TW201027909A - Voice sensing device - Google Patents

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201027909 六、發明說明： · 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於麥克風前置放大器，更係關於可消除自 身干擾的電路結構。 【先前技術】 第1圖表示一傳統麥克風置放大器電路。一放大器15〇 實施於一積體電路160，具有一第一輸入端(+)、一第二輸 入端㈠以及一輸出端。該積體電路160具有一接點1〇2， 用以將來其外界之訊號耦合至該放大器15()。同時，該第 一輸入端受一偏壓電阻器13〇及位於該積體電路内的一參 _ 考電壓源140之偏壓。一麥克風匣12〇耦接於一偏電壓源 110及該接點102之間。該放大器15〇之輸出端連接至該 第二輪入端（-)，並將該麥克風匣12〇受前置放大的結果（表 示為Vout)予以輸出。該麥克風匣12〇可為一駐極體電容 式麥克風(Electret condenser microphone，ECM)，其包括一 可動薄膜及一固定背板而形成一等效電容器。該麥克風匣 120 也叮以疋微機電（Micro mechanical electrical system，MEMS)麥克風。 ® 眾所周知’聲音是一種氣壓變動，而該麥克風g 12〇 可感測該氣壓變動而產生電荷變化。因此，聲音訊號被轉 換成電壓訊號。該放大器150可作為一緩衝器，以輸出感 測之電壓訊號…般來說’該偏電壓源、11G會產生顯著的 雜訊’且該麥克風s 12G又對射頻（RF)干擾敏感。舉例 而言’ RF干擾可被輕合至該麥克風匡 120而使該第一輸 入端(+)上之電壓發生偏差。由於電路結構的關係，麥克風 FOR08-0026/0958-A41845-TW/Final 4 201027909 剛Ί大器之品質將受到嚴重影響。 【發明内容】 本發明提供一種聲音感測裝置，包括一電路板；一系 統晶片，配置於該電路板，包括：一放大器；包括一第一 輸入端；一第二輪入端；以及一輸出端；一第一接點，耦 ，至=第—輪入蠕；以及一第二接點，耦接至該第二輸入 端，一偏電壓源，配置於該電路板，用以提供一偏電壓； 一第一感測器，配置於該電路板且耦接至該第一接點及該 偏電壓源，用以感測一第一物理參數及一第二物理參數； 以及一第二感測器，配置於該電路板且耦接至該第二接 點用以感測該第一物理參數，其中該第二感測該 敏感(in—)’且該放大器之該輪出端輪 出茲弟一及第二輪入端間之一壓差。 本發明另提供一聲音感測裝置，包括一電路板； 電壓源’配置於該電路板，用以提供一偏電壓； 片，配置於該電路板’包括一第一模組，包括耦接至該曰第曰 -輸入端及該偏電壓源的—第—感測器，用以感測一^一 物理參數及一第二物理參數一第二模組，包括耦接至該第 二輸^端的一第二感測器，用以感測該第一物理參數，"复 中該第二感測器對該第二物理參數不敏感；以及—第三& 組，包括-放大器，該放大器具有一第一輸入端、一^二 „以及一輸出端’其中該放大器之該輸出端輪出： 第一及第二輸入端間之一壓差。 本發明另提供-聲音感測裝置，包括一系統晶片，包 括一偏電壓源，配置於該系統晶片，用以提供一偏電壓· FOR08-0026/0958-A41845-TW/Final 5 201027909 第模組，包括一放大器，該放大器具有一第一輸入端、 一第二輸入端、以及一輸出端；以二、第二模組，包括- 第-感測器，接至該第—輪人端及該偏電㈣，用以感 測-第-物理參數及一第二物理參數；以及一第二感測 ° _搞接至該第—輸人端，用以感測該第—物理參數’其 中該第二感測n對該第二物理參數不敏感；其中該放大器 之Ί出端輸出該第一及第 歷差。 【實施方式】 下文為介紹本發明之最佳實施例。各實施例用以說明 本發明之原理，但非用以限制本發明。本發明之範圍當以 後附之權利要求項為準。 本發明提供一種系統晶片解決方案，用以將晶片外元 件及晶片内部實體電路布局所造成之雜訊或干擾予以最小 化。 第2圖表示本發明一實施例之一聲音感測裝置。該聲 音感測裝置一般實施於一電路板200之上。該聲音感測裝 置可應用於各種型態之可攜裝置，例如數位錄音機、行動 電話、或照相機。該電路板200通常為一印刷電路板 (PCB)。在該電路板200中，一系統晶片260具有兩個接腳 202及204。一前置放大器電路之一部分由該系統晶片260 實施，而另一部分則由該電路板200實施。在該系統晶片 260中，該放大器250包括，第一輸入端(+)、一第二輸入 端㈠、以及一輸出端。該系統晶片260包括耦接至該第一 輸入端（+)的一第一接點202，以及柄接至該第二輸入端（-) 的一第二接點204。 FOR08-0026/0958-A41845-TW/Final 6 201027909 該電路板200包括一第一感測器220,其耦接至該第一 接點202以感測一第一物理參數及一第二物理參數。同樣 地，該電路板200亦包括一第二感測器225，其耦接至該 第二接點204以感測該第一物理參數。其中，該第一感測 器220與該第二感測器225之差別在於對該第二物理參數 之敏感度。在該實施例中，該第一物理參數為產生於該積 體電路之射頻（RF)干擾、該偏電壓源所產生之雜訊、或以 上兩者。該第二物理參數為一氣壓變動，即所謂的「聲音」。 •依此方式，可將不要的干擾及雜訊效地消除，並產生高品 質的聲音訊號。 一偏電壓源210亦配置於該電路板2〇〇,並用以提供一 偏電壓。該第一感測器220係一麥克風匣’用以感測該第 一物理參數及該第二物理參數。該第二感測器225係二電 容器’而該麥克風Ε可為一微機電系統（Micr〇 Electrical-Mechanical System，MEMS)麥克風或一駐極體電 容式麥克風(Electret condenser microphone，ECM)。為了驅 ❿動一 MEMS麥克風’該第一感測器210必須是能夠提供12V 直流偏壓的充電泵。但若該該第一感測器22〇為一 ECM , 則該第一感測器210可為一接地電壓(〇v)。 在該實施例中，該參考電壓源240、第一偏壓電阻器 230及第二偏壓電阻器235皆實施於該系統晶片260之内 部。該第一偏壓電阻器230係耦接至該第一輸入端(+)及該 參考電壓源240。該第二偏壓電阻器235係耦接至該第二 輸入端（-)及該參考電壓源240。 該偏電壓源210提供之該偏壓如下式所示： FOR08-0026/0958-A41845-TW/Fmal 7 201027909 V2io=Vb+yn (1) 其中Vb為該偏電壓源210之直流電壓，而v * 為伴隨 偏壓而生之寄生雜訊。如前所述，對MEMS麥克風而_ 直流電壓Vb必須為12V。 ° 一參考電壓源240提供於該系統晶片260之中。一第 一偏壓電阻器230係耦接至該第一輸入端(+)及該參考電壓 源240。一第二偏壓電阻器235則耦接至該第二輪入端㈠ 以及該參考電壓源240。 該第一感測器220所感測之電壓如下式所示： V22〇=Vr+Vb(x/d)+Vn+VRF (2) 其中d為薄膜與背板間的距離，而X為該薄膜因應氣 壓所產生的位移。VRF為該第一感測器220上產生之射頻 干擾電壓。Vr為該參考電源240所提供之該參考電壓。 同時，該第二感測器225所感測之電壓如下式所示： V225=Vr+Vn+VRF (3) 若該前置放大器150具有一增益G，則該前置放大器 之該輸出端上之輸出電壓¥_為： V〇ut=G(^220-V225)=G Vb(x/d) (4) 由上述可知，本發明可有效地移除該輸出電壓vcut中 的RF雜訊干擾及偏壓雜訊。 此外，尚需考慮不必要的耦合效應。舉例而言，由於 受到來自電源線之干擾及實體電路布局的影響，該電容器 221及226會分別耦接至該第一感測器220及第二感測器 225。該第一接點202上產生的電壓偏移為：

Vpn[C221/(C220+C221)] (5) FOR08-0026/0958-A41845-TW/Final 8 201027909 同樣地’該第二接點上產生的電壓偏移為： VPn[C226/(C225+C226)] (6) 其中Vpn為電源線上之電位。c220為該第-感測器22〇 之電容值，而C225為該第二感測器225上之電容值。其中， 當公式(5)接近公式⑹時，麵合效應可被有效地消除。 在該實施例中，該麥克風E 220可為-微機電系統 (M腦 EleCtriCal-Mechanical ㈣咖，MEMS)麥克風，而該 偏壓源2io則必然為一可提供充足偏壓給該mems麥克風 •的充電泉電路。另外，該麥克風H 220也可以是一駐極體 電谷式麥克風（Electretcondensermicrophone，ECM)或其 他各種型態的麥克風，本發明不以此為限。 由於該第一感測器22〇及第二感測器225兩者皆配置 於該系統晶）i 26G之外’故雜訊及干擾可被有效地消除， 如公式（1)-(6)所示。 第3圖表示本發明另一實施例之一聲音感測裝置。該 聲音感測裝置一般而言實施於一電路板3〇〇之上。在該電 φ路板300中’一系統晶片310具有三個模302、304及306。 一如置放大電路部分位於該三個模組3〇2、3〇4及306上， 而部分位於該電路板300。舉例而言，該放大器25〇係位 於該第二模組306。一第一感測器220係位於該第一模組 302，並耦接至該第一輸入端（+)以感測一第一物理參數及 一第二物理參數。同時，一第二感測器225係位於該第二 模組304’耦接至該第二輸入端（_)以感測該第一物理參數。 在該電路板300中，該偏壓源21〇配置於系統晶片之 外，用以透過一接腳212提供該偏壓至該第一感測器22〇 FOR08-0026/095 8-A41845-TW/Final 9 201027909 及該第二感測器225。因為該第一感測器22〇及該第二感 測器225位於該系統晶片310之中’感測到的干擾可能有 不同的來源。然而，透過精心設計，不同的電路結構依然 可有效地克服訊號干擾的問題。 第4圖表示本發明另一實施例之一聲音感測裝置。該 聲音感測裝置為一整個電路板400。該聲音感測裝置本身 即為一刖置放大電路，且一系統晶片41〇可部分實施於模 組402，而部分實施於模組404。舉例而言，該放大器25〇 係位於該第一模組404。一第一感測器22()係位於該第二 模組402，並耦接至該第一輸入端(+)以感測一第一物理參 數及一第一物理參數。同時，一第二感測器225亦位於該 第二模組402,並糕接至該第二輸入端㈠以感測該第一物 理參數。 在該電路板400中，該偏壓源21〇同樣也配置於該系 統晶片410之中’用以透過内部線路提供偏壓至該第一感 測器220及該第—感測器225。由顧該第—感測器⑽及 第二感測器225皆位於相同的模纟且撕，故感測的干擾將 大致相等。因此，該放大器可輸出消除所有干擾的高品質 的聲音訊號。 實施前置放大電路的電路布局及方法所在多有。諸如 第感測器、第一感測器、放大器、偏壓源及電阻器等元 件，其既可位於晶片之中，亦可位於晶片之外，且可由電 路板、系統晶片或兩者的組合來實施，故本發明不必以此 為限。 本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定 FOR08-0026/0958-A41845-TW/Final 10 201027909 本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍内，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之 保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖表示實施於一積體電路之一傳統麥克風前置放 大器電路； 第2圖表示本發明一實施例之一聲音感測裝置； 第3圖表示本發明另一實施例之一聲音感測裝置； φ 第4圖表示本發明另一實施例之一聲音感測裝置。 【主要元件符號說明】 102〜接點； 110〜偏電壓源； 120〜麥克風匣； 130〜偏壓電阻器； 140〜參考電壓源； 150〜放大器； φ 160〜積體電路； 200〜電路板； 202〜接腳； 204〜接腳； 210〜偏壓源； 220〜第一感測器； 221〜電容器； 225〜第二感測器； 226〜電容器； FOR08-0026/095 8-A41845-TW/Final 11 201027909 230〜第一偏壓電阻器； 235〜第二偏壓電阻器； 240〜參考電壓源， 250〜放大器； 260〜糸統晶片， 300〜電路板； 302〜第一模組； 304〜第二模組； 400〜電路板； 402〜第二模組； 404〜第一模組； 410〜系統晶片。 FOR08-0026/0958-A41845-TW/Final

Claims (1)

1. 201027909 ' 七、申請專利範圍·· 1. 一種聲音感測裝置，包括： 一電路板； 一系統晶片，配置於該電路板，包括： 一放大器，包括一第一輸入端、一第二輸入端、 以及一輸出端； 一第一接點，耦接至該第一輸入端；以及 一第二接點，耦接至該第二輸入端； Φ 一偏電壓源，配置於該電路板，用以提供一偏電 壓； 一第一感測器，配置於該電路板且耦接至該第一 接點及該偏電壓源，用以感測一第一物理參數及一第二物 理參數；以及 一第二感測器，配置於該電路板且耦接至該第二 接點，用以感測該第一物理參數，其中該第二感測器對該 第二物理參數不敏感（insensitive)，且該放大器之該輸出端 參 輸出該第一及第二輸入端間之一壓差。 2. 如申請專利範圍第1項所述之聲音感測裝置，其 中： 該第一感測器係一麥克風匣；以及 該第二物理參數係一氣壓變動。 3. 如申請專利範圍第2項所述之聲音感測裝置，其 中： 該第二感測器係一電容器；以及 該第一物理參數係產生於該系統晶片内部之射 FOR08-0026/0958-A41845-TW/Final 13 201027909 頻（RF)干擾、該偏電壓源所產生之雜訊、或以上兩者。 4. 如申請專利範圍第2項所述之聲音感測裝置，其 中： 該麥克風匣係一微機電系統 (MicroElectrical-Mechanical System，MEMS)麥克風；以 及 該偏電壓源係一充電泵電路（charge pump circuit)。 5. 如申請專利範圍第2項所述之聲音感測裝置，其 中該麥克風匣係一駐極體電容式麥克風（Electret condenser microphone ， ECM) ° 6. 如申請專利範圍第2項所述之聲音感測裝置，其 中該糸統晶片更包括· 一參考電壓源； 一第一偏壓電阻，其耦接至該第一輸入端及該參 考電壓源；以及 一第二偏壓電阻，其耦接至該第二輸入端及該參 考電壓源。 7. 一聲音感測裝置，包括： 一電路板； 一偏電壓源，配置於該電路板，用以提供一偏電 壓； 一系統晶片，配置於該電路板，包括： 一第一模組，包括耦接至該第—輸入端及該偏電 壓源的一第一感測器，用以感測一第一物理參數及一第二 FOR08-0026/0958-A41845-TW/FinaI 14 201027909 物理參數； 一第二模組，包括耦接至該第二輸入端的一第二 感測器’用以感測該第一物理參數，其中該第二感測器對 該第一物理參數不敏感；以及 一第三模組，包括一放大器’該放大器具有一第 一輸入端、一第二輸入端、以及一輸出端’其中該放大器 之該輸出端輪出該第一及第二輸入端間之一壓差。 8. 如申請專利範圍第7項所述之聲音感測裝置，其 ❿中： 該第一感測器係一麥克風匣；以及 該第二物理參數係一氣壓變動。 9. 如申請專利範圍第8項所述之聲音感測裝置，其 中： 該第二感測器係一電容器；以及 該第一物理參數係產生於該系統晶片内部之射 頻(RF)干擾、該偏電壓源所產生之雜訊、或以上兩者。 ❹ 10.如申請專利範圍第8項所述之聲音感測裝置，其 中： 該麥克風匣係一微機電系統 (MicroElectrical-MechanicalSystem，MEMS)麥克風；以及 該偏電壓源係一充電栗電路（charge pump circuit) ° 11.如申請專利範圍第8項所述之聲音感測裝置，其 中該麥克風！£係一駐極體電容式麥克風（Electret condenser microphone ， ECM) ° FOR08-0026/0958-A41845-TW/Final 15 201027909 12. 如申請專利範圍第8項所述之聲音感測裝置，其 中該系統晶片更包括· 一參考電壓源； 一第一偏壓電阻，其耦接至該第一輸入端及該參 考電壓源；以及 一第二偏壓電阻，其耦接至該第二輸入端及該參 考電壓源。 13. 一聲音感測裝置，包括： -一系統晶片，包括. 一偏電壓源，配置於該系統晶片’用以提供一偏 電壓； 一第一模組，包括一放大器，該放大器具有一第 一輸入端、一第二輸入端、以及一輸出端；以及 一第二模組，包括： 一第一感測器，耦接至該第一輸入端及該偏電壓 源，用以感測一第一物理參數及一第二物理參數；以及 一第二感測器，耦接至該第二輸入端，用以感測 該第一物理參數，其中該第二感測器對該第二物理參數不 敏感； 其中該放大器之該輸出端輸出該第一及第二輸 入端間之一壓差。 14. 如申請專利範圍第13項所述之聲音感測裝置， 其中： 該第一感測器係一麥克風匣；以及 該第二物理參數係一氣壓變動； FOR08-0026/0958-A41845-TW/Final 16 201027909 15. 如申請專利範圍第14項所述之聲音感測裝置， 其中·’ 該第二感測器係一電容器；以及 該第一物理參數係產生於該系统晶片内部之射 頻(RF)干擾、該偏電壓源所產生之雜訊、或以上兩者。 16. 如申請專利範阖第14項所述之聲音感測裝置， 其中： 該麥克風匣係一微機電系統（MicT〇 籲 Electrical-Meclianical System，MEMS)麥克風；以及 該偏電壓源係一充電泵電路（cllaTge pump circuit) 〇 17.如申請專利範圍第14項所述之聲音感測裝置， 其中該麥克風匣係一駐極體電容式麥克風邙Jectret condenser microphone，ECM) 〇 18.如申請專刮範圍第14項所述之聲音感測裝 置’其中該糸統晶片的該第一模組更包括.： © 一參考電壓源； -第-偏壓電阻，其輪魏第—輪人端及該參 考電壓源；以及 一第二偏壓電阻 考電壓源。 其相接至該第一輪入端及該參 FOR08-0026/0958-A41845-TW/Final