 멤브레인에 작용하는 음압들이 상기 멤브레인의 움직임을 야기하도록 구성되는 상기 멤브레인과, 상기 멤브레인에 근접하게 배치된 복수의 공기 배출구들로서, 상기 복수의 공기 배출구들의 각각의 공기 배출구는 공기가 상기 멤브레인의 상기 제 1 측면 및 상기 제 2 측면 사이에 열린 공기 배출구를 통해 이동할 수 있도록 열림 위치 및 닫힘 위치에 선택적으로 위치되도록 구성되는, 상기 복수의 공기 배출구들을 포함하는, 상기 MEMS 마이크로폰의 저주파수 응답을 조정하는 방법에 있어서,
제어기에 의해, 상기 닫힘 위치에 놓일 정수의 공기 배출구들을 결정하는 단계; 및
상기 제어기에 의해, 신호를 생성하여,
상기 신호에 응답하여 상기 복수의 공기 배출구들 중 하나 이상의 공기 배출구가 열림 위치로부터 닫힘 위치로 전환하게 하고,
상기 전환 후에 상기 정수의 공기 배출구들이 상기 닫힘 위치에 놓이게 하고 나머지 공기 배출구들이 상기 열림 위치에 놓이게 하는 단계를 포함하는, MEMS 마이크로폰의 저주파수 응답을 조정하는 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 닫힘 위치에 놓일 상기 정수의 공기 배출구들을 결정하는 단계는 상기 제어기에 의해 메모리에 저장된 미리 규정된 정수에 액세스하는 단계를 포함하는, MEMS 마이크로폰의 저주파수 응답을 조정하는 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 신호를 생성하는 단계는 상기 공기 배출구가 상기 닫힘 위치에 놓이는지의 여부를 나타내는 상기 복수의 공기 배출구들의 각각의 공기 배출구에 대한 2진 출력을 포함하는, MEMS 마이크로폰의 저주파수 응답을 조정하는 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 복수의 공기 배출구들의 각각의 공기 배출구에 대한 상기 2진 출력은 높은 값 또는 낮은 값을 포함하고, 상기 2진 출력이 높은 값을 포함할 때 상기 공기 배출구는 닫히고, 상기 2진 출력이 낮은 값을 포함할 때 상기 공기 배출구는 열리는, MEMS 마이크로폰의 저주파수 응답을 조정하는 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 신호를 생성하는 단계는 상기 정수의 다수의 숫자 2진 출력 표현을 포함하는, MEMS 마이크로폰의 저주파수 응답을 조정하는 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 닫힘 위치에 놓일 상기 정수의 공기 배출구들을 결정하는 단계는 상기 제어기에 의해 사용자 인터페이스로부터의 입력을 수신하는 단계를 포함하는, MEMS 마이크로폰의 저주파수 응답을 조정하는 방법.
제 11 항에 있어서,
전력이 상기 MEMS 마이크로폰에 인가되지 않을 때, 상기 복수의 공기 배출구들은 상기 열림 위치에 놓이도록 구성되는, MEMS 마이크로폰의 저주파수 응답을 조정하는 방법.