TW201713124A - 可獨立調整的用於差動麥克風的電荷泵 - Google Patents

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Abstract

本發明係揭示其產生用於差動麥克風的可獨立調整偏壓電壓之系統及方法。該種麥克風系統係包括一個正可調整的電荷泵、一個正感測電容器、一個負可調整的電荷泵、一個負感測電容器以及一個差動放大器。該正可調整的電荷泵係裝配以產生一個正偏壓電壓。該正感測電容器係裝配以基於來自一個第一方向的聲壓與該正偏壓電壓而產生一個正感測電壓。該負可調整的電荷泵係裝配以產生一個負偏壓電壓。該負感測電容器係裝配以基於來自該第一方向的該聲壓與該負偏壓電壓而產生一個負感測電壓。該差動放大器係裝配以接收該正與負感測電壓。該差動放大器係還裝配以基於該正與負感測電壓而產生一個差動電壓。

Description

可獨立調整的用於差動麥克風的電荷泵
本發明的實施例係關於用於一種差動麥克風之可獨立調整的正與負電荷泵。
在感測電容器(或麥克風電極)之中的機械與電氣變化(即：機械靈敏度與總電容)係可藉由調整在感測電容器上的偏壓電壓而補償，以便達成最佳的麥克風性能。對於其利用正與負偏壓的一種差動麥克風而言，二個單獨的感測電容器係需要，各者係具有其本身的機械與電氣變化。
正與負偏壓電路之獨立的調整係考慮到各個感測電容器被個別最佳化。
因此，一個實施例係提出一種麥克風系統。該種麥克風系統係包括一個正可調整的電荷泵、一個正感測電容器、一個負可調整的電荷泵、一個負感測電容器以及一個差動放大器。該正可調整的電荷泵係裝配以產生一個正偏壓電壓。該正感測電容器係裝配以接收來自一個第一方向的聲壓與該正偏壓電壓。該正感測電容器係還裝配以基於該聲壓與該正偏壓電壓而產生一個正感測電壓。該負可調整的電荷泵係裝配以產生一個負 偏壓電壓。該負感測電容器係裝配以接收來自該第一方向的聲壓與該負偏壓電壓。該負感測電容器係還裝配以基於該聲壓與該負偏壓電壓而產生一個負感測電壓。該差動放大器係裝配以接收該正感測電壓與負感測電壓。該差動放大器係還裝配以基於該正感測電壓與負感測電壓而產生一個差動電壓。
另一個實施例係提出一種產生用於差動麥克風的可獨立調整偏壓電壓之方法。該種方法係包括：經由一個正可調整的電荷泵，基於一個正參考電壓與一個正輸入電壓而產生一個正偏壓電壓。該種方法係還包括：將該正偏壓電壓施加到一個正感測電容器。該種方法係更包括：經由該正感測電容器，基於該正偏壓電壓與來自一個第一方向的聲壓而產生一個正感測電壓。該種方法係還包括：經由一個負可調整的電荷泵，基於一個負參考電壓與一個負輸入電壓而產生一個負偏壓電壓。該種方法係更包括：將該負偏壓電壓施加到一個負感測電容器。該種方法係還包括：經由該負感測電容器，基於該負偏壓電壓與來自該第一方向的聲壓而產生一個負感測電壓。該種方法係更包括：經由一個差動放大器，基於該正感測電壓與該負感測電壓而產生一個差動電壓。
本發明的其他觀點係藉由詳細說明與伴隨圖式之考量而將成為顯明。
5‧‧‧差動麥克風
10‧‧‧CMOS-MEMS裝置層
15‧‧‧正感測電容器
20‧‧‧負感測電容器
25‧‧‧蓋子
30‧‧‧聲道
35‧‧‧開口(或聲波通口)
40‧‧‧背部容積構件
45‧‧‧差動麥克風系統
50‧‧‧正電荷泵
55‧‧‧負電荷泵
60‧‧‧第一電壓源
62‧‧‧高阻抗裝置
64‧‧‧反並聯二極體
65‧‧‧開關
67‧‧‧參考節點
70‧‧‧高阻抗裝置
72‧‧‧反並聯二極體
73‧‧‧開關
75‧‧‧差動放大器
80‧‧‧第二電壓源
85‧‧‧高阻抗裝置
87‧‧‧反並聯二極體
88‧‧‧開關
90‧‧‧高阻抗裝置
92‧‧‧反並聯二極體
93‧‧‧開關
100‧‧‧正迪克森電荷泵
105‧‧‧二極體
110‧‧‧電容器
115‧‧‧二極體
120‧‧‧電容器
125‧‧‧電容器
130‧‧‧負迪克森電荷泵
135‧‧‧二極體
140‧‧‧電容器
145‧‧‧二極體
150‧‧‧電容器
155‧‧‧電容器
160‧‧‧正倍壓器(正MOS級)
165、170‧‧‧NMOS電晶體
175、180‧‧‧PMOS電晶體
185‧‧‧正MOS電荷泵
190‧‧‧負倍壓器(負MOS級)
195、200‧‧‧NMOS電晶體
205、210‧‧‧PMOS
215‧‧‧負MOS電荷泵
220‧‧‧正迪克森電荷泵
225‧‧‧二極體
230‧‧‧負MOS電荷泵
235‧‧‧電路架構
240‧‧‧正電壓調節器
245‧‧‧負電壓調節器
250‧‧‧溫度獨立參考
圖1係根據一些實施例之一種差動麥克風的頂部剖視圖。
圖2係圖1之差動麥克風的橫截面側視圖。
圖3係根據一些實施例之一種差動麥克風系統的示意圖。
圖4係根據一些實施例之一種正迪克森充電泵的示意圖。
圖5係根據一些實施例之一種負迪克森充電泵的示意圖。
圖6係根據一些實施例之一種正倍壓器的示意圖。
圖7係根據一些實施例之一種正MOS充電泵的示意圖。
圖8係根據一些實施例之一種負倍壓器的示意圖。
圖9係根據一些實施例之一種負MOS充電泵的示意圖。
圖10係根據一些實施例之一種正迪克森充電泵的示意圖。
圖11係根據一些實施例之一種負MOS充電泵的示意圖。
圖12係根據一些實施例之一種用於產生正與負參考電壓的電路架構的示意圖。
在本發明的任何實施例被詳細解說之前，要瞭解的是，本發明係於其應用為不受限於在以下說明所陳述或在以下圖式所顯示的構件之建構與配置的細節。本發明係能夠有其他實施例且能夠以種種方式來實行或實施。
此外，要瞭解的是，在本文所使用的語法與術語係為了說明之目的且不應被視為限制。在本文之“包括”、“包含”或“具有”與其變化的使用係意指涵蓋在其後所列出的項目與其等效者以及另外的項目。術語“安裝”、“連接”與“耦合”係廣義使用且涵蓋直接與間接的安裝、連接與耦合。再者，“連接”與“耦合”係不限於實際或機械的連接或耦合，且可包括電氣連接或耦合，不論是直接或間接。此外，電子通訊 與通知係可使用包括直接連接、無線連接、等等之其他的已知機構來實行。此外，術語“正”與“負”係使用以區分一個實體或動作與另一個實體或動作而不必然需要或暗示該實體或動作之任何該種屬性。
亦應指出的是，複數個基於硬體與軟體的裝置以及複數個不同的結構構件係可利用以實施本發明。甚者，且如在後續段落所述，在圖式所示的特定組態係意欲示範本發明的實施例。替代的組態係可能。
圖1係說明一種差動麥克風5，其包括一個CMOS-MEMS裝置層10。CMOS-MEMS裝置層10係主要為由矽或其他材料所構成，且包括其直接形成在CMOS-MEMS裝置層10之內的CMOS電路元件與一個或多個微電子機械結構(MEMS,micro-electro-mechanical structures)裝置。圖1之CMOS-MEMS裝置層10係包括一個正感測電容器15(或MEMS麥克風電極)與一個負感測電容器20(或MEMS麥克風電極)。在圖示的實施例中，正與負感測電容器15、20係根據相同製程而形成在相同的封裝上。因此，指向朝向CMOS-MEMS裝置層10的頂表面之聲壓(即：聲音)係引起正與負感測電容器15、20之實質相同的運動與撓曲。
圖2係從橫截面立體圖來說明該相同的差動麥克風5。一個蓋子25係定位在CMOS-MEMS裝置層10的上方以形成一個聲道30。在蓋子25之中的一個開口(或聲波通口(port))35係允許聲壓(聲音)進入該聲道30且引起正與負感測電容器15、20之機械的撓曲。如在圖2所示，正與負感測電容器15、20係配置相距該聲波通口35為等距。因此，由進入通過聲波通口35的聲壓所引起之正與負感測電容器15、20的撓曲係在該正與負感測電容器15、20二者之中為實質相同。在CMOS-MEMS裝置層10之下方係 一個背部容積構件40，其允許該正與負感測電容器15、20為響應於聲壓而往復(或上下)移動。
雖然本文所述的實例係提到一種CMOS-MEMS裝置層10，其他結構係可包括一個MEMS裝置晶片與一個單獨的CMOS晶片。在該種結構中，正與負感測電容器15、20係可被形成在相同晶片(即：MEMS晶片)。然而，在還有其他結構中，麥克風系統的封裝係可包括二個單獨的MEMS晶片，一者係用於各個感測電容器，只要該等MEMS晶片係配置及製造以使得正與負感測電容器15、20二者的一個相位(或方向)為相同。再者，在其他結構中，正與負感測電容器15、20相對於聲波通口35的位置係可不同於如在圖2所示者。舉例來說，正與負感測電容器15、20係可確定尺寸及配置以使得其均為直接定位在聲波通口35之下。在一些實施例中，正與負感測電容器15、20係定位以使得其並非與聲波通口35為等距。
圖3係說明其使用雙極性的偏壓之一種差動麥克風系統45，具有可單獨調整的正與負電荷泵50、55以提供用於差動麥克風5之正與負感測電容器15、20的偏壓電壓。使用可單獨調整的正與負電荷泵50、55係致能該正與負偏壓電壓為針對於各個感測電容器而最佳化。
一個第一電壓源60係產生一個正輸入電壓(VINP)。正電荷泵50係接收該正輸入電壓與一個正參考電壓(VREFP)。正電荷泵50係基於該正輸入電壓與正參考電壓而產生用於正感測電容器15的一個正偏壓電壓(VBIASP)。一個高阻抗裝置62係耦合在正電荷泵50與正感測電容器15之間。如在本文所使用，一個高阻抗裝置係可包括一個或多個電子構件，其經設計以提高在一個電壓源與一個機械或電子構件(例如：正感測電容器15) 之間的阻抗。在一些實施例中，除了別的構件以外，高阻抗裝置62係包括一對反並聯二極體64與一個開關65。正感測電容器15係經由一個高阻抗裝置70而耦合到一個參考節點67。在一些實施例中，除了別的構件以外，高阻抗裝置70係包括一對反並聯二極體72與一個開關73。正感測電容器15係還耦合到一個差動放大器75的第一個端子。在一些實施例中，正輸入電壓係等於參考節點67的電壓。在一些實施例中，參考節點67係一個接地節點(例如：地面接地)。
在一些實施例中，一個第二電壓源80係產生一個負輸入電壓(VINP)，如在圖3所示。在其他實施例中，第一電壓源60亦產生負輸入電壓。負電荷泵55係接收該負輸入電壓與一個負參考電壓(VREFN)。負電荷泵55係基於該負輸入電壓與負參考電壓而產生用於負感測電容器20的一個負偏壓電壓(VBIASN)。一個高阻抗裝置85係耦合在負電荷泵55與負感測電容器20之間。在一些實施例中，除了別的構件以外，高阻抗裝置85係包括一對反並聯二極體87與一個開關88。負感測電容器20係經由一個高阻抗裝置90而耦合到參考節點67。在一些實施例中，除了別的構件以外，高阻抗裝置90係包括一對反並聯二極體92與一個開關93。負感測電容器20係還耦合到差動放大器75的第二個端子。在一些實施例中，負輸入電壓係等於參考節點67的電壓。
在一個開機重設階段期間，正偏壓電壓係施加到正感測電容器15。同時，負偏壓電壓係施加到負感測電容器20。在開機重設階段之後，入射的正聲壓係致使其跨於正與負感測電容器15、20的電容之值增大。經施加到差動放大器75的第一個端子之一個正感測電壓(VSENSEP)係相關於 參考節點67而提高，歸因於跨於正感測電容器15的電容與正電荷之提高。同理，經施加到差動放大器75的第二個端子之一個負感測電壓(VSENSEN)係相關於參考節點67而提高，歸因於跨於負感測電容器20的電容與負電荷之提高。正與負感測電壓係由差動放大器75所組合以產生一個差動電壓(VDIFF)，其代表在任何既定時間的正與負感測電壓之間的差異。
調整正偏壓電壓(例如：藉著正電荷泵50)係致能對於在該正感測電容器15的機械剛性、幾何性、與電容變化之補償。機械剛性與電容變化係可由正感測電容器15之製造中的製程變化所引起。調整正偏壓電壓係考量到設定正感測電壓的一個期望靈敏度，藉以使該正感測電容器15的訊號擺動與訊號雜訊比(SNR,signal-to-noise ratio)為最大。負感測電容器20係可具有不同於該正感測電容器15的機械剛性、幾何性、與電容變化。負電荷泵55係致能負偏壓電壓之獨立調整，藉以設定負感測電壓的一個期望靈敏度且使該負感測電容器20的訊號擺動與訊號雜訊比(SNR)為最大。正與負偏壓電壓係可進而調整以補償在正與負感測電容器15、20之間的幾何差異。
正感測電容器15的聲波性能係可藉由將高阻抗裝置90設定到一個低阻抗狀態而測量。在一些實施例中，高阻抗裝置90係當開關93被閉合時而設定到低阻抗狀態。在一些實施例中，一個非依電性的記憶體元件(例如：一個聚矽熔絲)係使用以調整正偏壓電壓，藉以設定正感測電容器15的期望性能。同理，負感測電容器20的聲波性能係可藉由將高阻抗裝置70設定到低阻抗狀態而測量。在一些實施例中，高阻抗裝置70係當開關73被閉合時而設定到低阻抗狀態。在一些實施例中，一個非依電性的記憶 體元件係使用以調整負偏壓電壓，藉以設定負感測電容器20的期望性能。
種種的電荷泵結構係可使用以產生正與負偏壓電壓。在一個實施例中，正與負電荷泵50、55係包括一個迪克森(Dickson)電荷泵。
圖4係說明用於產生正偏壓電壓的一個正迪克森電荷泵100。在一個CLK訊號的上升邊緣之後，二極體105係成為順向偏壓，且在節點A的電容器110係充電到正輸入電壓(VINP)。在CLK訊號的下降邊緣之後，二極體105係成為逆向偏壓，且在節點A的電容器110之電壓係升壓到正輸入電壓加上一個正參考電壓(VREFP)。此外，二極體115係成為順向偏壓，且在節點B的電容器120係充電到如同在節點A的電容器110之相同電壓。各個正迪克森級係依照此操作，且在節點D的電容器125係切換在VINP+(4×VREFP)與VINP+(3×VREFP)之間。在圖4所示的組態中，正偏壓電壓係VINP+(4×VREFP)。忽略在級間(inter-stage)的洩漏電流與輸出負載電流，正迪克森電荷泵100係產生以下的一個正偏壓電壓：VBIASP=VINP+(n×VREFP)；其中n係指出在正迪克森電荷泵100之中的正迪克森級的數目。
圖5係說明用於產生負偏壓電壓的一個負迪克森電荷泵130。在一個CLK訊號的下降邊緣之後，二極體135係成為順向偏壓，且在節點A的電容器140係充電到負輸入電壓(VINN)。在CLK訊號的上升邊緣之後，二極體135係成為逆向偏壓，且在節點A的電容器140之電壓係升壓到負輸入電壓加上一個負參考電壓(VREFN)。此外，二極體145係成為順向偏壓，且在節點B的電容器150係充電到如同在節點A的電容器140之 相同電壓。各個負迪克森級係依照此操作，且在節點D的電容器155係切換在VINN-(4×VREFN)與VINN-(3×VREFN)之間。在圖5所示的組態中，負偏壓電壓係VINN-(4×VREFN)。忽略在級間的洩漏電流與輸出負載電流，負迪克森電荷泵130係產生以下的一個負偏壓電壓：VBIASN=VINN-(n×VREFN)；其中n係指出在負迪克森電荷泵130之中的負迪克森級的數目。
在一些實施例中，在正與負迪克森電荷泵100、130之中的二極體係以其裝配為一種倍壓器之成對的互補式金屬氧化物半導體(CMOS,complementary metal-oxide semiconductor)裝置來代替。圖6係說明一種正倍壓器160(或正MOS級)。除了別的構件以外，正倍壓器160係包括NMOS電晶體165與170以及PMOS電晶體175與180。NMOS電晶體165與170係在到節點A或節點B的一個CLK訊號的上升邊緣之後而接通，歸因於在其源極端子的低阻抗。同理，PMOS電晶體175與180係在到節點A或節點B的一個下降邊緣之後而接通。在任何既定時間，NMOS電晶體165與170係接通或PMOS電晶體175與180係接通。在CLK訊號的一個下降邊緣之後，NMOS電晶體165係接通且節點B係將充電到正輸入電壓(VINP)。當該時脈係切換且CLK訊號的一個上升邊緣係發生，在節點B的電壓係將提高到VINP+VREFP且將透過PMOS電晶體175而轉移到正輸出(VOUTP)。相同的操作係在時脈週期的另一半期間而發生在另一側。
圖7係說明一個正MOS電荷泵185。除了別的構件以外，正MOS電荷泵185係包括一連串的正倍壓器160(或正MOS級)。正倍壓器 160係以一種串聯的組態來耦合以產生正偏壓電壓。忽略在級間的洩漏電流與輸出負載電流，正MOS電荷泵185係產生以下的一個正偏壓電壓：VBIASP=VINP-(n×VREFP)；其中n係指出在正MOS電荷泵185之中的正MOS級160的數目。
圖8係說明一種負倍壓器190(或負MOS級)。除了別的構件以外，負倍壓器190係包括NMOS電晶體195與200以及PMOS電晶體205與210。PMOS電晶體205與210係在到節點A或節點B的一個CLK訊號的一個下降邊緣之後而接通，歸因於在其源極端子的低阻抗。同理，NMOS電晶體195與200係在到節點A或節點B的CLK訊號的一個上升邊緣之後而接通。在任何既定時間，PMOS電晶體205與210係接通或NMOS電晶體195與200係接通。在CLK訊號的一個上升邊緣之後，PMOS電晶體205係接通且節點B係將充電到負輸入電壓(VINN)。當該時脈係切換且CLK訊號的一個下降邊緣係發生，在節點B的電壓係將改變到VINN-VREFN且將透過NMOS電晶體195而轉移到輸出。相同的操作係在時脈週期的另一半期間而發生在另一側。
圖9係說明一個負MOS電荷泵215。除了別的構件以外，負MOS電荷泵215係包括一連串的負倍壓器190(或負MOS級)。負倍壓器190係以一種串聯的組態來耦合以產生負偏壓電壓。忽略在級間的洩漏電流與輸出負載電流，負MOS電荷泵215係產生以下的一個負偏壓電壓：VBIASN=VINN-(n×VREFN)；其中n係指出在負MOS電荷泵215之中的負MOS級190的 數目。
迪克森電荷泵與MOS電荷泵係均以相同的原理而操作，其在一個時脈相位期間來充電一個電容器的一個板，而另一個板係保持在參考節點67的電壓。在另一個相位期間，充電電容器係從一個低阻抗電壓源所切斷，而該電容器的底板係驅動到一個新的參考電壓。在操作上的類似性係亦可在其使用以表示正與負偏壓電壓的等式(在上文所包括)之類似性所看出。因此，迪克森與MOS電荷泵係提供用以調整偏壓變壓之類似機構。
在一些實施例中，正與負偏壓電壓係藉由禁能在該電荷泵串中的若干個級而調整。一個充分數目個級係需要以當所有級為致能而達成最大期望的偏壓電壓。較小的偏壓電壓係藉由透過一個開關來將級短路或並未對某些級提供時脈而產生。由於等式(在上文所包括)之中的n係僅包括整數值，此係產生一種極為粗略的微調的解析度。圖10係說明一個示範的4級的正迪克森電荷泵220，其可藉由短路一個二極體225(或正迪克森級)而被轉換為一個3級的電荷泵。在其他實施例中，如關於在圖11之中的負MOS電荷泵所示，對於第二級的輸入係切換到一個新的參考電壓或參考節點67。再者，對於任何既定級的時脈訊號係可藉由用邏輯閘來取代反相器而禁能。
在一些實施例中，正與負偏壓電壓係藉由調整其使用以產生對於正與負電荷泵50、55的各級的時脈訊號之正與負參考電壓而調整。在一些實施例中，正與負參考電壓係出自一個電源供應器與溫度獨立參考。圖12係說明根據本發明的一個實施例之一種電路架構235，其用於產生正與負參考電壓。一個正電壓調節器240係產生正參考電壓，且一個負電壓 調節器245係產生負參考電壓。正與負參考電壓係部分基於一個製程、電壓、與溫度獨立的參考250所產生。正與負參考電壓係可藉由調整(例如：微調)電阻器RN或電阻器RP的值而獨立調整。在其他實施例中，其他方法係可使用以產生用於正與負電荷泵的正與負參考電壓。在一些實施例中，正參考電壓係等於負參考電壓。
在洩漏電流之存在時，電荷泵級電容器的時脈頻率與尺寸係均將影響該種結構的效率。在一些實施例中，正偏壓電壓係藉由調整(例如：微調)用於正電荷泵50的CLK訊號的頻率而作調整，且負偏壓電壓係藉由調整(例如：微調)用於負電荷泵55的CLK訊號的頻率而作調整。
在一些實施例中，在正與負電荷泵50、55之中的大電容器係由一堆較小的電容器所取代，藉由將其構成該大電容器之較小電容器的總數切換出入而改變正與負電荷泵50、55的效率。
因此，除了別的以外，本發明的實施例係提出獨立調整用於在差動麥克風5之中的正與負感測電容器15、20的正與負偏壓電壓之系統及方法。本發明之種種的特徵與優點係陳述在以下申請專利範圍。
15‧‧‧正感測電容器
20‧‧‧負感測電容器
45‧‧‧差動麥克風系統
50‧‧‧正電荷泵
55‧‧‧負電荷泵
60‧‧‧第一電壓源
62、70、85、90‧‧‧高阻抗裝置
64、72、87、92‧‧‧反並聯二極體
65、73、88、93‧‧‧開關
67‧‧‧參考節點
75‧‧‧差動放大器
80‧‧‧第二電壓源

Claims (19)

  1. 一種麥克風系統，其包含：一個正可調整的電荷泵，其被裝配以產生一個正偏壓電壓；一個正感測電容器，其被裝配以接收來自一個第一方向的一個聲壓，接收該正偏壓電壓，且基於該聲壓與該正偏壓電壓而產生一個正感測電壓；一個負可調整的電荷泵，其被裝配以產生一個負偏壓電壓；一個負感測電容器，其被裝配以接收來自該第一方向的該聲壓，接收該負偏壓電壓，且基於該聲壓與該負偏壓電壓而產生一個負感測電壓；及一個差動放大器，其被裝配以接收該正感測電壓，接收該負感測電壓，且基於該正感測電壓與該負感測電壓而產生一個差動電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項之麥克風系統，其中該正偏壓電壓的大小係不同於該負偏壓電壓的大小。
  3. 如申請專利範圍第2項之麥克風系統，其中該正可調整的電荷泵係包括：複數個正級，其被耦合在一個串聯組態中且裝配以基於一個正參考電壓與一個正輸入電壓而產生該正偏壓電壓；及 一個正時脈電路，其被裝配以基於一個第一頻率的一種時脈方式而將該正參考電壓施加到該複數個正級，其中該負可調整的電荷泵係包括：複數個負級，其被耦合在一個串聯組態中且裝配以基於一個負參考電壓與一個負輸入電壓而產生該負偏壓電壓；及一個負時脈電路，其被裝配以基於一個第二頻率的一種時脈方式而將該負參考電壓施加到該複數個負級。
  4. 如申請專利範圍第3項之麥克風系統，其中該正可調整的電荷泵係進而裝配以藉由禁能該複數個正級的至少一個正級來調整該正偏壓電壓，其中該負可調整的電荷泵係進而裝配以藉由禁能該複數個負級的至少一個負級來調整該負偏壓電壓。
  5. 如申請專利範圍第3項之麥克風系統，其中該正可調整的電荷泵係進而裝配以藉由調整該第一頻率來調整該正偏壓電壓，其中該負可調整的電荷泵係進而裝配以藉由調整該第二頻率來調整該負偏壓電壓。
  6. 如申請專利範圍第3項之麥克風系統，其中該正可調整的電荷泵係更包括一個正電壓調節器，其被裝配以產生該正參考電壓，其中該負可調整的電荷泵係更包括一個負電壓調節器，其被裝配以產生該負參考電壓。
  7. 如申請專利範圍第6項之麥克風系統，其中該正可調整的電荷泵係進而裝配以藉由調整該正參考電壓來調整該正偏壓電壓，其中該負可調整的電荷泵係進而裝配以藉由調整該負參考電壓來調整該負偏壓電壓。
  8. 如申請專利範圍第2項之麥克風系統，其中該正感測電容器係耦合到該差動放大器的一個第一端子，且其中該負感測電容器係耦合到該差動放大器的一個第二端子。
  9. 如申請專利範圍第8項之麥克風系統，其更包含：一個第一高阻抗裝置，其被耦合在該第一端子與一個參考節點之間；及一個第二高阻抗裝置，其被耦合在該第二端子與該參考節點之間。
  10. 如申請專利範圍第3項之麥克風系統，其中該複數個正級的各者係包括一個正迪克森(Dickson)級，且其中該複數個負級的各者係包括一個負迪克森級。
  11. 如申請專利範圍第3項之麥克風系統，其中該複數個正級的各者係包括一個正MOS級，且其中該複數個負級的各者係包括一個負MOS級。
  12. 一種產生用於差動麥克風的可獨立調整偏壓電壓之方法，該種方法係包含：經由一個正可調整的電荷泵，基於一個正參考電壓與一個正輸入電壓而產生一個正偏壓電壓；將該正偏壓電壓施加到一個正感測電容器；經由該正感測電容器，基於該正偏壓電壓與來自一個第一方向的一個聲壓而產生一個正感測電壓；經由一個負可調整的電荷泵，基於一個負參考電壓與一個負輸入電壓而產生一個負偏壓電壓；將該負偏壓電壓施加到一個負感測電容器； 經由該負感測電容器，基於該負偏壓電壓與來自該第一方向的該聲壓而產生一個負感測電壓；且經由一個差動放大器，基於該正感測電壓與該負感測電壓而產生一個差動電壓。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該正偏壓電壓的大小係不同於該負偏壓電壓的大小。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其更包含：經由該正可調整的電荷泵，產生一個第二正偏壓電壓；將該第二正偏壓電壓施加到該正感測電容器；經由該正感測電容器，基於該第二正偏壓電壓與來自該第一方向的該聲壓而產生一個第二正感測電壓；經由該差動放大器，基於該第二正感測電壓而產生一個第二差動電壓；且基於該第二差動電壓而確定該正偏壓電壓。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其更包含：經由該負可調整的電荷泵，產生一個第二負偏壓電壓；將該第二負偏壓電壓施加到該負感測電容器；經由該負感測電容器，基於該第二負偏壓電壓與來自該第一方向的該聲壓而產生一個第二負感測電壓；經由該差動放大器，基於該第二負感測電壓而產生一個第三差動電壓；且基於該第三差動電壓而確定該負偏壓電壓。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該第二正偏壓電壓的大小係等於該第二負偏壓電壓的大小。
  17. 如申請專利範圍第13項之方法，其中產生該正偏壓電壓係包括禁能在該正可調整的電荷泵之中的複數個正級的至少一個正級，且其中產生該負偏壓電壓係包括禁能在該負可調整的電荷泵之中的複數個負級的至少一個負級。
  18. 如申請專利範圍第13項之方法，其中產生該正偏壓電壓係包括調整該正參考電壓，且其中產生該負偏壓電壓係包括調整該負參考電壓。
  19. 如申請專利範圍第13項之方法，其中產生該正偏壓電壓係包括調整該正參考電壓被施加到在該正可調整的電荷泵之中的複數個正級的一個第一頻率，且其中產生該負偏壓電壓係包括調整該負參考電壓被施加到在該負可調整的電荷泵之中的複數個負級的一個第二頻率。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115967271A (zh) * 2023-03-16 2023-04-14 长沙泰科阳微电子有限公司 一种可调节电压的电荷泵电路及设备

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10045121B2 (en) * 2016-04-29 2018-08-07 Invensense, Inc. Microelectromechanical systems (MEMS) microphone bias voltage
US9691451B1 (en) * 2016-11-21 2017-06-27 Nxp Usa, Inc. Write assist circuit and method therefor
WO2018151854A1 (en) * 2017-02-16 2018-08-23 Wispry, Inc. Charge pump systems, devices, and methods
DE102017127308A1 (de) * 2017-11-20 2019-05-23 Tdk Electronics Ag Ladepumpe und Mikrofonschaltungsanordnung
EP3694222B1 (en) * 2019-02-06 2024-05-15 Knowles Electronics, LLC Sensor arrangement and method
EP3694223A1 (en) * 2019-02-06 2020-08-12 Knowles Electronics, LLC Sensor arrangement and method for providing a sensor signal

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4557577B2 (ja) 2004-03-26 2010-10-06 三洋電機株式会社 チャージポンプ回路
US20080192962A1 (en) 2007-02-13 2008-08-14 Sonion Nederland B.V. Microphone with dual transducers
WO2010073598A1 (ja) * 2008-12-24 2010-07-01 パナソニック株式会社 平衡信号出力型センサー
US8290171B1 (en) 2009-08-20 2012-10-16 Maxim Integrated Products, Inc. Headset with microphone and wired remote control
US8461910B2 (en) 2011-02-24 2013-06-11 Rf Micro Devices, Inc. High efficiency negative regulated charge-pump
CN103563399B (zh) * 2011-03-11 2017-06-09 歌尔股份有限公司 Cmos兼容的硅差分电容器麦克风及其制造方法
US9059630B2 (en) 2011-08-31 2015-06-16 Knowles Electronics, Llc High voltage multiplier for a microphone and method of manufacture
US9281744B2 (en) * 2012-04-30 2016-03-08 Infineon Technologies Ag System and method for a programmable voltage source
US9083286B2 (en) * 2012-10-31 2015-07-14 Infineon Technologies Ag System and method for capacitive signal source amplifier
US9124220B2 (en) 2013-03-14 2015-09-01 Robert Bosch Gmbh Differential microphone with dual polarity bias
US9306449B2 (en) 2013-03-15 2016-04-05 Robert Bosch Gmbh Adjustable biasing circuits for MEMS capacitive microphones
US9331655B2 (en) 2013-07-10 2016-05-03 Broadcom Corporation Pop-click noise grounding switch design with deep sub-micron CMOS technology
US9179221B2 (en) * 2013-07-18 2015-11-03 Infineon Technologies Ag MEMS devices, interface circuits, and methods of making thereof
US10589987B2 (en) * 2013-11-06 2020-03-17 Infineon Technologies Ag System and method for a MEMS transducer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115967271A (zh) * 2023-03-16 2023-04-14 长沙泰科阳微电子有限公司 一种可调节电压的电荷泵电路及设备

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Publication number Publication date
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