KR20140138473A - Variable voltage output charge pump and mems microphone device using the same - Google Patents

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KR20140138473A
KR20140138473A KR20130059055A KR20130059055A KR20140138473A KR 20140138473 A KR20140138473 A KR 20140138473A KR 20130059055 A KR20130059055 A KR 20130059055A KR 20130059055 A KR20130059055 A KR 20130059055A KR 20140138473 A KR20140138473 A KR 20140138473A
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소명진
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Abstract

A microelectromechanical system (MEMS) microphone device according to the present invention comprises: a MEMS microphone chip on which a MEMS diaphragm and a back plate are formed; a charge pump unit with a variable output voltage which outputs a variable output voltage for biasing a portion between the MEMS diaphragm and the back plate; a detection unit which detects a change in capacitance between the MEMS diaphragm and the back plate due to an external acoustic wave vibration, and outputs a detection signal; and a signal processing chip including an amplifying unit outputting a microphone output signal, which is generated by amplifying the detection signal. The charge pump unit with a variable output voltage can operate to raise a source voltage while activated by a voltage selection signal, which is determined according to design characteristics of the MEMS diaphragm and the back plate, and a reference voltage, and output the variable output voltage.

Description

가변 출력 전압 차지 펌프 및 이를 이용한 멤스 마이크로폰 장치{VARIABLE VOLTAGE OUTPUT CHARGE PUMP AND MEMS MICROPHONE DEVICE USING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a variable output voltage charge pump and a MEMS microphone device using the variable output voltage charge pump.

본 발명은 차지 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 멤스(MEMS: Micro Electrical-Mechanical System) 마이크로폰용 차지 펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a charge pump, and more particularly, to a charge pump for a MEMS (Micro Electrical-Mechanical System) microphone.

종래에 소형 마이크로폰은 ECM(Electret Condenser Microphone) 타입이 주로 사용되어 왔다. ECM 타입의 마이크로폰은 잔류 영구 전하를 가지는 고분자 박막(Electret, 일렉트릿)과 고정된 백플레이트 사이의 간격이 외부 음파에 의해 변화할 때 이에 따른 정전 용량의 변화량을 측정하여 음성 신호로 출력한다.Conventionally, an ECM (Electret Condenser Microphone) type has been mainly used for a small microphone. The ECM-type microphone measures the change in the electrostatic capacity when the gap between the polymer thin film (electret) having the remnant permanent electric charge and the fixed back plate is changed by the external sound wave, and outputs the result as a voice signal.

ECM 마이크로폰을 비롯한 종래의 소형 콘덴서 마이크로폰들은 소형이면서도 고역에서 저역까지 넓은 주파수 대역의 작고 섬세한 음을 감지할 수 있지만, 내열성이 좋지 않은 폴리머 재질의 다이아프램을 사용하기 때문에 표면 실장 기술(SMT: Surface Mount Technology)을 이용하여 다른 반도체 칩들과 함께 패키징할 수 없으며, 습기와 충격, PCB 기판의 진동에 민감하여 특수 스프링을 탑재하는 하우징으로 보호해야 하고, 제품마다 개별적으로 오디오 튜닝을 하는 수작업이 필요하는 등, 상대적으로 고가격이고 대량 생산하기 어렵다.Conventional miniature condenser microphones, including ECM microphones, can detect small and delicate sounds in a wide frequency range from small to high frequencies to low frequencies. However, since diaphragms made of polymer materials with poor heat resistance are used, the SMT Technology can not be packaged together with other semiconductor chips. It is sensitive to moisture and shocks, PCB board vibration, so it needs to be protected by a housing with a special spring. It is necessary to manually perform audio tuning for each product , It is relatively expensive and difficult to mass-produce.

반면에, MEMS 기술을 이용한 MEMS형 마이크로폰은 ECM형 마이크로폰에 비해 핵심 부분인 다이아프램의 크기가 10분의 1 정도에 불과하여 소형화에 크게 유리하고, 세라믹과 금속으로 된 강건한 다이아프램이 리플로우 솔더링 공정 온도(약 260도)까지 견딜 수 있어서 표면 실장 기술 기반의 패키징이 가능하고, 균일한 품질을 가지면서 수작업이 전혀 없이 반도체 공정으로만 대량 생산할 수 있다.On the other hand, the MEMS type microphones using MEMS technology are more advantageous for miniaturization because the size of the diaphragm is about one tenth of the size of the ECM type microphone, and a robust diaphragm made of ceramic and metal is used for reflow soldering It is able to withstand process temperature (about 260 degrees), which enables packaging based on surface mounting technology, mass production with semiconductor process without manual operation with uniform quality.

일반적으로 MEMS 마이크로폰은 외부에서 진입하는 소리의 진동에 의해 움직이는 액티브 멤브레인(active membrane)과, 이로부터 일정 간격의 에어갭(air-gap)을 두고 형성된 백플레이트(back-plate)를 포함하며, 이 둘 사이에서 외부 소리에 의한 압력 변화와 공간의 변화가 정전 용량의 변화로 나타나면, 정전 용량의 변화를 검출하고 증폭하여 음성 신호로 출력한다.Generally, a MEMS microphone includes an active membrane which is moved by the vibration of sound entering from the outside, and a back-plate formed with an air gap at a certain distance therefrom. When a change in pressure due to external sound and a change in space are caused by a change in capacitance between the two, a change in capacitance is detected, amplified, and output as a voice signal.

반도체 패키징이 어려운 ECM 마이크로폰과 달리, MEMS 마이크로폰은 다이어프램과 함께 반도체 칩을 패키징할 수 있기 때문에, 다이어프램에 능동 바이어싱을 제공할 수 있다. 따라서 전체 동작 온도 범위에 걸쳐 매우 안정적인 음향 특성을 얻을 수 있다. 이러한 능동 바이어싱을 제공하기 위해 차지 펌프(charge pump) 회로가 이용된다.Unlike ECM microphones, which are difficult to package in semiconductors, MEMS microphones can package semiconductor chips with diaphragms, thus providing active biasing for the diaphragm. Thus, a very stable acoustic characteristic can be obtained over the entire operating temperature range. A charge pump circuit is used to provide this active biasing.

기존의 MEMS 마이크로폰용 차지 펌프는 특정 스펙의 MEMS 다이어프램을 위한 능동 바이어싱 전압을 생성할 수 있도록 설계되었기 때문에, 다양한 스펙의 MEMS 다이어프램들에 적용하기 위해서는 각각의 스펙에 맞는 차지 펌프를 개별적으로 설계하여야 한다.Conventional MEMS microphone charge pumps are designed to generate active biasing voltages for MEMS diaphragms of a specific specification. Therefore, in order to apply MEMS diaphragms of various specifications, charge pumps for individual specifications must be individually designed do.

그러나 MEMS 마이크로폰 스펙마다 차지 펌프를 재설계하는 것은 그에 따라 공정이 달라지고 레이아웃이 변경되는 등 개발 비용과 제조 비용을 증가시키고 비효율을 초래할 수 있다.However, redesigning the charge pump for each MEMS microphone specification can lead to increased development and manufacturing costs and inefficiencies, such as changes in process and layout changes.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가변 출력 전압 차지 펌프 및 이를 이용한 MEMS 마이크로폰 장치를 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a variable output voltage charge pump and a MEMS microphone device using the same.

본 발명의 일 측면에 따른 가변 출력 전압 차지 펌프 회로는,A variable output voltage charge pump circuit according to an aspect of the present invention includes:

분배율 n/N (1≤n≤N인 자연수)을 특정하는 전압 선택 신호에 따라 차지 펌프의 가변 출력 전압에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배 전압을 기준 전압과 비교한 결과에 따라 활성화 또는 비활성화되도록 오실레이터 제어 신호를 생성하는 전압 레벨 제어부;According to the result of comparing the distribution voltage obtained by multiplying the variable output voltage of the charge pump by the division ratio n / N according to the voltage selection signal specifying the division ratio n / N (natural number with 1? N? N) A voltage level control unit for generating an oscillator control signal so that the oscillator control signal is generated;

상기 오실레이터 제어 신호가 활성화될 때에 소정 주파수의 클럭 신호를 출력하는 오실레이터; 및 An oscillator for outputting a clock signal of a predetermined frequency when the oscillator control signal is activated; And

상기 오실레이터로부터 상기 클럭 신호가 인가되는 동안 전원 전압을 승압하여 상기 가변 출력 전압을 출력하는 차지 펌프를 포함할 수 있다.And a charge pump for boosting the power supply voltage while the clock signal is being applied from the oscillator to output the variable output voltage.

일 실시예에 따라, 상기 전압 레벨 제어부는According to one embodiment, the voltage level control unit

상기 차지 펌프의 가변 출력 전압을 피드백받아 소정 전압 간격으로 분배된 N 개의 분배 전압들을 생성하는 전압 분배기;A voltage divider fed back to the variable output voltage of the charge pump to generate N divided voltages divided at predetermined voltage intervals;

상기 N 개의 분배 전압들 중에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압을 상기 전압 선택 신호에 의해 선택하고, 선택된 n 번째 분배 전압을 출력하는 전압 선택기; 및A voltage selector for selecting an n-th distribution voltage corresponding to a distribution ratio n / N among the N distribution voltages by the voltage selection signal and outputting the selected n-th distribution voltage; And

상기 n 번째 분배 전압과 상기 기준 전압을 비교하여, 상기 n 번째 분배 전압이 상기 기준 전압보다 낮으면 상기 오실레이터의 동작을 활성화하고, 그렇지 않으면 상기 오실레이터의 동작을 비활성화하도록, 상기 오실레이터 제어 신호를 생성하는 비교기를 포함할 수 있다.Generates the oscillator control signal to compare the nth divided voltage with the reference voltage and to activate the operation of the oscillator if the nth divided voltage is lower than the reference voltage and otherwise to deactivate the operation of the oscillator And a comparator.

일 실시예에 따라, 상기 전압 분배기는 N 개의 직렬 연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들로 구현되고,According to one embodiment, the voltage divider is implemented with N series connected resistive elements or diodes,

상기 전압 선택기는 상기 N 개의 직렬 연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들의 노드들에서 각각 출력되는 상기 N 개의 분배 전압들 중에서 상기 전압 분배기의 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압을 상기 전압 선택 신호에 의해 선택하고, 선택된 n 번째 분배 전압을 출력하도록 동작할 수 있다.Wherein the voltage selector selects an n-th distribution voltage corresponding to a distribution ratio n / N of the voltage divider among the N distribution voltages output from the nodes of the N series connected resistive elements or diodes, And to output the selected n-th distribution voltage.

일 실시예에 따라, 상기 가변 출력 전압 차지 펌프 회로는,According to one embodiment, the variable output voltage charge pump circuit comprises:

상기 차지 펌프의 반복적인 활성화와 비활성화에 따른 상기 가변 출력 전압의 리플 성분을 제거하기 위한 저역 통과 필터를 더 포함할 수 있다.And a low-pass filter for removing ripple components of the variable output voltage due to repeated activation and deactivation of the charge pump.

본 발명의 다른 측면에 따른 MEMS 마이크로폰 장치는,A MEMS microphone device according to another aspect of the present invention includes:

MEMS 다이아프램 및 백플레이트가 형성된 MEMS 마이크로폰 칩; 및A MEMS microphone chip formed with a MEMS diaphragm and a back plate; And

상기 MEMS 다이아프램과 상기 백플레이트 사이의 바이어싱을 위한 가변 출력 전압을 출력하는 가변 출력 전압 차지 펌프부와, 외부 음파 진동에 따른 상기 MEMS 다이아프램과 상기 백플레이트 사이의 정전 용량 변화를 검출하여 검출 신호를 출력하는 검출부와, 상기 검출 신호를 증폭한 마이크로폰 출력 신호를 출력하는 증폭부를 포함하는 신호 처리 칩을 포함하는 MEMS 마이크로폰 장치로서,A variable output voltage charge pump unit for outputting a variable output voltage for biasing between the MEMS diaphragm and the back plate, a capacitance change detecting unit for detecting a capacitance change between the MEMS diaphragm and the back plate according to external sound wave vibration, 1. A MEMS microphone device comprising a signal processing chip including a detection section for outputting a signal and an amplifier section for outputting a microphone output signal obtained by amplifying the detection signal,

상기 가변 출력 전압 차지 펌프부는The variable output voltage charge pump unit

상기 MEMS 다이아프램과 상기 백플레이트의 설계 특성에 따른 정해지는 전압 선택 신호 및 기준 전압에 따라 활성화된 동안에 전원 전압을 승압하여 상기 가변 출력 전압을 출력하도록 동작할 수 있다.And may operate to boost the power supply voltage and output the variable output voltage while being activated according to the voltage selection signal and the reference voltage determined according to the design characteristics of the MEMS diaphragm and the back plate.

일 실시예에 따라, 상기 가변 출력 전압 차지 펌프부는According to one embodiment, the variable output voltage charge pump section

분배율 n/N (1≤n≤N인 자연수)을 특정하는 전압 선택 신호에 따라 차지 펌프의 가변 출력 전압에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배 전압을 기준 전압과 비교한 결과에 따라 활성화 또는 비활성화되도록 오실레이터 제어 신호를 생성하는 전압 레벨 제어부;According to the result of comparing the distribution voltage obtained by multiplying the variable output voltage of the charge pump by the division ratio n / N according to the voltage selection signal specifying the division ratio n / N (natural number with 1? N? N) A voltage level control unit for generating an oscillator control signal so that the oscillator control signal is generated;

상기 오실레이터 제어 신호가 활성화될 때에 소정 주파수의 클럭 신호를 출력하는 오실레이터; 및 An oscillator for outputting a clock signal of a predetermined frequency when the oscillator control signal is activated; And

상기 오실레이터로부터 상기 클럭 신호가 인가되는 동안 전원 전압을 승압하여 상기 가변 출력 전압을 출력하는 차지 펌프를 포함할 수 있다.And a charge pump for boosting the power supply voltage while the clock signal is being applied from the oscillator to output the variable output voltage.

일 실시예에 따라, 상기 전압 레벨 제어부는According to one embodiment, the voltage level control unit

상기 차지 펌프의 가변 출력 전압을 피드백받아 소정 전압 간격으로 분배된 N 개의 분배 전압들을 생성하는 전압 분배기;A voltage divider fed back to the variable output voltage of the charge pump to generate N divided voltages divided at predetermined voltage intervals;

상기 N 개의 분배 전압들 중에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압을 상기 전압 선택 신호에 의해 선택하고, 선택된 n 번째 분배 전압을 출력하는 전압 선택기; 및A voltage selector for selecting an n-th distribution voltage corresponding to a distribution ratio n / N among the N distribution voltages by the voltage selection signal and outputting the selected n-th distribution voltage; And

상기 n 번째 분배 전압과 상기 기준 전압을 비교하여, 상기 n 번째 분배 전압이 상기 기준 전압보다 낮으면 상기 오실레이터의 동작을 활성화하고, 그렇지 않으면 상기 오실레이터의 동작을 비활성화하도록, 상기 오실레이터 제어 신호를 생성하는 비교기를 포함할 수 있다.Generates the oscillator control signal to compare the nth divided voltage with the reference voltage and to activate the operation of the oscillator if the nth divided voltage is lower than the reference voltage and otherwise to deactivate the operation of the oscillator And a comparator.

일 실시예에 따라, 상기 전압 분배기는 N 개의 직렬 연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들로 구현되고,According to one embodiment, the voltage divider is implemented with N series connected resistive elements or diodes,

상기 전압 선택기는 상기 N 개의 직렬 연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들의 노드들에서 각각 출력되는 상기 N 개의 분배 전압들 중에서 상기 전압 분배기의 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압을 상기 전압 선택 신호에 의해 선택하고, 선택된 n 번째 분배 전압을 출력하도록 동작할 수 있다.Wherein the voltage selector selects an n-th distribution voltage corresponding to a distribution ratio n / N of the voltage divider among the N distribution voltages output from the nodes of the N series connected resistive elements or diodes, And to output the selected n-th distribution voltage.

일 실시예에 따라, 상기 차지 펌프의 반복적인 활성화와 비활성화에 따른 상기 가변 출력 전압의 리플 성분을 제거하기 위한 저역 통과 필터를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the charge pump may further include a low-pass filter for removing ripple components of the variable output voltage due to repeated activation and deactivation of the charge pump.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 전압 레벨 제어부, 오실레이터 및 차지 펌프를 포함하는 가변 출력 전압 차지 펌프 장치의 구동 방법은,According to another aspect of the present invention, there is provided a method of driving a variable output voltage charge pump apparatus including a voltage level control unit, an oscillator and a charge pump,

상기 전압 레벨 제어부가 분배율 n/N (1≤n≤N인 자연수)를 특정하는 전압 선택 신호에 따라 차지 펌프의 가변 출력 전압에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배 전압을 기준 전압과 비교한 결과에 따라 활성화 또는 비활성화되도록 오실레이터 제어 신호를 생성하는 단계;The distribution voltage obtained by multiplying the variable output voltage of the charge pump by the division ratio n / N is compared with the reference voltage in accordance with the voltage selection signal specifying the division ratio n / N (1? N? N) Generating an oscillator control signal to be activated or deactivated according to the control signal;

상기 오실레이터가 상기 오실레이터 제어 신호가 활성화될 때에 소정 주파수의 클럭 신호를 출력하는 단계; 및 Outputting a clock signal of a predetermined frequency when the oscillator control signal is activated; And

상기 차지 펌프가 상기 오실레이터로부터 상기 클럭 신호가 인가되는 동안 전원 전압을 승압하여 상기 가변 출력 전압을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.And the charge pump stepping up the power supply voltage while the clock signal is being applied from the oscillator to output the variable output voltage.

일 실시예에 따라, 상기 전압 레벨 제어부가 상기 오실레이터 제어 신호를 생성하는 단계는,According to one embodiment, the step of generating the oscillator control signal by the voltage level control unit comprises:

상기 전압 레벨 제어부가,Wherein the voltage level control unit comprises:

상기 차지 펌프의 가변 출력 전압을 피드백받아 소정 전압 간격으로 분배된 N 개의 분배 전압들을 생성하는 단계;Generating N distribution voltages fed back from the variable output voltage of the charge pump and divided at predetermined voltage intervals;

상기 N 개의 분배 전압들 중에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압을 상기 전압 선택 신호에 의해 선택하고, 선택된 n 번째 분배 전압을 출력하는 단계; 및Selecting an n-th distribution voltage corresponding to a distribution ratio n / N among the N distribution voltages by the voltage selection signal, and outputting the selected n-th distribution voltage; And

상기 n 번째 분배 전압과 상기 기준 전압을 비교하여, 상기 n 번째 분배 전압이 상기 기준 전압보다 낮으면 상기 오실레이터의 동작을 활성화하고, 그렇지 않으면 상기 오실레이터의 동작을 비활성화하도록, 상기 오실레이터 제어 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.Generates the oscillator control signal to compare the nth divided voltage with the reference voltage and to activate the operation of the oscillator if the nth divided voltage is lower than the reference voltage and otherwise to deactivate the operation of the oscillator Step < / RTI >

일 실시예에 따라, 상기 N 개의 분배 전압들은 N 개의 직렬 연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들의 노드들에서 각각 출력될 수 있다.According to one embodiment, the N distributed voltages may be output at each of the nodes of N series connected resistive elements or diodes.

일 실시예에 따라, 상기 가변 출력 전압 차지 펌프 장치의 구동 방법은,According to one embodiment, a method of driving the variable output voltage charge pump device comprises:

상기 차지 펌프의 반복적인 활성화와 비활성화에 따른 상기 가변 출력 전압을 저역 통과 필터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.And low pass filtering the variable output voltage according to the repeated activation and deactivation of the charge pump.

본 발명의 가변 출력 전압 차지 펌프 및 이를 이용한 MEMS 마이크로폰 장치에 따르면, 어플리케이션이 달라지더라도 차지 펌프를 재설계할 필요없이 출력 전압 설정만 달리하여 새로운 어플리케이션에 적용할 수 있으므로, 범용성과 확장성을 제공할 수 있다.According to the variable output voltage charge pump of the present invention and the MEMS microphone device using the same, it is possible to apply the present invention to a new application by changing the output voltage setting without needing to redesign the charge pump even if the application is changed. can do.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰 장치를 예시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 출력 전압 차지 펌프를 예시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 출력 전압 차지 펌프의 전압 분배기를 예시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 출력 전압 차지 펌프의 전압 선택부를 예시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 출력 전압 차지 펌프의 출력 전압들을 예시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차지 펌프의 출력 전압을 가변 구동하는 방법을 예시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차지 펌프의 출력 전압의 레벨을 제어하기 위한 오실레이터 제어 신호를 생성하는 절차를 구체적으로 예시한 순서도이다.1 is a block diagram illustrating a MEMS microphone device according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a variable output voltage charge pump in accordance with one embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram illustrating a voltage divider of a variable output voltage charge pump according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram illustrating a voltage selector of a variable output voltage charge pump according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating output voltages of a variable output voltage charge pump according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of variably driving an output voltage of a charge pump according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart specifically illustrating a procedure for generating an oscillator control signal for controlling a level of an output voltage of a charge pump according to an embodiment of the present invention.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. For the embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be practiced in various forms, The present invention should not be construed as limited to the embodiments described in Figs.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰 장치를 예시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a MEMS microphone device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, MEMS 마이크로폰 장치(1)는 MEMS 마이크로폰 칩(10), 신호 처리 칩(20)을 포함한다. Referring to FIG. 1, a MEMS microphone device 1 includes a MEMS microphone chip 10 and a signal processing chip 20.

MEMS 마이크로폰 칩(10)과 신호 처리 칩(20)은 별개의 공정에서 별개의 칩들에 각각 형성된 후 함께 패키징될 수도 있고, 하나의 웨이퍼 상에서 동일한 공정 중에 형성될 수도 있다. 설명의 편의를 위해, 도 1에서는 두 칩(10, 20)이 각각 별개로 형성된 후 패키징된 것으로 설명된다.The MEMS microphone chip 10 and the signal processing chip 20 may be respectively formed in separate chips in separate processes and then packaged together, or may be formed in the same process on one wafer. For convenience of explanation, it is explained in Fig. 1 that two chips 10 and 20 are separately formed and then packaged.

MEMS 마이크로폰 칩(10) 상에는 MEMS 다이아프램(11)과 백플레이트(12)가 형성된다.On the MEMS microphone chip 10, a MEMS diaphragm 11 and a back plate 12 are formed.

다이아프램(11)과 백플레이트(12) 사이의 전압은 바이어스 단자(13)를 통해 인가되는 가변 출력 전압(Vcpo)에 의해 바이어스되어 있다. 외부의 진동에 따라 다이아프램(11)이 진동하면, 다이아프램(11)과 백플레이트(12) 사이의 정전 용량이 변화하고, 정전 용량의 변화로 인한 다이아프램(11)과 백플레이트(12) 사이의 다이아프램 전압(Vd)이 출력 단자(14)에서 출력된다.The voltage between the diaphragm 11 and the back plate 12 is biased by the variable output voltage Vcpo applied through the bias terminal 13. When the diaphragm 11 vibrates due to external vibrations, the capacitance between the diaphragm 11 and the back plate 12 changes and the capacitance between the diaphragm 11 and the back plate 12, The diaphragm voltage Vd is output from the output terminal 14.

신호 처리 칩(20)은 크게 가변 출력 전압 차지 펌프부(21), 검출부(22) 및 증폭부(23)를 포함할 수 있다. 가변 출력 전압 차지 펌프부(21)는 다이아프램(11)과 백플레이트(12)의 특성에 따른 전압 선택 신호(Vsel) 및 기준 전압(Vref)에 따라 전원 전압(Vcc)을 승압하여 가변 출력 전압(Vcpo)으로 출력한다.The signal processing chip 20 can largely include a variable output voltage charge pump unit 21, a detection unit 22, and an amplification unit 23. The variable output voltage charge pump unit 21 boosts the power supply voltage Vcc according to the voltage selection signal Vsel and the reference voltage Vref according to the characteristics of the diaphragm 11 and the back plate 12, (Vcpo).

검출부(22)는 다이아프램 전압(Vd)으로부터 정전 용량 변화를 검출하여 검출 신호(Vs)를 출력하고, 증폭부(23)는 검출 신호(Vs)를 증폭하여 마이크로폰 출력 신호(Vmic)로서 외부로 출력한다.The detection unit 22 detects a change in capacitance from the diaphragm voltage Vd and outputs a detection signal Vs. The amplification unit 23 amplifies the detection signal Vs and outputs it as a microphone output signal Vmic to the outside Output.

가변 출력 전압 차지 펌프부(21)의 동작 및 구성을 좀더 상세하게 설명하기 위해 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰용 가변 출력 전압 차지 펌프를 예시한 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a variable output voltage charge pump for a MEMS microphone according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, to be.

비록 도 1을 함께 참고하면 도 2의 가변 출력 전압 차지 펌프부(21)가 마치 MEMS 마이크로폰에서만 이용될 수 있는 회로인 것처럼 보일 수 있으나, 본 발명의 가변 출력 전압 차지 펌프는 MEMS 마이크로폰의 응용 분야에만 한정적으로 적용되는 회로가 아니며, 통상적으로 차지 펌프를 필요로 하는 장치를 설계할 때에 차지 펌프가 목적이나 스펙에 따라 다른 출력 직류 전압을 제공하는 것이 바람직한 경우라면, 어느 응용 분야에나 본 발명의 가변 출력 전압 차지 펌프가 적용될 수 있다고 이해되어야 한다.1, the variable output voltage charge pump unit 21 of FIG. 2 may appear to be a circuit that may be used only in a MEMS microphone, but the variable output voltage charge pump of the present invention is applicable only to applications of MEMS microphones If the circuit is not a limited circuit and it is desirable to provide a different output DC voltage depending on the purpose or specification of the charge pump when designing a device that typically requires a charge pump, It should be understood that a voltage charge pump can be applied.

도 2에서, 가변 출력 전압 차지 펌프부(21)는 전압 레벨 제어부(211), 오실레이터(oscillator)(212) 및 차지 펌프(213)를 포함할 수 있다.2, the variable output voltage charge pump unit 21 may include a voltage level control unit 211, an oscillator 212, and a charge pump 213.

전압 레벨 제어부(211)는 MEMS 마이크로폰 칩(10) 내의 다이아프램(11)과 백플레이트(12)의 스펙에 따라 결정된 분배율 n/N (1≤n≤N인 자연수)을 특정하는 전압 선택 신호(Vsel)에 따라 차지 펌프(213)의 가변 출력 전압(Vcpo)에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배 전압(V_n)을 기준 전압(Vref)과 비교한 결과에 따라 오실레이터(212)의 동작을 제어하도록 활성화 또는 비활성화되는 오실레이터 제어 신호(ENb)를 생성한다. The voltage level control unit 211 controls the voltage level of the voltage selection signal (the voltage level of the input signal) to determine the distribution ratio n / N (natural number 1? N? N) determined according to the specification of the diaphragm 11 and the back plate 12 in the MEMS microphone chip 10 The operation of the oscillator 212 is controlled according to the result of comparing the divided voltage V_n obtained by multiplying the variable output voltage Vcpo of the charge pump 213 by the division ratio n / And generates an oscillator control signal ENb to be activated or deactivated.

MEMS 마이크로폰 칩(10) 내의 다이아프램(11)과 백플레이트(12)의 스펙에 상응하는 바이어스 전압 값은 예를 들어 차지 펌프(213)의 최소 출력 가능 전압부터 최대 출력 가능 전압까지의 범위 내에서 선택될 수 있다.The bias voltage value corresponding to the specification of the diaphragm 11 and the back plate 12 in the MEMS microphone chip 10 is set to be within a range from the minimum output allowable voltage to the maximum output allowable voltage of the charge pump 213 Can be selected.

또한, 가변 출력 전압(Vcpo) 값이 원하는 바이어스 전압 값에 도달하고 유지되려면, 가변 출력 전압(Vcpo)에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배 전압(V_n)이 기준 전압(Vref)과 같아져야 한다.Further, in order for the value of the variable output voltage Vcpo to reach and maintain the desired bias voltage value, the divided voltage V_n obtained by multiplying the variable output voltage Vcpo by the division ratio n / N must be equal to the reference voltage Vref .

이에 따라, 분배율 n/N는 기준 전압(Vref) 값을 원하는 바이어스 전압 값, 즉 목표하는 가변 출력 전압(Vcpo)으로 나눈 비율이라고 할 수 있다.Accordingly, the distribution ratio n / N can be regarded as the ratio of the reference voltage Vref divided by the desired bias voltage value, that is, the target variable output voltage Vcpo.

따라서, 본 발명의 차지 펌프부(21)는, 차지 펌프(213)의 최소 출력 가능 전압부터 최대 출력 가능 전압까지의 범위 내에서, 분배율 n/N를 낮출수록 높은 전압 레벨에서 고정되는 가변 출력 전압(Vcpo)을 얻을 수 있고, 분배율 n/N를 높이면 낮은 전압 레벨에서 고정되는 가변 출력 전압(Vcpo)을 얻을 수 있다.Therefore, the charge pump unit 21 of the present invention is capable of controlling the charge pump unit 213 in the range from the minimum output enable voltage to the maximum output enable voltage, (Vcpo) can be obtained, and a variable output voltage Vcpo fixed at a low voltage level can be obtained by increasing the distribution ratio n / N.

한편, 도 2에서 오실레이터 제어 신호(ENb)는 예시적으로 논리 Low일 때에 활성화되는 신호인 것으로 예시되나, 반드시 그러한 것은 아니고 논리 High일 때에 활성화되는 신호로서 생성될 수도 있다.In FIG. 2, the oscillator control signal ENb is illustratively a signal that is activated when it is logic low, but it may be generated as a signal that is activated when the signal is logic high rather than necessarily.

구체적으로, 전압 레벨 제어부(211)는 전압 분배기(2111), 전압 선택기(2112) 및 비교기(2113)를 포함할 수 있다.Specifically, the voltage level control unit 211 may include a voltage divider 2111, a voltage selector 2112, and a comparator 2113.

전압 분배기(2111)는 차지 펌프(213)의 가변 출력 전압(Vcpo)을 피드백받아 소정 전압 간격으로, 바람직하게는 균등한 전압 간격으로 분배된 N 개의 분배 전압들(V_1 … V_N)을 생성한다.The voltage divider 2111 receives the variable output voltage Vcpo of the charge pump 213 and generates N divided voltages V_1 ... V_N distributed at predetermined voltage intervals, preferably at even voltage intervals.

예를 들어 전압 분배기(2111)는 도 3과 같이 N 개의 직렬 연결된 저항성 소자들로 또는 N 개의 직렬 연결된 다이오드들(D_1, D_2, D_3, …, D_n, … D_N)로 구현될 수 있고, 두 저항성 소자 또는 두 다이오드의 접점 노드(node)에서 각각 분배된 전압들(V_1, V_2, V_3, …, Vn, … V_N)을 출력할 수 있다.For example, the voltage divider 2111 may be implemented with N series connected resistive elements as shown in FIG. 3 or with N series connected diodes D_1, D_2, D_3, ..., D_n, ... D_N, (V_1, V_2, V_3, ..., Vn, ... V_N) distributed at the contact node of the device or two diodes.

전압 선택기(2112)는 N 개의 직렬 연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들의 각 노드들에서 각각 출력되는 N 개의 분배 전압들(V_1, …, V_N) 중에서 분배율 n/N에 상응하는 전압 분배기(2111)의 n 번째 분배 전압(V_n)을 전압 선택 신호(Vsel)에 의해 선택하고, 선택된 분배 전압(V_n)을 출력한다.The voltage selector 2112 selects one of the N divided voltages V_1, ..., V_N output from the respective nodes of the N series-connected resistive elements or diodes, n of the voltage divider 2111 corresponding to the division ratio n / Th distribution voltage V_n by the voltage selection signal Vsel, and outputs the selected distribution voltage V_n.

바람직하게는, 전압 선택기(2112)는 N 개의 분배 전압들(V_1, …, V_N) 중에서 전압 분배기(2111)의 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 노드, 즉 아래에서 n 번째 저항성 소자 또는 다이오드와 n+1번째 저항성 소자 또는 다이오드 사이의 노드에서 출력되는 n 번째 분배 전압(V_n)을 전압 선택 신호(Vsel)에 의해 선택하고, 선택된 분배 전압(V_n)을 출력한다.Preferably, the voltage selector 2112 includes an nth node corresponding to the distribution ratio n / N of the voltage divider 2111 among the N distribution voltages V_1, ..., V_N, i.e., the nth resistive element or diode the n-th distribution voltage V_n output from the node between the (n + 1) th resistive element or the diode is selected by the voltage selection signal Vsel and the selected distribution voltage V_n is output.

이때, 전압 선택기(2112)는 분배율 n/N가 최대일 때(n=N)에 N 번째 분배 전압(V_N)을 선택하고, 분배율 n/N가 최소일 때(n=1)에 1 번째 분배 전압(V_1)을 선택한다는 점에 유의한다.At this time, the voltage selector 2112 selects the Nth distribution voltage V_N when the distribution ratio n / N is the maximum (n = N), and when the distribution ratio n / Note that voltage V_1 is selected.

예를 들어, 전압 선택기(2112)는 도 4와 같이, 각각 일측은 분배 전압(V_1 내지 V_N 중 하나)에 연결되고 타측은 비교기(2113)에 연결된 N 개의 스위치들(SW_1 내지 SW_N)을 병렬로 포함하고, 전압 선택 신호(Vsel)에 의해 스위치들(SW_1 내지 SW_N) 중 하나(SW_n)만 선택적으로 통전시킴으로써 전압 분배기(2111)로부터 제공된 N 개의 분배 전압들(V_1 내지 V_N) 중에 n 번째 분배 전압(V_n)을 선택적으로 비교기(2113)에 출력할 수 있다.For example, as shown in FIG. 4, the voltage selector 2112 is connected to one of the distribution voltages (one of V_1 to V_N) and the other of the N switches (SW_1 to SW_N) connected to the comparator 2113 in parallel Of the N distribution voltages V_1 to V_N provided from the voltage divider 2111 by selectively energizing only one of the switches SW_1 to SW_N by the voltage selection signal Vsel, (V_n) to the comparator 2113 as shown in FIG.

비교기(2113)는 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압(V_n)과 기준 전압(Vref)을 비교하여, 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압(V_n)이 기준 전압(Vref)보다 낮으면 오실레이터(212)의 동작을 활성화하고, 그렇지 않으면 오실레이터(212)의 동작을 비활성화하도록, 오실레이터 제어 신호(ENb)를 생성한다. The comparator 2113 compares the n-th distribution voltage V_n corresponding to the distribution ratio n / N with the reference voltage Vref so that the n-th distribution voltage V_n corresponding to the division ratio n / N is larger than the reference voltage Vref And generates an oscillator control signal ENb to activate the operation of the oscillator 212 if it is low and deactivate the operation of the oscillator 212 otherwise.

한편, 도 2에서 비교기(2113)는 (+) 단자에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압(V_n)을 입력받고 (-) 단자에서 기준 전압(Vref)을 입력받는 것으로 예시되어 있다. 기준 전압(Vref)보다 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압(V_n)이 더 낮은 동안에는, 즉 비교기(2113)에서 논리 Low가 출력되는 동안에는 가변 출력 전압(Vcpo)을 증가시키기 위해 오실레이터(212)를 동작시켜야 하므로, 비교기(2113)는 예시적으로 논리 Low일 때에 활성화되는 신호(ENb)로서 오실레이터 제어 신호(ENb)를 출력한다.2, the comparator 2113 receives the n-th distribution voltage V_n corresponding to the division ratio n / N at the (+) terminal and receives the reference voltage Vref at the (-) terminal. While the n-th distribution voltage V_n corresponding to the division ratio n / N is lower than the reference voltage Vref, that is, the logic low is outputted at the comparator 2113, the oscillator 212 ), The comparator 2113 outputs the oscillator control signal ENb as a signal ENb activated when the signal is low, for example.

실시예에 따라, 비교기(2113)는 (-) 단자에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압(V_n)을 입력받고 (+) 단자에서 기준 전압(Vref)을 입력받는 것으로 구현될 수도 있다. 이 경우에, 기준 전압(Vref)보다 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압(V_n)이 더 높은 동안에, 즉 비교기(2113)에서 논리 High가 출력되는 동안에 가변 출력 전압(Vcpo)을 증가시키기 위해 오실레이터(212)를 동작시켜야 하므로, 비교기(2113)는 예시적으로 논리 High일 때에 활성화되는 신호로서 오실레이터 제어 신호를 출력할 수 있다.According to the embodiment, the comparator 2113 may be implemented by receiving the n-th distribution voltage V_n corresponding to the division ratio n / N at the (-) terminal and receiving the reference voltage Vref at the (+) terminal . In this case, while the n-th distribution voltage V_n corresponding to the division ratio n / N is higher than the reference voltage Vref, i.e., when the logic high is outputted from the comparator 2113, the variable output voltage Vcpo is increased The comparator 2113 can output an oscillator control signal as a signal activated when the comparator 2113 is logically high.

이어서 오실레이터(212)는 오실레이터 제어 신호(ENb)의 활성화 여부에 따라 소정 주파수의 클럭 신호(CLK, CLKb)를 차지 펌프(213)로 출력할 수 있다. 오실레이터 제어 신호(ENb)가 비활성화되면(즉, 도 2에서 비교기(2113)에서 분배율 n/N의 분배 전압(V_n)이 기준 전압(Vref)보다 높아질 경우에), 오실레이터(212)의 클럭 신호(CLK, CLKb) 자체의 생성이 중단될 수 있다.The oscillator 212 can output the clock signals CLK and CLKb of a predetermined frequency to the charge pump 213 according to whether the oscillator control signal ENb is activated or not. When the oscillator control signal ENb is deactivated (i.e., when the divided voltage V_n of the division ratio n / N is higher than the reference voltage Vref in the comparator 2113 in Fig. 2), the clock signal of the oscillator 212 CLK, CLKb) itself may be interrupted.

차지 펌프(213)는 오실레이터(212)로부터 클럭 신호(CLK)가 인가되는 동안 전원 전압(Vcc)을 승압하여 가변 출력 전압(Vcpo)을 출력한다.The charge pump 213 boosts the power supply voltage Vcc while the clock signal CLK is being applied from the oscillator 212 to output the variable output voltage Vcpo.

차지 펌프(213)의 가변 출력 전압(Vcpo)이 원하는 전압 레벨에 이르기 전까지는 전압 레벨 제어부(211)의 오실레이터 제어 신호(Enb)에 의해 오실레이터(212)로부터 클럭 신호(CLK)의 출력이 활성화되므로 가변 출력 전압(Vcpo)이 계속 상승한다.The output of the clock signal CLK from the oscillator 212 is activated by the oscillator control signal Enb of the voltage level control unit 211 until the variable output voltage Vcpo of the charge pump 213 reaches the desired voltage level The variable output voltage Vcpo continuously increases.

가변 출력 전압(Vcpo)이 일정 전압 레벨에 도달하면, 전압 레벨 제어부(211)의 오실레이터 제어 신호(Enb)에 의해 오실레이터(212)로부터 클럭 신호(CLK)의 출력이 비활성화되므로 차지 펌프(213)의 동작도 비활성화된다. 이에 따라, 가변 출력 전압(Vcpo)은 더 이상 상승하지 않고 MEMS 마이크로폰 칩(11) 내부의 등가 시정수에 따라 감소하지만, 가변 출력 전압(Vcpo)의 감소 폭이 전압 레벨 제어부(211) 내의 비교기(2113)에 의해 검출될 정도를 넘어서면, 다시 오실레이터(212)의 클럭 신호(CLK)의 출력이 활성화되면서 가변 출력 전압(Vcpo)이 다시 높아진다. 이러한 식으로 차지 펌프(213)는 활성화/비활성화를 반복하면서 가변 출력 전압(Vcpo)의 크기를 일정하게 유지한다.The output of the clock signal CLK from the oscillator 212 is deactivated by the oscillator control signal Enb of the voltage level control unit 211 so that the output of the charge pump 213 The operation is also deactivated. Accordingly, the variable output voltage Vcpo is not increased any more but decreases in accordance with the equivalent time constant in the MEMS microphone chip 11, but the decrease width of the variable output voltage Vcpo is reduced by the comparator (not shown) 2113, the output of the clock signal CLK of the oscillator 212 is activated again, and the variable output voltage Vcpo again rises. In this way, the charge pump 213 keeps the magnitude of the variable output voltage Vcpo constant while repeating activation / deactivation.

실시예에 따라, 차지 펌프(213)의 출력 단자에 커패시터를 포함하는 저역 통과 필터(214)를 이용하여 차지 펌프(213)의 활성화/비활성화에 따른 가변 출력 전압(Vcpo)의 리플 성분을 제거할 수도 있다.A ripple component of the variable output voltage Vcpo due to the activation / deactivation of the charge pump 213 is removed by using a low-pass filter 214 including a capacitor at the output terminal of the charge pump 213 It is possible.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰 장치의 가변 출력 전압 차지 펌프의 출력 전압들을 예시한 그래프이다.5 is a graph illustrating output voltages of a variable output voltage charge pump of a MEMS microphone device according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 MEMS 마이크로폰 장치의 가변 출력 전압 차지 펌프는 다이어프램(11)과 백플레이트(12) 사이의 바이어스 전압으로서 분배율 n/N의 크기에 따라, 분배율 n/N가 크면(1에 가까우면) 최소 레벨에 가깝고 분배율 n/N가 작아지면(0에 가까우면) 최대 레벨에 가깝도록 가변하는 출력 전압들 중 하나를 바이어스 전압 신호로서 출력할 수 있다.Referring to FIG. 5, the variable output voltage charge pump of the MEMS microphone device of the present invention is a bias voltage between the diaphragm 11 and the back plate 12, and when the distribution ratio n / N is large 1) and one of the output voltages that are close to the maximum level (as close to zero) as the division ratio n / N becomes small (close to zero).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차지 펌프의 출력 전압을 가변 구동하는 방법을 예시한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a method of variably driving an output voltage of a charge pump according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 전압 레벨 제어부(211), 오실레이터(212) 및 차지 펌프(213)를 포함하는 가변 출력 전압 차지 펌프 장치(21)의 구동 방법은, 단계(S61)에서, 전압 레벨 제어부(211)가 소정의 분배율 n/N (1≤n≤N인 자연수)을 특정하는 전압 선택 신호(Vsel)에 따라 차지 펌프(213)의 가변 출력 전압(Vcpo)에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배 전압(V_n)을 기준 전압(Vref)과 비교한 결과에 따라 오실레이터(212)의 동작을 제어하도록 활성화 또는 비활성화되는 오실레이터 제어 신호(ENb)를 생성하는 단계로부터 시작한다.6, the driving method of the variable output voltage charge pump device 21 including the voltage level control unit 211, the oscillator 212 and the charge pump 213 is the same as that of the voltage level control unit N obtained by multiplying the variable output voltage Vcpo of the charge pump 213 by the division ratio n / N in accordance with the voltage selection signal Vsel specifying the predetermined division ratio n / N (1? N? N) And generating an oscillator control signal ENb which is activated or deactivated to control the operation of the oscillator 212 according to the result of comparing the distribution voltage V_n with the reference voltage Vref.

단계(S61)를 좀더 구체적으로 설명하기 위해 도 7을 참조하면, 단계(S611)에서, 전압 레벨 제어부(211)가 차지 펌프(213)의 가변 출력 전압(Vcpo)을 피드백받아 소정 전압 간격으로, 바람직하게는 균등한 전압 간격으로 분배된 N 개의 분배 전압들(V_1 … V_N)을 생성한다.7, in step S611, the voltage level control unit 211 receives the variable output voltage Vcpo of the charge pump 213 and outputs the variable output voltage Vcpo at a predetermined voltage interval, And generates N distributed voltages (V_1 ... V_N) that are preferably distributed at equal voltage intervals.

이어서, 단계(S612)에서, 전압 레벨 제어부(211)가 N 개의 직렬 연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들의 각 노드들에서 각각 출력되는 N 개의 분배 전압들(V_1 … V_N) 중에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압(V_n)을 전압 선택 신호(Vsel)에 의해 선택하고, 선택된 분배 전압(V_n)을 출력한다.Subsequently, in step S612, the voltage level control unit 211 determines whether the N divided voltages V_1 to V_N output from the respective nodes of the N series-connected resistive elements or diodes, corresponding to the division ratio n / N selects the n-th distribution voltage V_n by the voltage selection signal Vsel, and outputs the selected distribution voltage V_n.

단계(S613)에서, 전압 레벨 제어부(211)가 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압(V_n)과 기준 전압(Vref)을 비교하여, 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압(V_n)이 기준 전압(Vref)보다 낮으면 오실레이터(212)의 동작을 활성화하고, 그렇지 않으면 오실레이터(212)의 동작을 비활성화하도록, 오실레이터 제어 신호(ENb)를 생성한다.In step S613, the voltage level control unit 211 compares the n-th distribution voltage V_n corresponding to the distribution ratio n / N and the reference voltage Vref to calculate the n-th distribution voltage V_n corresponding to the division ratio n / N Generates the oscillator control signal ENb so as to activate the operation of the oscillator 212 if it is lower than the reference voltage Vref and otherwise deactivate the operation of the oscillator 212. [

다시 도 6으로 돌아와서, 단계(S62)에서, 오실레이터(212)는 오실레이터 제어 신호(ENb)의 활성화 여부에 따라 소정 주파수의 클럭 신호(CLK, CLKb)를 차지 펌프(213)로 출력한다.Returning to FIG. 6, in step S62, the oscillator 212 outputs the clock signal (CLK, CLKb) of a predetermined frequency to the charge pump 213 according to whether the oscillator control signal ENb is activated or not.

단계(S63)에서, 차지 펌프(213)는 오실레이터(212)로부터 클럭 신호(CLK)가 인가되는 동안 전원 전압(Vcc)을 승압하여 가변 출력 전압(Vcpo)을 출력한다.In step S63, the charge pump 213 boosts the power supply voltage Vcc while the clock signal CLK is being applied from the oscillator 212 to output the variable output voltage Vcpo.

이로써, 가변 출력 전압 차지 펌프 장치가 전압 선택 신호(Vsel)에 의한 분배율 n/N에 상응하는 가변 출력 전압(Vcpo)을 출력할 수 있다.Thereby, the variable output voltage charge pump apparatus can output the variable output voltage Vcpo corresponding to the division ratio n / N by the voltage selection signal Vsel.

선택적으로, 단계(S64)에서, 차지 펌프(213)의 활성화/비활성화에 따른 가변 출력 전압(Vcpo)의 리플 성분을 제거할 수 있도록 가변 출력 전압(Vcpo)을 저역 통과 필터링할 수 있다.Alternatively, in step S64, the variable output voltage Vcpo may be low-pass filtered so that the ripple component of the variable output voltage Vcpo due to activation / deactivation of the charge pump 213 can be removed.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이와 균등하거나 또는 등가적인 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all of the equivalent or equivalent variations will fall within the scope of the present invention.

1 MEMS 마이크로폰 장치
10 MEMS 마이크로폰 칩 11 MEMS 다이아프램
12 백플레이트 13 바이어스 단자
14 출력 단자
20 신호 처리 칩 21 가변 출력 전압 차지 펌프부
211 전압 레벨 제어부 2111 전압 분배기
2112 전압 선택기 2113 비교기
212 오실레이터 213 차지 펌프
214 저역 통과 필터
22 검출부 23 증폭부1 MEMS microphone device
10 MEMS microphone chip 11 MEMS diaphragm
12 Back plate 13 Bias terminal
14 Output terminal
20 signal processing chip 21 variable output voltage charge pump unit
211 voltage level control unit 2111 voltage divider
2112 Voltage Selector 2113 Comparator
212 Oscillator 213 Charge pump
214 Low-pass filter
22 detection unit 23 amplification unit

Claims (13)

분배율 n/N (1≤n≤N인 자연수)를 특정하는 전압 선택 신호에 따라 차지 펌프의 가변 출력 전압에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배 전압을 기준 전압과 비교한 결과에 따라 활성화 또는 비활성화되도록 오실레이터 제어 신호를 생성하는 전압 레벨 제어부;
상기 오실레이터 제어 신호가 활성화될 때에 소정 주파수의 클럭 신호를 출력하는 오실레이터; 및
상기 오실레이터로부터 상기 클럭 신호가 인가되는 동안 전원 전압을 승압하여 상기 가변 출력 전압을 출력하는 차지 펌프를 포함하는 가변 출력 전압 차지 펌프 회로.According to the result of comparing the distribution voltage obtained by multiplying the variable output voltage of the charge pump by the division ratio n / N with the reference voltage according to the voltage selection signal specifying the division ratio n / N (natural number of 1? N? N) A voltage level control unit for generating an oscillator control signal so that the oscillator control signal is generated;
An oscillator for outputting a clock signal of a predetermined frequency when the oscillator control signal is activated; And
And a charge pump for boosting a power supply voltage while the clock signal is being applied from the oscillator to output the variable output voltage. 청구항 1에 있어서, 상기 전압 레벨 제어부는
상기 차지 펌프의 가변 출력 전압을 피드백받아 소정 전압 간격으로 분배된 N 개의 분배 전압들을 생성하는 전압 분배기;
상기 N 개의 분배 전압들 중에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압을 상기 전압 선택 신호에 의해 선택하고, 선택된 n 번째 분배 전압을 출력하는 전압 선택기; 및
상기 n 번째 분배 전압과 상기 기준 전압을 비교하여, 상기 n 번째 분배 전압이 상기 기준 전압보다 낮으면 상기 오실레이터의 동작을 활성화하고, 그렇지 않으면 상기 오실레이터의 동작을 비활성화하도록, 상기 오실레이터 제어 신호를 생성하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 출력 전압 차지 펌프 회로.The power supply according to claim 1, wherein the voltage level control unit
A voltage divider fed back to the variable output voltage of the charge pump to generate N divided voltages divided at predetermined voltage intervals;
A voltage selector for selecting an n-th distribution voltage corresponding to a distribution ratio n / N among the N distribution voltages by the voltage selection signal and outputting the selected n-th distribution voltage; And
Generates the oscillator control signal to compare the nth divided voltage with the reference voltage and to activate the operation of the oscillator if the nth divided voltage is lower than the reference voltage and otherwise to deactivate the operation of the oscillator A variable output voltage charge pump circuit comprising a comparator. 청구항 2에 있어서, 상기 전압 분배기는 N 개의 직렬 연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들로 구현되고,
상기 전압 선택기는 상기 N 개의 직렬 연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들의 노드들에서 각각 출력되는 상기 N 개의 분배 전압들 중에서 상기 전압 분배기의 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압을 상기 전압 선택 신호에 의해 선택하고, 선택된 n 번째 분배 전압을 출력하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 가변 출력 전압 차지 펌프 회로.3. The device of claim 2, wherein the voltage divider is implemented with N series connected resistive elements or diodes,
Wherein the voltage selector selects an n-th distribution voltage corresponding to a distribution ratio n / N of the voltage divider among the N distribution voltages output from the nodes of the N series connected resistive elements or diodes, And to select and output the selected n-th distributed voltage. 청구항 1에 있어서, 상기 차지 펌프의 반복적인 활성화와 비활성화에 따른 상기 가변 출력 전압의 리플 성분을 제거하기 위한 저역 통과 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 출력 전압 차지 펌프 회로.2. The variable output voltage charge pump circuit of claim 1, further comprising a low pass filter for removing ripple components of the variable output voltage due to repeated activation and deactivation of the charge pump. MEMS 다이아프램 및 백플레이트가 형성된 MEMS 마이크로폰 칩; 및
상기 MEMS 다이아프램과 상기 백플레이트 사이의 바이어싱을 위한 가변 출력 전압을 출력하는 가변 출력 전압 차지 펌프부와, 외부 음파 진동에 따른 상기 MEMS 다이아프램과 상기 백플레이트 사이의 정전 용량 변화를 검출하여 검출 신호를 출력하는 검출부와, 상기 검출 신호를 증폭한 마이크로폰 출력 신호를 출력하는 증폭부를 포함하는 신호 처리 칩을 포함하는 MEMS 마이크로폰 장치로서,
상기 가변 출력 전압 차지 펌프부는
상기 MEMS 다이아프램과 상기 백플레이트의 설계 특성에 따른 정해지는 전압 선택 신호 및 기준 전압에 따라 활성화된 동안에 전원 전압을 승압하여 상기 가변 출력 전압을 출력하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 MEMS 마이크로폰 장치.A MEMS microphone chip formed with a MEMS diaphragm and a back plate; And
A variable output voltage charge pump unit for outputting a variable output voltage for biasing between the MEMS diaphragm and the back plate, a capacitance change detecting unit for detecting a capacitance change between the MEMS diaphragm and the back plate according to external sound wave vibration, 1. A MEMS microphone device comprising a signal processing chip including a detection section for outputting a signal and an amplifier section for outputting a microphone output signal obtained by amplifying the detection signal,
The variable output voltage charge pump unit
Wherein the MEMS microcomputer operates to boost the power supply voltage while the MEMS diaphragm is activated according to the voltage selection signal and the reference voltage determined according to the design characteristics of the MEMS diaphragm and the back plate, and to output the variable output voltage. 청구항 5에 있어서, 상기 가변 출력 전압 차지 펌프부는
분배율 n/N (1≤n≤N인 자연수)를 특정하는 전압 선택 신호에 따라 차지 펌프의 가변 출력 전압에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배 전압을 기준 전압과 비교한 결과에 따라 활성화 또는 비활성화되도록 오실레이터 제어 신호를 생성하는 전압 레벨 제어부;
상기 오실레이터 제어 신호가 활성화될 때에 소정 주파수의 클럭 신호를 출력하는 오실레이터; 및
상기 오실레이터로부터 상기 클럭 신호가 인가되는 동안 전원 전압을 승압하여 상기 가변 출력 전압을 출력하는 차지 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 마이크로폰 장치.The variable output voltage charge pump according to claim 5,
According to the result of comparing the distribution voltage obtained by multiplying the variable output voltage of the charge pump by the division ratio n / N with the reference voltage according to the voltage selection signal specifying the division ratio n / N (natural number of 1? N? N) A voltage level control unit for generating an oscillator control signal so that the oscillator control signal is generated;
An oscillator for outputting a clock signal of a predetermined frequency when the oscillator control signal is activated; And
And a charge pump for boosting a power supply voltage while the clock signal is being applied from the oscillator to output the variable output voltage. 청구항 6에 있어서, 상기 전압 레벨 제어부는
상기 차지 펌프의 가변 출력 전압을 피드백받아 소정 전압 간격으로 분배된 N 개의 분배 전압들을 생성하는 전압 분배기;
상기 N 개의 분배 전압들 중에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압을 상기 전압 선택 신호에 의해 선택하고, 선택된 n 번째 분배 전압을 출력하는 전압 선택기; 및
상기 n 번째 분배 전압과 상기 기준 전압을 비교하여, 상기 n 번째 분배 전압이 상기 기준 전압보다 낮으면 상기 오실레이터의 동작을 활성화하고, 그렇지 않으면 상기 오실레이터의 동작을 비활성화하도록, 상기 오실레이터 제어 신호를 생성하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 마이크로폰 장치.7. The apparatus of claim 6, wherein the voltage level control unit
A voltage divider fed back to the variable output voltage of the charge pump to generate N divided voltages divided at predetermined voltage intervals;
A voltage selector for selecting an n-th distribution voltage corresponding to a distribution ratio n / N among the N distribution voltages by the voltage selection signal and outputting the selected n-th distribution voltage; And
Generates the oscillator control signal to compare the nth divided voltage with the reference voltage and to activate the operation of the oscillator if the nth divided voltage is lower than the reference voltage and otherwise to deactivate the operation of the oscillator And a comparator. 청구항 7에 있어서, 상기 전압 분배기는 N 개의 직렬 연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들로 구현되고,
상기 전압 선택기는 상기 N 개의 직렬 연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들의 노드들에서 각각 출력되는 상기 N 개의 분배 전압들 중에서 상기 전압 분배기의 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압을 상기 전압 선택 신호에 의해 선택하고, 선택된 n 번째 분배 전압을 출력하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 MEMS 마이크로폰 장치.8. The device of claim 7, wherein the voltage divider is implemented with N series connected resistive elements or diodes,
Wherein the voltage selector selects an n-th distribution voltage corresponding to a distribution ratio n / N of the voltage divider among the N distribution voltages output from the nodes of the N series connected resistive elements or diodes, And to output the selected n-th distribution voltage. 청구항 6에 있어서, 상기 차지 펌프의 반복적인 활성화와 비활성화에 따른 상기 가변 출력 전압의 리플 성분을 제거하기 위한 저역 통과 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 마이크로폰 장치.7. The MEMS microphone device of claim 6, further comprising a low-pass filter for removing ripple components of the variable output voltage due to repeated activation and deactivation of the charge pump. 전압 레벨 제어부, 오실레이터 및 차지 펌프를 포함하는 가변 출력 전압 차지 펌프 장치의 구동 방법으로서,
상기 전압 레벨 제어부가 분배율 n/N (1≤n≤N인 자연수)를 특정하는 전압 선택 신호에 따라 차지 펌프의 가변 출력 전압에 분배율 n/N를 승산하여 얻은 분배 전압을 기준 전압과 비교한 결과에 따라 활성화 또는 비활성화되도록 오실레이터 제어 신호를 생성하는 단계;
상기 오실레이터가 상기 오실레이터 제어 신호가 활성화될 때에 소정 주파수의 클럭 신호를 출력하는 단계; 및
상기 차지 펌프가 상기 오실레이터로부터 상기 클럭 신호가 인가되는 동안 전원 전압을 승압하여 상기 가변 출력 전압을 출력하는 단계를 포함하는 가변 출력 전압 차지 펌프 장치의 구동 방법.A method of driving a variable output voltage charge pump device comprising a voltage level control, an oscillator and a charge pump,
The distribution voltage obtained by multiplying the variable output voltage of the charge pump by the division ratio n / N is compared with the reference voltage in accordance with the voltage selection signal specifying the division ratio n / N (1? N? N) Generating an oscillator control signal to be activated or deactivated according to the control signal;
Outputting a clock signal of a predetermined frequency when the oscillator control signal is activated; And
And the charge pump stepping up the power supply voltage while the clock signal is being applied from the oscillator to output the variable output voltage. 청구항 10에 있어서, 상기 전압 레벨 제어부가 상기 오실레이터 제어 신호를 생성하는 단계는,
상기 전압 레벨 제어부가,
상기 차지 펌프의 가변 출력 전압을 피드백받아 소정 전압 간격으로 분배된 N 개의 분배 전압들을 생성하는 단계;
상기 N 개의 분배 전압들 중에서 분배율 n/N에 상응하는 n 번째 분배 전압을 상기 전압 선택 신호에 의해 선택하고, 선택된 n 번째 분배 전압을 출력하는 단계; 및
상기 n 번째 분배 전압과 상기 기준 전압을 비교하여, 상기 n 번째 분배 전압이 상기 기준 전압보다 낮으면 상기 오실레이터의 동작을 활성화하고, 그렇지 않으면 상기 오실레이터의 동작을 비활성화하도록, 상기 오실레이터 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 출력 전압 차지 펌프 장치의 구동 방법.11. The method of claim 10, wherein the step of generating the oscillator control signal by the voltage level control unit comprises:
Wherein the voltage level control unit comprises:
Generating N distribution voltages fed back from the variable output voltage of the charge pump and divided at predetermined voltage intervals;
Selecting an n-th distribution voltage corresponding to a distribution ratio n / N among the N distribution voltages by the voltage selection signal, and outputting the selected n-th distribution voltage; And
Generates the oscillator control signal to compare the nth divided voltage with the reference voltage and to activate the operation of the oscillator if the nth divided voltage is lower than the reference voltage and otherwise to deactivate the operation of the oscillator Wherein the step of controlling the variable output voltage charge pump device comprises the steps of: 청구항 11에 있어서, 상기 N 개의 분배 전압들은 N 개의 직렬 연결된 저항성 소자들 또는 다이오드들의 노드들에서 각각 출력되는 것을 특징으로 하는 가변 출력 전압 차지 펌프 장치의 구동 방법.12. The method of claim 11, wherein the N divided voltages are each output at N nodes of serially connected resistive elements or diodes. 청구항 10에 있어서, 상기 차지 펌프의 반복적인 활성화와 비활성화에 따른 상기 가변 출력 전압을 저역 통과 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 출력 전압 차지 펌프 장치의 구동 방법.11. The method of claim 10, further comprising the step of low-pass filtering the variable output voltage according to repeated activation and deactivation of the charge pump.
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