KR20140059242A

KR20140059242A - 엠이엠에스 기기들을 위한 민감도 조절 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20140059242A
Application number: KR1020147007069A
Authority: KR
Inventors: 조단 티. 슐츠; 웨이웬 다이; 피터 브이. 로에퍼트
Original assignee: 노우레스 일렉트로닉스, 엘엘시
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2014-05-15
Also published as: WO2013025914A3; CN103858446A; US9635460B2; CN110944269A; WO2013025914A2; US20130044898A1

Abstract

초소형 전자 기계적 (microelectromechanical (MEMS)) 마이크로폰이 MEMS 모터 그리고 이득 조절 장치를 포함한다. 상기 MEMS 모터는 적어도 진동판 그리고 전하 플레이트를 포함하며, 사운드 에너지를 수신하고 그리고 그 사운드 에너지를 전기적인 신호로 변환하도록 구성된다. 상기 이득 조절 장치는 입력단 및 출력단을 구비하며 그리고 상기 MEMS 모터에 연결된다. 상기 이득 조절 장치는 상기 입력단에서 상기 MEMS 모터로부터 상기 전기적인 신호를 수신하고 그리고 그 전기적인 신호의 이득을 상기 이득 조절 장치의 상기 출력단에서 측정된 것으로 조절하도록 구성된다. 이득의 양은 상기 마이크로폰을 위해 유리한 민감도를 획득하도록 선택된다.

Description

엠이엠에스 기기들을 위한 민감도 조절 장치 및 방법{Sensitivity adjustment apparatus and method for MEMS devices}

관련 출원 상호 참조

본 특허 출원은 2011년 8월 18일에 출원된 "Sensitivity Adjustment Apparatus And Method For MEMS Devices" 제목의 미국 임시 출원 No. 61/524,907에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 상기 출원의 내용은 그 전체가 본원에 참조로서 편입된다.

기술적인 분야

본원은 음향 기기들에 관련되며, 더 상세하게는 그 음향 기기들의 수행에 관한 것이다.

다양한 유형의 마이크로폰들 및 리시버들이 여러 해 동안 사용되고 있다. 이런 기기들에서, 상이한 전기적인 컴포넌트들이 하우징이나 어셈블리 내에 같이 수용된다. 예를 들면, 마이크로폰은 여러 다른 컴포넌트들 중에서 초소형 전자 기계적 (microelectromechanical (MEMS)) 기기, 진동판 (diaphragm), 그리고 집적 회로들을 포함하는 것이 보통이며 그리고 이 컴포넌트들은 상기 하우징 내에 수용된다. 다른 유형의 음향 기기들은 다른 유형의 컴포넌트들을 포함할 수 있을 것이다.

마이크로폰이 적절하게 동작하고 있는가의 여부를 규정하기 위해서 사용된 하나의 특성은 그 마이크로폰의 민감도이다. 마이크로폰의 민감도는 그 마이크로폰으로 사운드 에너지를 전송하고 그리고 그 마이크로폰의 응답, 예를 들면, 그것의 출력 전압을 측정함에 의해서 결정되는 것이 보통이다. 비록 민감도가 다양한 상이한 단위들로 측정될 수 있지만, 일 예에서, 그것은 "dBV/Pa"의 단위로 측정된다 (알려진 것처럼, 1Pa = 20 uPa 에 대해 94dB).

상이한 제품들 (예를 들면, 몇몇 예를 들면 셀 전화기들, 개인용 컴퓨터들, 그리고 보청기들)의 다양한 제조자들은 마이크로폰들을 활용한다. 보통, 상기 제조자는 공칭 감도 (nominal sensitivity)를 사용하고 있는 마이크로폰들에 대한 받아들일 수 있는 민감도로서 선택한다. 추가로, 상기 제조자는 민감도의 몇몇의 변이가 허용되는 민감도 범위를 제공할 수 있을 것이다. 즉, 개별 마이크로폰의 민감도가 상기 공칭 민감도에서 정확하게 필요하지 않다면; 상기 민감도가 그 범위 내에 존재한다면, 상기 마이크로폰은 수락할 수 있는 성능을 여전히 구비한 것으로 간주된다. 하나의 특정 예를 들면, 공칭 민감도가 X dBV/Pa 이면 그러면 이는 X +/-3 dB (X-3dBV/Pa 부터 X+3 dBV/Pa) 범위에서 변하도록 허용된다.

근래에, 많은 제조자들이 제공한 상기 민감도 범위들은 더 나은 성능을 제공하기 위해서 더 작은 범위로 조여졌다. 불행하게도, 이런 좁혀진 범위들은 더 많은 기기들이 그 범위 외부에 속하도록 하는 결과를 가져왔다. 결과적으로, 기기가 수락할 수 있는 범위 외에 속할 때에, 제조자는 그 파트를 거절하는 것이 보통이며, 대체 파트를 획득할 필요가 있게 되며, 그럼으로써 비용들을 증가시킨다. 추가로, 마이크로폰의 공급자들에 대한 불만 사항은 너무 많은 파트들이 수락할 수 없는 성능을 가진 것으로 발견될 때에 또한 발생한다. 이전의 어떤 접근 방식도 이런 문제점들을 적적하게 다룰 수 있게 제공되지 않았다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들의 적어도 일부를 해결하기 위해서, MEMS 기기들을 위한 민감도 조절 장치 및 방법을 제공하려고 한다.

본 발명은 초소형 전자 기계적 (microelectromechanical (MEMS)) 마이크로폰을 제공한다. 상기 MEMS는:

적어도 진동판 그리고 전하 플레이트를 포함하며, 사운드 에너지를 수신하고 그리고 그 사운드 에너지를 전기적인 신호로 변환하도록 구성된, MEMS 모터;

입력단 및 출력단을 구비하며 그리고 상기 MEMS 모터에 연결된, 이득 조절 장치를 포함하며,

상기 이득 조절 장치는 상기 입력단에서 상기 MEMS 모터로부터 상기 전기적인 신호를 수신하고 그리고 그 전기적인 신호의 이득을 상기 이득 조절 장치의 상기 출력단에서 측정된 것으로 조절하도록 구성되며, 이득의 양은 상기 마이크로폰을 위해 유리한 민감도를 획득하도록 선택된다.

상기 이득 조절 장치는 복수의 스위치 가능한 저항기들을 포함한다.

상기 이득 조절 장치는 복수의 스위치 가능한 커패시터들을 포함한다.

상기 이득 조절 장치는 복수의 스위치 가능한 저항기들 및 복수의 스위치 가능한 커패시터들을 포함한다.

상기 이득 조절 장치는 상기 전기적인 신호의 이득을 조절하는 적어도 하나의 엘리먼트를 선택하기 위한 스위치를 포함한다.

상기 이득 조절 장치는 동적으로 조절되도록 구성된다.

상기 이득 조절 장치는 영구적으로 조절되도록 구성된다.

본 발명은 MEMS 마이크로폰을 조절하는 방법을 제공한다. 상기 방법은:

미리 정해진 주파수에서 MEMS 마이크로폰의 민감도를 측정하는 단계;

상기 민감도를 받아들일 수 없을 때에, 상기 마이크로폰의 이득을 동적으로 조절하는 단계;

상기 측정된 민감도를 받아들일 수 있는가의 여부를 결정하기 위해서 상기 마이크로폰의 민감도를 이어서 조절하는 단계를 포함한다.

상기 이득을 동적으로 조절하는 단계는 상기 마이크로폰의 이득을 조절하기 위해서 적어도 하나의 저항기를 선택하는 것을 포함한다.

상기 이득을 동적으로 조절하는 단계는 상기 마이크로폰의 이득을 조절하기 위해서 적어도 하나의 커패시터를 선택하는 것을 포함한다.

상기 이득을 동적으로 조절하는 단계는 상기 마이크로폰의 이득을 조절하기 위해서 적어도 하나의 저항기 그리고 적어도 하나의 커패시터를 선택하는 것을 포함한다.

상기 MEMS 마이크로폰 조절 방법은 상기 마이크로폰의 이득을 영구적으로 조절하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

본 개시에 대한 더욱 완전한 이해를 위해서, 다음의 상세한 설명 및 첨부한 도면들을 참조해야만 한다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 음향 기기 (예를 들면, 마이크로폰)를 위해서 동적인 또는 영구적인 민감도 조절을 제공하는 장치의 블록 도면이다.
도 2a는 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 병렬인 스위치 가능한 저항기들로 음향 기기 (예를 들면, 마이크로폰)의 동적인 또는 영구적인 민감도 조절을 제공하는 도 1의 장치의 회로도이다.
도 2b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 직렬인 스위치 가능한 저항기들로 도 2a의 회로에 대한 대안으로 음향 기기 (예를 들면, 마이크로폰)의 동적인 또는 영구적인 민감도 조절을 제공하는 도 1의 장치의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예들에 따라서 음향 기기 (예를 들면, 마이크로폰)를 위한 동적인 또는 영구적인 민감도 조절을 제공하는 도 1 및 도 2의 장치의 블록 도면이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예들에 따라서 음향 기기 (예를 들면, 마이크로폰)를 위해서 동적인 또는 영구적인 민감도 조절을 제공하는 접근 방식의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예들에 따라서 음향 기기 (예를 들면, 마이크로폰)를 위해서 동적인 또는 영구적인 민감도 조절을 제공하는 이득 제어 저항기들을 위한 스위칭 설비의 블록 도면이다.
본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자는 상기 도면들에서의 엘리먼트들이 간략함 및 명료함을 위해서 예시된 것을 인식할 것이다. 어떤 행동들 그리고/또는 단계들은 특별한 발생 순서로 설명되거나 또는 도시될 수 있을 것이지만 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 시퀀스에 관한 그런 특이성은 실제로 필요한 것은 아니라는 것을 이해할 것이라는 것이 또한 인식될 것이다. 여기에서 사용된 용어들 그리고 표현들은, 특정 의미들이 여기에서 제시된 것을 제외하면, 질의 및 연구의 상기 용어들 및 표현들의 대응하는 각각의 영역들에 관하여 그런 용어들 및 표현들에 따른 것과 같은 보통의 의미를 가진다.

마이크폰들 및 다른 음향 기기들이 제공되어 MEMS 기기 (예를 들면, MEMS 마이크로폰)의 민감도가 동적으로 (또는 영구적으로) 조절되도록 한다. 한 모습에서, 이는 상기 마이크로폰의 이득을 동적으로 또는 영구적으로 조절함으로써 달성될 수 있을 것이다. 그렇게 하는데 있어서, 상기 범위 외부에 속한 초기 민감도를 구비한 마이크로폰 기기는 자신의 민감도를 조절하도록 할 수 있으며, 그래서 자신의 새로운 민감도가 수락할 수 있는 범위 내에 속하도록 한다. 결과적으로, 수락할 수 없을 성능을 가진 것으로 폐기되었던 (또는 적어도 사용되지 않았던) 기기는 자신의 성능이 수락 가능한 한계들 내에 속하도록 향상시키기 위해서 자신의 이득이 조절되도록 할 수 있다. 여기에서 설명된 상기 접근 방법들은 구현하기에 쉽고 그리고 비용 효율적이며, 그리고 성능 표준들 또는 기준을 충족시키지 않는 그 기기들로 인해서 거절된 기기들의 개수를 크게 줄인다.

이 실시예들 중에서 많은 실시예들에서, 초소형 전자 기계적 (microelectromechanical (MEMS)) 마이크로폰은 MEMS 모터 그리고 이득 조절 장치를 포함한다. 상기 MEMS 모터는 적어도 진동판 그리고 전하 플레이트 (charge plate)를 포함하며 그리고 사운드 에어지를 수신하고 그리고 그 사운드 에너지를 전기적인 신호 변환하도록 구성된다. 상기 이득 조절 장치는 입력단 및 출력단을 가지며 그리고 상기 MEMS 모터에 연결된다. 상기 이득 조절 장치는 상기 입력단에서 상기 MEMS 모터로부터 전기적인 신호를 수신하고 그리고 상기 전기적인 신호의 이득을 상기 이득 조절 장치의 출력으로부터 측정된 것으로 조절하도록 구성된다. 이득의 양은 상기 마이크로폰을 위한 유리한 (favorable) 민감도를 얻도록 선택된다.

몇몇의 모습들에서, 상기 이득 조절 장치는 복수의 스위치 가능한 저항기들 그리고/또는 스위치 가능한 커패시터들을 포함ㅎ나다. 다른 모습들에서, 상기 이득 조절 장치는 상기 전기적인 신호의 이득을 조절하는 적어도 하나의 엘리먼트들을 선택하기 위한 스위치를 포함한다. 몇몇의 예들에서, 상기 이득 조절 장치는 동적으로 조절되도록 구성되며 반면에 다른 예들에서 상기 이득 조절 장치는 영구적으로 조절되도록 구성된다.

이 실시예들 중 다른 것들에서, MEMS 마이크로폰의 민감도는 미리 정해진 주파수에서 측정된다. 상기 민감도를 받아들이기 어려울 때에, 상기 마이크로폰의 이득에 동적인 조절이 만들어진다. 이어서, 상기 마이크로폰의 민감도는 그 측정된 민감도가 받아들일 수 있는가의 여부를 판별하기 위해서 측정된다.

이제 도 1, 도 2a, 도 2b 및 도 3을 참조하면, 동적인 또는 영구적인 이득을 제공하는 MEMS 마이크로폰 (100)의 한 예가 설명된다. 상기 마이크로폰 (100)은 MEMS 모터 (102) 그리고 이득 조절 장치 (104)를 포함한다. 상기 이득 조절 장치 (104)는 스위치 가능한 커패시터 (106), dc 바이어스 (108), 그리고 이득 스테이지 (110)를 포함한다. 상기 이득 스테이지 (110)는 증폭기 (111), 스위치 가능한 저항기들 (112), 입력 저항기 (114), 그리고 필터 커패시터 (116)를 포함한다. 감쇠 커패시터 (106)는 물론이며 상기 이득 스테이지 (110)의 컴포넌트들은 주문형 반도체 (application specific integrated circuit (ASIC)) (115)로 통합될 수 있을 것이다. 상기 ASIC (115) 그리고 MEMS 모터 (102)는 인쇄 회로 기판 (PCB) (117) 상으로 또는 상에 통합된다. 도 3에서 특별하게 보이는 것처럼, 다양한 패드들은 엘리먼트들 사이에서의 연결들을 만들기 위해서 사용되며 그리고 상기 마이크로폰 (100)을 외부 기기들로 또한 연결시키기 위해서 사용된다. 상기 dc 바이어스 (108)의 기능은 상기 MEMS 모터 (102)를 위한 dc 바이어스 전압을 제공하는 것이다. 도 2a는 병렬로 연결된 저항기들 (112)을 보여주며, 그리고 대안으로 도 2b는 직렬로 연결된 저항기들을 보여준다는 것이 인식될 것이다. 사용자는 원하는 특별한 구성 (도 2a 또는 도 2b)을 선택할 수 있다.

상기 MEMS 모터 (102)는 진동판, 전하 플레이트 그리고 여기에서 더 이상 설명되지 않는 다른 엘리먼트들을 포함할 수 있을 것이다. 상기 MEMS 모터 (102)는 교류 전류 (AC) 소스 그리고 직렬로 전기적으로 연결된 커패시터들로 전기적으로 표현될 수 있다. 상기 MEMS 모터 (102)는 사운드 에너지를 수신하고 그리고 이 사운드 에너지를 전기적인 신호로 변환한다.

증폭기 (111)는 어떤 연산 증폭기일 수 있다. 상기 스위치 가능한 커패시터 (106)는 (예를 들면, 스위치 (109)를 움직여서 (throwing)) 사용자에 의해서 수동으로 또는 컴퓨터에 의해서 자동적으로 상기 스위치 (109)를 작동시켜서 상기 회로에 포함될 수 있다. 일 예에서, 상기 커패시터 (106)가 상기 이동하는 모터에 의해서 생성된 교류 전위의 감쇠를 위해서 사용될 때에, 사용자는 커패시터 (106)의 값을 조절함으로써 원하는 감쇠를 달성할 수 있다.

임의 개수의 스위치 가능한 커패시터들 (106)이 사용될 수 있을 것이며 그리고 이것들은 제공된 감쇠의 양을 변경하기 위해서 임의 조합으로 도 1, 도 2a, 그리고 도 2b의 회로 내에서 그리고 외부에서 스위치될 수 있을 것이다. 이런 면에서, 커패시터들 각각은 작동되면 상기 커패시터를 상기 회로에 위치시키는 연관된 스위치를 가진다.

다중의 커패시터들을 사용하는 예에서, (도 1, 도 2a 및 도 2b에서 보이는 것과 같은 하나의 커패시터 대신에) 3개의 커패시터들이 병렬로 사용된다면, 그러면 이 세 개의 커패시터들 모두는 회로 내부로 스위치될 수 있을 것이다; 대안으로, 이 세 개의 커패시터들 중 어느 두 개의 커패시터들은 임의 조합으로 상기 회로 내부로 스위치될 수 있을 것이며; 또는 다른 대안에서는 상기 커패시터들 중 어느 하나는 임의 조합으로 상기 회로에서 스위치될 수 있을 것이다. 또 다른 대안에서, 상기 세 개의 커패시터들 중 어느 것도 상기 회로 내부로 스위치되지 않을 수 있다. 그래서, V_OUT에 인가된 감쇠의 양은 상기 회로 내부로 스위치된 커패시터들의 개수 및/또는 값들에 의존하여 동적으로 또는 영구적으로 조절될 수 있을 것이다.

상기 스위치 가능한 저항기들 (112)은 필요한 이득 값에 종속되어 개별적으로 연결된 n 개의 저항기들의 조합이다. 이 개별 저항기들 중 하나 (또는 그 이상)의 저항기가 선택되어, 상기 이득이 필요한대로 조절될 수 있도록 한다. 상기 저항을 조절하는 것은 V_OUT에서 상기 증폭기 (111)에 의해서 제공된 이득을 변경시킨다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 알려진 계산들을 통해서 원하는 이득을 얻기 위해서 (도 2a에서의) 병렬 저항기들의 조합 또는 (도 2b에서의) 직렬 저항기들의 조합 중 어느 하나를 이용하는 것이 가능하다.

어떤 저항기 (112)도 사용자에 의해서 수동으로 또는 컴퓨터 또는 컴퓨터-유사한 기기에 의해서 자동적으로 도 1, 도 2a, 도 2b 및 도 3의 회로 (예를 들면, 이것들은 조정 가능한 전위차계 기기일 수 있다) 내부로 동적으로 또는 영구적으로 스위치될 수 있다. 예를 들면, 어떤 디지털 비트 패턴이 마이크로폰 (100)으로 입력될 수 있으며 그리고 이 비트 패턴을 기반으로 하여 상기 저항기들 (112) 중 개별적인 하나의 저항기는 그렇게 형성된 상기 회로 내부에 포함되도록 선택된다. 이 저항기의 값을 조절함으로써, 상기 이득의 양이 조절될 수 있다. 다른 예는 이득의 양을 동적으로 또는 영구적으로 조절하기 위해서 개별적인 스위치들을 가진 직렬 저항기들을 포함하며, 또는 개별적인 스위치들을 가진 병렬 저항기들을 조합한다 (예를 들면, XPYT 스위치들을 구비한 도 5에서 보이는 것과 같이 - 이 스위치에서 X는 폴 (pole)들의 개수이며/Y는 병렬 스위칭을 위해서 필요한 움직임 (throw)들의 개수이다). 도 2a의 회로에서, 상기 저항기들 (112)은 병렬이며 반면에 도 2b의 회로에서 상기 저항기들은 직렬이다.

결국, (V_OUT에서) 상기 마이크로폰의 민감도 값은 상기 커패시터 (106) 그리고/또는 저항기들 (112)에서의 스위칭에 의해서 조절된다. 상기 회로 내부로 스위치되도록 선택된 엘리먼트들의 특별한 조합은 측정된 민감도 그리고 원하는 최종 민감도 값에 종속된다.

도 1, 도 2a, 도 2b 및 도 3의 회로의 출력 전압 (V_OUT)은 다음과 같다:

[수학식 1]

((C_MEMS)/((C_MEMS + (C_IN + C_SW)))* V_MEMS

이 경우에 C_MEMS는 상기 MEMS 모터 (102)의 커패시턴스이며, C_IN은 (상기 모터 외부에서 바라본) 상기 시스템의 기생 커패시턴스와 병렬인 상기 ASIC (115)의 커패시턴스와 같으며, 그리고 C_SW은 상기 커패시터 (106)의 커패시턴스이다. 이 출력 전압이 계산될 수 있으며 그러면 20*log₁₀(V_OUT)이 획득될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 이 최종 값은 민감도 S이다. CSW가 증가되면, [수학식 1]에서의 항목 (C_IN + C_SW)은 C_SW의 증가된 기여분으로 인해서 더 이상 무시될 수 없으며 그리고 상기 출력 전압 (V_OUT)은 점점 더 영향을 받는다는 것이 인식될 것이다. 일 예에서, -3 dB의 감쇠가 V_OUT으로 제공되도록 CSW의 값이 선택된다. 다른 예시의 값들이 가능하다.

상기 스위치 가능한 커패시터 (106) 그리고 상기 저항기들 (112)을 도 1, 도2a, 도 2b 및 도 3의 회로들에 포함시키는 조절들을 결정하고 실행하기 위해서 다양한 접근 방식들이 사용될 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 예를 들면, 마이크로폰은 테스트될 수 있을 것이며 그리고 상기 민감도가 측정되고/결정된 이후에 사용자는 상기 커패시터 (106) 및/또는 상기 저항기들 (112)을 (즉, 얼마나 많은 저항기들을) 상기 회로 내부로 수동으로 스위치해야 하는가의 여부를 결정할 수 있을 것이다. 반면에서, 상기 마이크로폰은 테스트될 수 있을 것이며 그리고 상기 민감도가 결정된 이후에, 그러면 컴퓨터 또는 컴퓨터-유사한 기기는 상기 커패시터 (106)에서 스위치하는가 그리고/또는 상기 저항기들 (112)을 (즉, 얼마나 많은 저항기들을) 상기 회로 내부로 스위치하는가의 여부를 자동적으로 결정할 수 있을 것이다. 어느 하나의 접근 방식을 이용하여, 최종 결정을 한 이후에, 선택된 커패시터/저항기들의 특별한 구성은, 예를 들면 영구적으로 이동 (throw)시키거나 또는 스위칭 세팅들 내에 번 (burn)함으로써, 상기 회로 내로 영구적으로 통합될 수 있을 것이다.

일 예에서, 도 1, 도 2a, 도 2b 및 도 3의 시스템의 동작에서, 민감도를 위한 공칭 값이 X dBV/Pa 라고 가정한다. 상기 민감도 범위는 +/- 1 dB 여서, 민감도가 X-1 dBV/Pa 및 X+1 dBV/Pa 사이에 속한 파트는 받아들일 수 있다고 판정될 수 있도록 하는 것으로 또한 가정된다. 이 값들은 예시적인 것일 뿐이며 그리고 다른 값들이 가능하다는 것이 인식될 것이다.

첫 번째 마이크로폰이 테스트될 수 있을 것이며, 그리고 하나의 예로 취하며, V_OUT에서 상기 측정된 값은 X-.5 dBV/Pa 이다. 이 값이 상기 받아들일 수 있는 범위 내에 있기 때문에, 어떤 조절도 되지 않는다 (즉, 상기 커패시터 (106) 및 상기 저항기들 (112)은 상기 회로 내로 스위치되지 않는다).

다른 마이크로폰이 테스트되며 그리고 V_OUT에서 상기 측정된 민감도 값은 X+1.5 dBV/Pa 이다. 인식될 것처럼, 이것은 상기 받아들일 수 있는 범위 내에 있지 않다. (-3 dB의 감쇠를 가진) 상기 커패시터 (106)는 상기 회로 내부로 스위치되며 그리고 그 결과는 X-2.5 dBV/Pa 이다. 이 값은, 그러나, 상기 받아들일 수 있는 범위 (이 예에서는 X-1 dBV/Pa 부터 X+1 dBV/Pa) 외에 여전히 존재하며, 그래서 X+1.5 dB의 이득을 제공하기 위해서 상기 저항기 (112)가 다음에 선택될 수 있도록 한다. 이 이득을 상기 회로에 추가하는 것은 X-1 dBV/Pa의 민감도를 생성하며, 이는 상기 원하는 범위 내에 있는 것이다.

여기에서 설명된 접근 방법들의 적용의 또 다른 예에서, 다른 마이크로폰이 테스트되며 그리고 V_OUT에서의 그것의 측정된 결과는 X-2 dBV/Pa이다. 이 커패시터 (106)를 추가하는 것은 이 값을 줄일 것이며 (원하는 - XdBV/Pa로부터 이동시킨다), 그래서 상기 커패시터는 상기 회로에 포함되지 않는다 (즉, 회로 내로 스위치되지 않는다). 그러나, 상기 저항기들 (112)은 상기 회로 내로 스위치될 수 있어서 + 2dB의 이득을 제공하며 그리고 상기 민감도 값을 X-2 dBV/Pa 에서 X dBV/Pa로 변경한다. 여기에서 설명된 예들 중 어느 것에서, 상기 저항기들은 상기 회로에 증가하여 추가될 수 있다. 예를 들면 그리고 이 예를 취하면, 하나의 저항이 추가되면 .5 dB의 이득을 주고, 새로운 테스트가 수행되며, 그러면 V_OUT에서 측정된 값이 상기 받아들일 수 있는 범위 내에 속할 때까지 상기 받아들일 수 있는 범위 내에 그 결과가 속할 것인가를 알기 위해서 다른 저항이 추가된다.

이제 도 4를 참조하면, 동적인 또는 영구적인 민감도 조절을 위한 접근 방법의 한 예가 설명된다. 이 특별한 예는 공칭 값들, 범위들, 감쇠들, 그리고/또는 이득들을 위한 특정 수치 값들을 포함한다는 것이 인식될 것이다. 그러나, 이 수치 값들은 예시적인 값들일 뿐이며 그리고 상이한 사용자들 또는 제조자들의 요구 사항들이나 필요성들에 적합하도록 변경될 수 있다. 도 4의 예는 도 1, 도 2, 및 도 3의 회로를 활용했다는 것이 또한 이해될 것이다.

단계 402에서, 상기 마이크로폰의 민감도는 특정 주파수에서 테스트된다. 예를 들면, 1 kHz에서, 1 Pa = 1 N/m^2 의 사운드 에너지가 상기 마이크로폰에 인가될 수 있다.

단계 404에서, 상기 민감도가 상기 공칭 민감도의 플러스 또는 마이너스 (+/-) 1 dB 라고 판별된다. 예를 들면, 상기 공칭 민감도가 X dBV/Pa 이면,상기 측정된 민감도가 X-1 dBV/Pa 및 X+1 dBV/Pa 사이 (즉, 상기 공칭 민감도 범위)에 있는가의 여부가 판별된다. 단계 404에서의 답변이 긍정적이면, 실행은 종결하고 그리고 그 파트는 받아들일 수 있다고 판단된다 (즉, 그것은 상기 받아들일 수 있는 민감도 범위 내에 속한 민감도를 가진다). 상기 대답이 부정적이면, 실행은 단계 406으로 계속된다.

단계 406에서, 상기 측정된 민감도가 상기 공칭 민감도에 1 dB를 더한 것보다 더 큰가의 여부가 판별된다. 예를 들면, 상기 공칭 민감도가 X dBV/Pa 이라면, 상기 측정된 민감도가 X+1 dBV/Pa 보다 더 큰가의 여부가 판별된다. 그 대답이 긍정적이면, 그러면 실행은 단계 408로 계속하고 그리고 그 대답이 부정적이면, 실행은 아래에서 설명된 것처럼 단계 410에서 계속한다.

단계 408에서, 상기 감쇠 커패시터는 상기 회로 내로 스위치된다. 일 예에서, 상기 감쇠 커패시터는 -3 dB의 이득을 제공할 수 있을 것이다. 본 예와 함께 계속하면, 단계 406에서 측정된 눈금이 X+2 dBV/Pa 였다면, 단계 408이 실행될 것이며 그리고 -3 dB의 감쇠가 상기 회로 내로 스위치되어 X-1 dBV/Pa의 민감도를 제공한다.

단계 410에서, 이득 조절이 계산되며 그리고 상기 회로 내에 추가된 이득 조절기의 상기 저항기들은 원하는 최종 결과를 준다. 본 예에서 계속하면, 단계 408이 완료된 이후에 그리고 상기 이득이 이제 X-1 dBV/Pa 이었으며, 그러면 상기 이득 저항기들이 추가되어 +1 dB의 이득을 주어서 최종의 원하는 결과 X dBV/Pa를 획득하도록 한다. 상기 최종 결과는 정확하게 X dBV/Pa 는 아닐 수 있을 것이며 그리고 상기 저항기들의 값들이 주어지면 상기 최종 결과는 상기 공칭 값에 가능한 가깝게 다가갈 것이다. 그러면 제어는 단계 402로 돌아가며, 이 단계에서 다른 테스트가 수행되며 그리고 위에서 설명된 프로세스가 반복된다.

다른 예에서, 상기 측정된 민감도가 공칭 더하기 1 dB보다 더 작으면, 단계 408은 실행되지 않으며 그리고 제어는 단계 410에서 계속한다. 예를 들면, 측정된 민감도가 X-3 dBV/Pa 였다면, 그러면 상기 커패시터는 상기 회로 내로 절대로 스위치 되지 않으며 그리고 상기 민감도를 X-3 dBV/Pa 로부터 상기 원하는 공칭 값 X dBV/Pa 으로 이동사키기 위해서 상기 저항기들만이 사용된다.

상기에서 언급된 조절들은 증가하는 것으로 만들어질 수 있을 것이라는 것이 인식될 것이다. 예를 들면, 상기 병렬 저항기 조합 중 하나의 저항이 추가될 수 있을 것이며, 상기 민감도가 범위 내에 있는가를 알기 위해서 새로운 테스트가 수행될 수 있을 것이며, 그러면 새로운 저항기가 병렬로 추가되며 그리고 상기 측정된 민감도가 상기 받아들일 수 있는 범위 내에 속할 때까지 계속된다.

한 가지 모습에서, -Rf/Ri의 이득을 가진 표준의 반전 증폭기를 이용하여 조절 가능한 이득이 설립된다. 이는 도 2b에서 보이는 것처럼 직렬로 다중의 저항기들을 구비함으로써 수행될 수 있다 - 예를 들어 상기 사용이 세 개 스텝들의 이득 스테이지를 원하면, 그것들은 상기 이득을 제어하기 위해서 상기 스위치들에 의해서 제어된 세 개의 피드백 저항기들을 이용할 것이다. 각 저항은 특정 이득 값들을 위한 -Rf/Ri 의 비율을 제어하기 위해서 사용된 특정 값을 가질 것이다. 약 1+ Rf/Ri의 이득을 가진 비-반전 증폭기 스테이지가 마찬가지로 사용될 수 있다는 것에 유의해야만 한다.

이제 도 5를 참조하면, 본 접근 방법들의 이득 제어 저항들을 위한 스위칭 배치의 다른 예가 설명된다. 도 5의 회로는 op-amp (502), 입력 저항기 (504), 바이어스 전압 (506) (V_OUT), 그리고 3개 폴, 쌍투 스위치 (three pole, dual throw switch) (508)를 포함한다. 상기 스위치 (506)는 저항기들 (510, 512, 또는 516) 사이에서 선택한다. 이 저항기들 사이에서 선택하는 것은 조절 가능한 이득을 부여한다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 본 발명을 수행하기 위해서 발명자들에게 알려진 최선 모드를 포함하여 여기에서 설명되었다. 상기 예시된 실시예들은 예시적인 것일 뿐이며, 그리고 본 발명의 범위를 제한하기는 것으로 여겨져서는 안된다는 것이 이해되어야만 한다.

Claims

초소형 전자 기계적 (microelectromechanical (MEMS)) 마이크로폰으로서:
적어도 진동판 그리고 전하 플레이트를 포함하며, 사운드 에너지를 수신하고 그리고 그 사운드 에너지를 전기적인 신호로 변환하도록 구성된, MEMS 모터;
입력단 및 출력단을 구비하며 그리고 상기 MEMS 모터에 연결된, 이득 조절 장치를 포함하며,
상기 이득 조절 장치는 상기 입력단에서 상기 MEMS 모터로부터 상기 전기적인 신호를 수신하고 그리고 그 전기적인 신호의 이득을 상기 이득 조절 장치의 상기 출력단에서 측정된 것으로 조절하도록 구성되며, 이득의 양은 상기 마이크로폰을 위해 유리한 민감도를 획득하도록 선택되는, 초소형 전자 기계적 마이크로폰.
제1항에 있어서,
상기 이득 조절 장치는 복수의 스위치 가능한 저항기들을 포함하는, 초소형 전자 기계적 마이크로폰.
제1항에 있어서,
상기 이득 조절 장치는 복수의 스위치 가능한 커패시터들을 포함하는, 초소형 전자 기계적 마이크로폰.
제1항에 있어서,
상기 이득 조절 장치는 복수의 스위치 가능한 저항기들 및 복수의 스위치 가능한 커패시터들을 포함하는, 초소형 전자 기계적 마이크로폰.
제1항에 있어서,
상기 이득 조절 장치는 상기 전기적인 신호의 이득을 조절하는 적어도 하나의 엘리먼트를 선택하기 위한 스위치를 포함하는, 초소형 전자 기계적 마이크로폰.
제1항에 있어서,
상기 이득 조절 장치는 동적으로 조절되도록 구성된, 초소형 전자 기계적 마이크로폰.
제1항에 있어서,
상기 이득 조절 장치는 영구적으로 조절되도록 구성된, 초소형 전자 기계적 마이크로폰.
MEMS 마이크로폰을 조절하는 방법으로서:
미리 정해진 주파수에서 MEMS 마이크로폰의 민감도를 측정하는 단계;
상기 민감도를 받아들일 수 없을 때에, 상기 마이크로폰의 이득을 동적으로 조절하는 단계;
상기 측정된 민감도를 받아들일 수 있는가의 여부를 결정하기 위해서 상기 마이크로폰의 민감도를 이어서 조절하는 단계를 포함하는, MEMS 마이크로폰 조절 방법.
제8항에 있어서,
상기 이득을 동적으로 조절하는 단계는 상기 마이크로폰의 이득을 조절하기 위해서 적어도 하나의 저항기를 선택하는 것을 포함하는, MEMS 마이크로폰 조절 방법.
제8항에 있어서,
상기 이득을 동적으로 조절하는 단계는 상기 마이크로폰의 이득을 조절하기 위해서 적어도 하나의 커패시터를 선택하는 것을 포함하는, MEMS 마이크로폰 조절 방법.
제8항에 있어서,
상기 이득을 동적으로 조절하는 단계는 상기 마이크로폰의 이득을 조절하기 위해서 적어도 하나의 저항기 그리고 적어도 하나의 커패시터를 선택하는 것을 포함하는, MEMS 마이크로폰 조절 방법.
제8항에 있어서,
상기 마이크로폰의 이득을 영구적으로 조절하는 단계를 더 포함하는, MEMS 마이크로폰 조절 방법.