KR20070072743A - 콘덴서 마이크로폰과 그를 실장하는 이동 통신 단말기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정전압 바이어스 회로를 내장하는 콘덴서 마이크로폰에 관한 것으로, 상기 콘덴서 마이크로폰은 :

음원에 따라 진동하는 진동판과; 상기 진동판에 대향하는 위치에 배치된 백플레이트와; 상기 진동판과 백플레이트간의 정전용량 변화에 따른 신호 출력을 증폭시키기 위한 전계효과 트랜지스터와; 상기 전계효과 트랜지스터에서 출력되는 신호에 포함되어 있는 고주파 노이즈를 제거하기 위한 칩 커패시터와; 상기 칩 커패시터와 터미널 단자 사이에 접속되어 상기 트랜지스터의 임피던스 편차에 상관없이 바이어스 전압을 일정하게 유지시키기 위한 정전압 바이어스 회로;를 포함함으로서, 콘덴서 마이크로폰 내부의 DC 저항값 변화에 관계없이 거의 일정하게 콘덴서 마이크로폰의 내부 DC 저항값을 유지시켜, 결과적으로 콘덴서 마이크로폰을 내장한 모든 전자기기의 음성 품질을 동일하게 유지할 수 있는 장점이 있다.

콘덴서, 마이크로폰, 정전압 바이어스.

Description

콘덴서 마이크로폰과 그를 실장하는 이동 통신 단말기{Condenser Microphone and Mobile Terminal Having The Microphone}

도 1은 일반적인 콘덴서 마이크로폰의 내부 회로도.

도 2는 제조되는 콘덴서 마이크로폰들의 DC 저항값 측정 분포 예시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰의 개요를 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰의 전기적인 회로도.

도 5는 도 4의 등가회로도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰들의 DC 저항값 측정 분포 예시도.

본 발명은 콘덴서 마이크로폰에 관한 것으로, 특히 정전압 바이어스 회로를 내장하는 콘덴서 마이크로폰 및 그를 포함하는 이동 통신 단말기에 관한 것이다.

마이크로폰의 종류는 다이나믹 마이크로폰(Dynamic Microphone)과 콘덴서 마이크로폰(Condenser Microphone)이 있다.

다이나믹 마이크로폰의 대표적인 것으로는 음파에 의하여 도체가 진동하면 그 진동으로 인해 전류가 출력되는 가동코일(moving coil) 마이크로폰이 있다. 이는 가격이 싸고 동작의 안정성 및 견고성이 우수하여 사용이 용이하며 공진 주파수가 낮은 곳에서만 사용된다.

이에 반하여 콘덴서 마이크로폰은 평판전극을 마주 보게 한 콘덴서의 원리를 응용한 것으로, 극판의 한쪽을 진동판으로 하고 소리에 의해서 이 판이 진동하면 콘덴서의 용량이 변하게 되어 축적 전하가 변하고 그에 따른 전류가 흐르는 방식으로 안정성과 주파수 특성이 매우 우수하다는 장점을 가진다.

도 1은 일반적인 콘덴서 마이크로폰의 내부 회로도를 도시한 것이며, 도 2는 제조되는 콘덴서 마이크로폰들의 DC 저항값 측정 분포도를 각각 예시한 것이다.

콘덴서 마이크로폰은 내부 FET 임피던스에 따라 DC 저항값이 변하는 특성을 갖는다. FET의 임피던스 차이는 콘덴서 마이크로폰의 주요 구성품인 FET 자체의 특성에 기인한다. 즉, 도 1에 도시한 저항(R)값의 차이로 인해 콘덴서 마이크로폰 자체의 DC 저항값이 차이가 나는 것이다. 제조공정에서 콘덴서 마이크로폰의 DC 저항값 차이를 측정해 본 결과 도 2에 기재한 바와 같이 1.2㏀에서 1.9㏀의 값을 가지는 것으로 조사되었다.

이와 같이 콘덴서 마이크로폰마다 서로 다른 DC 저항값을 가지게 되면 외부 회로에서 동일한 바이어스 전압을 인가하더라도, 각각의 콘덴서 마이크로폰 마다 실제 인가되는 바이어스 전압이 달라지기 때문에, 결과적으로 동일한 음원이 인가되더라도 콘덴서 마이크로폰을 적용한 전자기기 마다 송신음의 크기가 달라지는 문 제가 발생하게 된다.

이에 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 제조되는 각 콘덴서 마이크로폰들의 DC 저항값 편차가 크더라도 전체적인 저항값의 변동폭을 줄여 동일한 출력을 얻을 수 있는 콘덴서 마이크로폰을 제공함에 있다.

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 제조되는 각 콘덴서 마이크로폰들의 DC 저항값 편차가 크더라도 전체적인 저항값의 변동폭을 줄여 동일한 출력을 얻을 수 있는 콘덴서 마이크로폰을 실장한 이동 통신 단말기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰은,

음원에 따라 진동하는 진동판과;

상기 진동판에 대향하는 위치에 배치된 백플레이트와;

상기 진동판과 백플레이트간의 정전용량 변화에 따른 신호 출력을 증폭시키기 위한 전계효과 트랜지스터와;

상기 전계효과 트랜지스터에서 출력되는 신호에 포함되어 있는 고주파 노이즈를 제거하기 위한 칩 커패시터와;

상기 칩 커패시터와 터미널 단자 사이에 접속되어 상기 트랜지스터의 임피던스 편차에 상관없이 바이어스 전압을 일정하게 유지시키기 위한 정전압 바이어스 회로;를 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

우선 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰의 개요를 설명하기 위한 도면을 도시한 것이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰의 전기적인 회로도를, 그리고 도 5는 도 4의 등가 회로도를 각각 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 참조부호 10은 케이스체를 나타낸 것으로 그 일면에 음파유입구가 형성되면서 대개 알루미늄으로 형성되어 해당하는 콘덴서 마이크로폰의 구성요소를 밀봉 압착하여 외부로부터의 이물질 유입을 방지함과 더불어, 외부로부터의 전기적 잡음의 유입을 방지하는 보호캡의 기능을 한다.

참조부호 12로 표시된 진동판은 대개 PET 또는 PPS 필름에 Ni를 진공 증착하여 형성되어 후술하는 백플레이트와 미세한 간격을 유지한 상태에서 음파에 의해 진동하여 거리변화를 일으키면 그 거리변화가 전기적인 정전용량의 변화로 일어나도록 하는 작용을 한다.

참조부호 14로 표시된 백플레이트는 예컨데, SUS판에 FEP 필름이 접착된 패널을 프레스금형으로 타발하여 제조하게 되고, 통상적으로 수 KV의 고전압으로 대전되어 배극판 역할을 행하게 되는바, 그 대전 전위는 해당하는 콘덴서 마이크로폰의 감도를 결정하며 그 현상이 '일렉트릿(eletret)'으로 참조된다.

참조부호 16으로 표시된 진동판지지링(Polar ring)은 예컨데 SUS304패널을 프레스 금형으로 타발하여 제조하게 되고, 통상적으로 상기 진동판(12)의 지지를 위해 사용된다.

참조부호 18로 표시된 스페이서는 상기 진동판(12)과 상기 백플레이트(14) 사이에 개재되어 상호 일정한 간격을 유지시키는 간극체 역할 및 전기절연체 역할을 하게 되고, 대개 PET필름을 프레스금형으로 타발하여 제조하게 된다.

참조부호 20으로 표시된 링형상 커넥터는 후술하는 전계효과트랜지스터(FET)의 게이트와 상기 백플레이트(14)를 전기적으로 연결시킨다. 일반적으로 황동을 프레스 타발하고 나서 금으로 도금하여 제조한다.

참조부호 22로 표시된 배극홀더(I.R ring)는 상기 백플레이트와 상기 링형상 커넥터(20)와 조립되어 기구적 지지물 및 절연체로서 작용하고 바람직하게 ABS 재질로 사출성형해서 제조한다.

참조부호 24로 표시된 FET는 전기적 용량변화를 임피던스의 변화로 결과시켜 후단의 증폭기에 변화신호를 전달하는 임피던스 컨버터로서 기능한다.

참조부호 26으로 표시된 칩커패시터(Chip Capacitor)는 상기 FET의 소오스와 드레인 사이에 접속되어 외부로부터 유입되는 고주파 잡음을 감쇄시키는 작용을 한다.

참조부호 28로 표시된 PCB는 해당하는 콘덴서 마이크로폰의 후면 커버 및 출력단자 역할을 행하고 그 용도에 따라 접촉형과 핀형, 납땜형으로 구성된다.

참조부호 30은 본 발명의 실시예에 따른 바이어스 저항(R1,R2)들을 나타낸 것이다.

상술한 구성을 가지는 콘덴서 마이크로폰의 전기적인 회로도와 그 등가회로 도를 도시한 것이 각각 도 4와 도 5에 도시되어 있다.

도 4를 참조해 보면, 본 발명의 실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰은 일반 콘덴서 마이크로폰(A)의 구성에 정전압 바이어스 회로(B)를 결합한 구성을 갖는다.

일반 콘덴서 마이크로폰(A)의 구성은 이미 공지되어 있는 바와 같이 음원에 따라 진동하는 진동판(12)과, 상기 진동판(12)에 대향하는 위치에 배치된 백플레이트(14), 그리고 상기 진동판(12)과 백플레이트(14)간의 정전용량 변화에 따른 신호 출력을 증폭시키기 위한 전계효과 트랜지스터(JFET) 및 상기 전계효과 트랜지스터에서 출력되는 신호에 포함되어 있는 고주파 노이즈를 제거하기 위한 칩 커패시터(C1,C2)들을 포함한다.

정전압 바이어스 회로(B)는 상기 칩 커패시터(C1,C2)와 터미널 단자 사이에 접속되어 상기 트랜지스터(JFET)의 임피던스 편차에 상관없이 바이어스 전압을 일정하게 유지시키기 위한 것으로서 저항 R1과 R2로 구성된다. 상기 저항 R1은 기존 콘덴서 마이크로폰(A) 회로와 병렬로 접속되고, 저항 R2는 기존 콘덴서 마이크로폰(A)회로와 직렬로 접속되는 구조를 갖는다.

이와 같이 정전압 바이어스 회로가 내장된 콘덴서 마이크로폰의 전기적인 회로를 등가회로로 도시한 것이 도 5에 도시되어 있다. 도 5를 참조해 보면, 본 발명의 실시예에 따른 정전압 바이어스 회로가 내장된 콘덴서 마이크로폰은 크게 콘덴서 마이크로폰의 전체 저항(Rc_mictotal)과 정전압 바이어스 저항(R1,R2)들로 간략화될 수 있다.

상술한 바와 같은 전기적인 회로를 가지는 콘덴서 마이크로폰에서는 음파유 입구를 통해 음파가 진동판(12)에 전달되어 그 진동판(12)이 변위되면, 콘덴서를 구성하는 그 진동판(12)과 백플레이트(14) 사이에서 정전용량이 변화된다. 진동판(12)의 작용에 의거한 콘덴서의 전기적 출력은 JFET에 의한 임피던스 변환을 통해 증폭되고, 그 증폭된 출력은 PCB(28)상에 정의되는 터미널 단자 사이에 나타나게 된다.

이하 상술한 구성을 가지는 정전압 바이어스 회로가 내장된 콘덴서 마이크로폰의 DC 저항값(

)을 산출해 보기로 한다. 참고적으로 정전압 바이어스 회로가 내장된 콘덴서 마이크로폰의 DC 저항값(

)은 하기 수학식 1에 의거하여 산출될 수 있다.

우선 콘덴서 마이크로폰의 전체 저항(Rc_mictotal)의 범위가 1㏀ ∼ 2㏀이고, 정전압 바이어스 회로가 내장된 콘덴서 마이크로폰의 DC 저항값을 1.5㏀으로 고정할 경우, 바이어스 저항값 R1을 12㏀, R2를 1.7㏀으로 결정하면 Rc_mictotal이 각각 1㏀과 2㏀ 일때 각각

은 1.503㏀과 1.515㏀의 결과가 나온다.

즉, 일반 콘덴서 마이크로폰에 정전압 바이어스 회로를 내장함으로서, 기존 DC 저항값의 오차가 100%에서 약 1%대로 낮출 수 있다는 것을 알 수 있다. 이와 같이 정전압 바이어스 회로를 콘덴서 마이크로폰에 부가하면 각각의 정전압 바이어스 회로가 내장된 콘덴서 마이크로폰에 걸리는 바이어스 전압은 동일하게 된다. 따라서 정전압 바이어스 회로를 부가한 콘덴서 마이크로폰을 적용한 전자기기는 기기마다 오차가 없는 동일한 크기의 신호음을 출력할 수 있게 되는 것이다.

참고적으로 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰들의 DC 저항값 측정 분포도를 예시한 것이다. 보다 구체적으로 도 6의 도표 1은 정전압 바이어스 회로가 부가되기 전의 일반 콘덴서 마이크로폰의 DC 저항값 분포를 나타낸 것이고, 도표 2는 본 발명의 실시예에 따라 정전압 바이어스 회로를 적용한 콘덴서 마이크로폰의 DC 저항값 분포도를 나타낸 것이다. 도 6의 도표 2를 참조해 볼때, 본 발명의 실시예에 따른 콘덴서 마이크로폰의 전체 DC 저항값이 1.5㏀에서 ±1%의 오차 범위내에 들어오는 것을 알 수 있었다. 이는 곧 콘덴서 마이크로폰 내부의 DC 저항값 변화에 관계없이 거의 일정하게 콘덴서 마이크로폰의 전체 DC 저항값을 유지시키기 때문에, 결과적으로 콘덴서 마이크로폰에 걸리는 바이어스 전압은 일정하게 유지되고 그로 인해 동일한 크기의 신호음을 얻을 수 있게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 콘덴서 마이크로폰 내부에 정전압 바이어스 회로를 내장함으로서, 콘덴서 마이크로폰 내부의 DC 저항값 변화에 관계없이 거의 일정하게 콘덴서 마이크로폰의 내부 DC 저항값을 유지시켜, 결과적으로 콘덴서 마이크로폰을 내장한 모든 전자기기의 음성 품질을 동일하게 유지할 수 있는 장점이 있다.

한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적 인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

1. 음원에 따라 진동하는 진동판과;

   상기 진동판에 대향하는 위치에 배치된 백플레이트와;

   상기 진동판과 백플레이트간의 정전용량 변화에 따른 신호 출력을 증폭시키기 위한 전계효과 트랜지스터와;

   상기 전계효과 트랜지스터에서 출력되는 신호에 포함되어 있는 고주파 노이즈를 제거하기 위한 칩 커패시터와;

   상기 칩 커패시터와 터미널 단자 사이에 접속되어 상기 트랜지스터의 임피던스 편차에 상관없이 바이어스 전압을 일정하게 유지시키기 위한 정전압 바이어스 회로;를 포함함을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 정전압 바이어스 회로는,

   상기 칩 커패시터와 각각 직렬 및 병렬 접속되는 바이어스 저항 R1,R2를 포함함을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 콘덴서 마이크로폰을 실장함을 특징으로 하는 이동 통신 단말기.

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