WO2022057199A1 - 硅基麦克风装置及电子设备 - Google Patents
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Definitions
- the present application relates to the technical field of acoustic-electrical conversion, and in particular, the present application relates to a silicon-based microphone device and electronic equipment.
- At least two silicon-based microphone chips are arranged on one side of the circuit board and are located in the acoustic cavity; the back cavity of each silicon-based microphone chip is communicated with the sound inlet hole one-to-one;
- the silicon-based microphone device adopts a sound pickup structure of at least two silicon-based microphone chips 300 . It should be noted that the silicon-based microphone device in FIG. 1 is only exemplified by two silicon-based microphone chips 300 .
- the portion of the back plate 310 corresponding to the sound inlet hole is provided with a plurality of air flow holes 311 .
- the differential control chip 400 can receive the superimposed mixed electrical signals output by the aforementioned silicon-based microphone chips 300, and perform differential processing. Incremental noise removal can reduce common mode noise, improve signal-to-noise ratio and sound pressure overload point, and thus improve sound quality.
- one end of the isolator 500 in the embodiment of the present application extends toward the shielding case 200 , and the other end of the isolator 500 extends at least to a part of the silicon-based microphone chip 300 away from the circuit board 100 . side.
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Abstract
本申请实施例提供了一种硅基麦克风装置及电子设备。该硅基麦克风装置包括：电路板，开设有至少两个进声孔；屏蔽罩，罩合于电路板的一侧形成声腔；至少两个硅基麦克风芯片，均设置于电路板的一侧，且位于声腔内；各硅基麦克风芯片的背腔与进声孔一一对应地连通；差分式控制芯片，所有的硅基麦克风芯片的麦克风结构依次电连接后，与差分式控制芯片的输入端电连接。本申请实施例采用至少两个硅基麦克风芯片的拾音结构，各硅基麦克风芯片的背腔与进声孔一一对应地连通，可以使得声波均作用到各硅基麦克风芯片，实现对同源声波的多重采集或不同源声波的分别采集，再配合差分式控制芯片将各混合电信号进一步差分处理，即可实现降噪。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年9月17日在国家知识产权局提交的申请号为2020109829788的中国专利申请的优先权，通过引用将上述申请的公开内容整体并入本文。
本申请涉及声电转换技术领域，具体而言，本申请涉及一种硅基麦克风装置及电子设备。
现有的拾音麦克风在获取声音信号时，通过麦克风中的硅基麦克风芯片受获取的声波作用而产生振动，该振动带来可以形成电信号的电容变化，从而将声波转换成电信号输出。但是，现有的麦克风对噪声的处理可能不理想，影响输出的音频信号的质量。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种硅基麦克风装置及电子设备，用以解决现有技术存在现有的麦克风对噪声的处理不理想，影响输出的音频信号的质量的技术问题。
第一个方面，本申请实施例提供了一种硅基麦克风装置，包括：
电路板，开设有至少两个进声孔；
屏蔽罩，罩合于电路板的一侧形成声腔；
至少两个硅基麦克风芯片，均设置于电路板的一侧，且位于声腔内；各硅基麦克风芯片的背腔与进声孔一一对应地连通；
差分式控制芯片，所有的硅基麦克风芯片的麦克风结构依次电连接后，与差分式控制芯片的输入端电连接。
第二个方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：如第一个方面提供的硅基麦克风装置。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果包括：硅基麦克风装置采用至少两个硅基麦克风芯片的拾音结构，各硅基麦克风芯片的背腔与进声孔一一对应地连通，可以使得同源声波均作用到各硅基麦克风芯片，或使得不同源声波作用到对应的硅基麦克风芯片，即实现对同源声波的多重采集或不同源声波的分别采集，再配合差分式控制芯片将各混合电信号进一步差分处理，即可实现降噪、提高输出的音频信号的质量。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提供的一种硅基麦克风装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种硅基麦克风装置中硅基麦克风芯片的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种硅基麦克风装置中两硅基麦克风芯片的电连接结构示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种硅基麦克风装置的结构示意图。
图中：
100-电路板；110a-第一进声孔；110b-第二进声孔；
200-屏蔽罩；210-声腔；
300-硅基麦克风芯片；300a-第一硅基麦克风芯片；300b-第二硅基麦克风芯片；
301-麦克风结构；301a-第一硅基麦克风芯片的麦克风结构；301b-第 二硅基麦克风芯片的麦克风结构；
302-背腔；302a-第一硅基麦克风芯片的背腔；302b-第二硅基麦克风芯片的背腔；
310-背极板；310a-第一背极板；310b-第二背极板；
311-气流孔；
312-背极板电极；312a-第一背极板的背极板电极；312b-第二背极板的背极板电极；
313-气隙；
320-半导体振膜；320a-第一半导体振膜；320b-第二半导体振膜；
321-半导体振膜电极；321a-第一半导体振膜的半导体振膜电极；321b-第二半导体振膜的半导体振膜电极；
330-硅基板；330a-第一硅基板；330b-第二硅基板；
331-通孔；
340-第一绝缘层；
350-第二绝缘层；
360-导线；
400-差分式控制芯片；
500-隔离件。
下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术 语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本申请的发明人进行研究发现，随着智能音箱等IOT(The Internet of Things，物联网)设备的普及，用户要对正在发声的智能设备使用语音命令不是一件容易的事情，例如：对正在播放音乐的职能音箱发出打断、唤醒等语音指令，或是利用手机的免提模式(即hands-free operation)进行通话交流时。用户往往需要尽量靠近IOT设备，用专设的唤醒词打断正在播放的音乐，随后再进行人机交互。在这些典型的语音交互场景中，由于IOT设备在使用中，因为自身在播放音乐或通过扬声器发声，造成了机身的振动，而这类振动又被IOT设备上的麦克风所拾取，使得回声消除的效果不佳。这个现象，在播放着音乐的手机、TWS(True Wireless Stereo，真正无线立体声)耳机、扫地机器人、智能空调、智能油烟机等振动较大的智能家居产品上表现得尤其明显。
本申请提供的硅基麦克风装置及电子设备，旨在解决现有技术的如上技术问题。
下面以具体实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
本申请实施例提供了一种硅基麦克风装置，该硅基麦克风装置的结构示意图如图1所示，包括：电路板100，屏蔽罩200，至少两个硅基麦克风芯片300和差分式控制芯片400。
电路板100开设有至少两个进声孔。
屏蔽罩200罩合于电路板100的一侧形成声腔210。
至少两个硅基麦克风芯片300均设置于电路板100的一侧，且位于声腔210内。各硅基麦克风芯片300的背腔302与进声孔一一对应地连通。
所有的硅基麦克风芯片300的麦克风结构301依次电连接后，与差分式控制芯片400的输入端电连接。
在本实施例中，硅基麦克风装置采用至少两个硅基麦克风芯片300的拾音结构，需要说明的是，图1中的硅基麦克风装置仅示例为两个硅基麦克风芯片300。
硅基麦克风装置采用至少两个硅基麦克风芯片300的拾音结构，各硅基麦克风芯片300的背腔302与进声孔(第一进声孔110a和第二进声孔110b)一一对应地连通，可以使得同源声波均作用到各硅基麦克风芯片300，或使得不同源声波作用到对应的硅基麦克风芯片300，即实现对同源声波的多重采集或不同源声波的分别采集，再配合差分式控制芯片400将各混合电信号(包括声音电信号和噪音电信号)进一步差分处理，即可实现降噪、提高输出的音频信号的质量。
可选地，硅基麦克风芯片300通过硅胶与电路板100固定连接。
屏蔽罩200与电路板100之间围合成相对封闭的声腔210。为了起到对声腔210内的各硅基麦克风芯片300等器件屏蔽电磁干扰的作用，可选地，屏蔽罩200包括金属外壳，金属外壳与电路板100电连接。
可选地，屏蔽罩200通过锡膏或导电胶与电路板100的一侧固定连接。
可选地，电路板100包括PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)。
在一些可能的实施方式中，如图2所示，本申请实施例的硅基麦克风芯片300包括层叠并间隔设置的背极板310和半导体振膜320。
背极板310和半导体振膜320构成麦克风结构301的主体。
背极板310与进声孔对应的部分设有若干气流孔311。
在本实施例中，背极板310和半导体振膜320构成麦克风结构301的主体。背极板310和半导体振膜320之间可以具有间隙，例如气隙313。 半导体振膜320可采用较薄、韧性较好的结构，可以在声波的作用下发生弯曲形变；背极板310可采用比半导体振膜320的厚度大许多、且刚性较强的结构，不易发生形变。
具体地，半导体振膜320可以与背极板310平行布置并由气隙313隔开，从而形成麦克风结构301的主体。可以理解的是，半导体振膜320与背极板310之间用于形成电场(不导通)。由进声孔进入的声波可以通过背腔302与半导体振膜320接触。
当声波进入硅基麦克风芯片300的背腔302时，半导体振膜320受声波的作用会发生形变，该形变会引起半导体振膜320与背极板310之间的间隙发生变化，会带来半导体振膜320与背极板310之间电容的变化，即实现了将声波转换为电信号。
对于单个硅基麦克风芯片300而言，通过在半导体振膜320与背极板310之间施加偏压后，在半导体振膜320与上背极板310之间的间隙内就会形成电场。
可选地，半导体振膜320可采用多晶硅材料，半导体振膜320的厚度不大于1微米，在较小的声波作用下也会产生变形，灵敏度较高；背极板310可采用刚性比较强、且厚度为几微米的材料制造，并在背极板310上刻蚀有多个气流孔311。因此，当半导体振膜320受声波作用产生形变时，背极板310都不会受到影响而产生形变。
可选地，半导体振膜320与背极板310之间的间隙分别为几微米，即微米级。
在一些可能的实施方式中，如图3所示，本申请实施例的每两个硅基麦克风芯片300包括第一硅基麦克风芯片300a和第二硅基麦克风芯片300b。
第一硅基麦克风芯片300a的第一背极板310a，与第二硅基麦克风芯片300b的第二背极板310b电连接，用于形成叠加信号。
在本实施例中，由第一硅基麦克风芯片300a的第一背极板310a处生成的混合电信号，与第二硅基麦克风芯片300b的第二背极板310b处生成 的混合电信号相叠加得到的第一路信号，可以削弱或抵消混合电信号中的同源噪音信号，进而提高第一路信号的质量。
具体地，可通过导线360将第一背极板的背极板电极312a，与第二背极板的下背极板电极312b电连接，用于形成第一路信号。
在一些可能的实施方式中，如图3所示，本申请实施例的第一硅基麦克风芯片300a的第一半导体振膜320a，与第二硅基麦克风芯片300b的第二半导体振膜320b电连接，且第一半导体振膜320a与第二半导体振膜320b中的至少一个用于与恒压源电连接。
在本实施例中，第一硅基麦克风芯片300a的第一半导体振膜320a，与第二硅基麦克风芯片300b的第二半导体振膜320b电连接，可以使两个硅基麦克风芯片300的半导体振膜320具有相同的电位，即可以统一两个硅基麦克风芯片300产生电信号的基准。
具体地，可通过导线360分别与第一半导体振膜的半导体振膜电极321a，以及第二半导体振膜的半导体振膜电极321b电连接。
可选地，可将所有硅基麦克风芯片300的半导体振膜320电连接，以使各硅基麦克风芯片300产生电信号的基准一致。
在一些可能的实施方式中，如图1所示，本申请实施例的差分式控制芯片400位于声腔210内，且与电路板100电连接。
第一背极板310a与第二背极板310b中的一个，与差分式控制芯片400的一个信号输入端电连接。
在本实施例中，差分式控制芯片400可接收前述各硅基麦克风芯片300输出的已完成叠加的混合电信号，并进行差分处理，例如利用叠加后声音电信号的增量大于噪音电信号的增量实现除噪，从而可减小共模噪声，提高信噪比和声压过载点，进而提高音质。
可选地，差分式控制芯片400通过硅胶或红胶与电路板100固定连接。
可选地，差分式控制芯片400包括专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)芯片，具备差分功能。
在一些可能的实施方式中，如图2所示，硅基麦克风芯片300包括硅 基板330。
麦克风结构301设置于硅基板330的一侧。
硅基板330上具有用于形成背腔302的通孔331，通孔331与麦克风结构301对应。硅基板330远离麦克风结构301的一侧与电路板100固定连接，通孔331与进声孔连通。
在本实施例中，硅基板330为麦克风结构301提供承载，硅基板330上具有用于形成背腔302的通孔331，可利于声波进入硅基麦克风芯片300，并可以作用于麦克风结构301，使得麦克风结构301生成混合电信号。
在一些可能的实施方式中，如图2所示，硅基麦克风芯片300还包括图案化的：第一绝缘层340和第二绝缘层350。
硅基板330、第一绝缘层340、半导体振膜320、第二绝缘层350以及背极板310，依次层叠设置。
在本实施例中，半导体振膜320与硅基板330之间通过图案化的第一绝缘层340隔开，半导体振膜320与背极板310之间通过图案化的第二绝缘层350隔开，形成各导电层之间的电隔离，避免各导电层发生短路、降低信号精度。
可选地，第一绝缘层340和第二绝缘层350均可在全面成膜后通过刻蚀工艺实现图案化，去除对应通孔331区域的绝缘层部分以及用于制备电极的区域的绝缘层部分。
本申请的发明人进行研究还发现，若采用多麦克风芯片的硅基麦克风装置，可以有效实现降噪。本申请的发明人同时注意到，若多麦克风芯片接收的声波能量不一致，能量较大的声波可能会在硅基麦克风装置的声腔210内继续传播，对其他麦克风芯片造成干扰(声腔210的容积越小，该干扰越明显)，这会降低其他麦克风芯片的拾音精度，进而影响硅基麦克风装置输出的音频信号的质量。
为此，本申请为各硅基麦克风芯片300的电连接方式提供如下一种可能的实现方式：
如图4所示，本申请实施例的硅基麦克风装置还包括：隔离件500。
隔离件500位于声腔210内，并将声腔210隔离出与至少部分相邻的硅基麦克风芯片300的背腔302对应的子声腔210。
在本实施例中，隔离件500将声腔210隔离出与至少部分相邻的硅基麦克风芯片300的背腔302对应的子声腔210，这样能够有效降低进入各硅基麦克风芯片300的背腔302的声波在硅基麦克风装置的声腔210内继续传播的概率或强度，降低声波对其他硅基麦克风芯片300造成的干扰，有效提高各硅基麦克风芯片300的拾音精度，进而提高硅基麦克风装置输出的音频信号的质量。
可选地，隔离件500可以采用单板状结构，也可以采用筒状结构，还可以采用蜂窝状结构。
在一些可能的实施方式中，如图4所示，本申请实施例的隔离件500的一端向屏蔽罩200延伸，隔离件500的另一端至少延伸至硅基麦克风芯片300远离电路板100的一侧。
在本实施例中，隔离件500的一端向屏蔽罩200延伸，另一端至少延伸至硅基麦克风芯片300远离电路板100的一侧，这样可以借助屏蔽罩200以及硅基麦克风芯片300的结构，与隔离件500一起构成具有一定包围度的子声腔210，即对通过硅基麦克风芯片300的背腔302的声波形成一定的包围，进而降低进入声波在硅基麦克风装置的声腔210内继续传播的概率或强度，降低声波对其他硅基麦克风芯片300造成的干扰，有效提高各硅基麦克风芯片300的拾音精度，进而提高硅基麦克风装置输出的音频信号的质量。
可选地，如图4所示，本申请实施例的隔离件500的一端与屏蔽罩200连接。即，由隔离件500隔离出的相邻子声腔210，靠近屏蔽罩200一侧完全被隔断，强化了相邻子声腔210之间的隔离度，可以进一步降低声波对其他硅基麦克风芯片300造成的干扰，有效提高各硅基麦克风芯片300的拾音精度，进而提高硅基麦克风装置输出的音频信号的质量。
可选地，本申请实施例的隔离件500的另一端与电路板100的一侧连接。即，由隔离件500隔离出的相邻子声腔210，靠近电路板100一侧完 全被隔断，强化了相邻子声腔210之间的隔离度，可以进一步降低声波对其他硅基麦克风芯片300造成的干扰，有效提高硅基麦克风芯片300的拾音精度，进而提高硅基麦克风装置输出的音频信号的质量。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：如前述实施例提供的任一种硅基麦克风装置。
在本实施例中，电子设备可以是手机、TWS(True Wireless Stereo，真正无线立体声)耳机、扫地机器人、智能空调、智能油烟机等振动较大的智能家居产品。由于各电子设备采用了前述各实施例提供的硅基麦克风装置，其原理和技术效果请参阅前述各实施例，在此不再赘述。
在本申请的一些实施例中，硅基麦克风装置采用至少两个硅基麦克风芯片300的拾音结构，各硅基麦克风芯片300的背腔302与进声孔(第一进声孔110a和第二进声孔110b)一一对应地连通，可以使得同源声波均作用到各硅基麦克风芯片300，或使得不同源声波作用到对应的硅基麦克风芯片300，即实现对同源声波的多重采集或不同源声波的分别采集，再配合差分式控制芯片400将各混合电信号(包括声音电信号和噪音电信号)进一步差分处理，即可实现降噪、提高输出的音频信号的质量。
在本申请的一些实施例中，硅基麦克风芯片300包括层叠并间隔设置的背极板310和半导体振膜320，采用单背极板310和半导体振膜320的拾音结构。当声波进入硅基麦克风芯片300的背腔302时，半导体振膜320受声波的作用会发生形变，该形变会引起半导体振膜320与背极板310之间的间隙发生变化，会带来半导体振膜320与背极板310之间电容的变化，即实现了将声波转换为电信号。
在本申请的一些实施例中，隔离件500将声腔210隔离出与至少部分相邻的硅基麦克风芯片300的背腔302对应的子声腔210，这样能够有效降低进入各硅基麦克风芯片300的背腔302的声波在硅基麦克风装置的声腔210内继续传播的概率或强度，降低声波对其他硅基麦克风芯片300造成的干扰，有效提高各硅基麦克风芯片300的拾音精度，进而提高硅基麦克风装置输出的音频信号的质量。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
- 一种硅基麦克风装置，包括：电路板，开设有至少两个进声孔；屏蔽罩，罩合于所述电路板的一侧形成声腔；至少两个硅基麦克风芯片，均设置于所述电路板的一侧，且位于所述声腔内；各所述硅基麦克风芯片的背腔与所述进声孔一一对应地连通；差分式控制芯片，所有的所述硅基麦克风芯片的麦克风结构依次电连接后，与所述差分式控制芯片的输入端电连接。
- 根据权利要求1所述的硅基麦克风装置，其中，所述硅基麦克风芯片包括层叠并间隔设置的背极板和半导体振膜；所述背极板和所述半导体振膜构成所述麦克风结构的主体；所述背极板与所述进声孔对应的部分设有若干气流孔。
- 根据权利要求2所述的硅基麦克风装置，其中，每两个所述硅基麦克风芯片包括第一硅基麦克风芯片和第二硅基麦克风芯片；所述第一硅基麦克风芯片的第一背极板，与所述第二硅基麦克风芯片的第二背极板电连接，用于形成叠加信号。
- 根据权利要求3所述的硅基麦克风装置，其中，所述第一硅基麦克风芯片的第一半导体振膜，与所述第二硅基麦克风芯片的第二半导体振膜电连接，且所述第一半导体振膜与所述第二半导体振膜中的至少一者用于与恒压源电连接。
- 根据权利要求3所述的硅基麦克风装置，其中，所述差分式控制芯片位于所述声腔内，且与所述电路板电连接；所述第一背极板与所述第二背极板中的一者，与所述差分式控制芯片 的一个信号输入端电连接。
- 根据权利要求1-5中任一项所述的硅基麦克风装置，其中，所述硅基麦克风装置还包括：隔离件；所述隔离件位于所述声腔内，并将所述声腔隔离出与至少部分相邻的所述硅基麦克风芯片的背腔对应的子声腔。
- 根据权利要求6所述的硅基麦克风装置，其中，所述隔离件的一端向所述屏蔽罩延伸，所述隔离件的另一端至少延伸至所述硅基麦克风芯片远离所述电路板的一侧。
- 根据权利要求7所述的硅基麦克风装置，其中，所述隔离件的一端与所述屏蔽罩连接。
- 根据权利要求8所述的硅基麦克风装置，其中，所述隔离件的另一端与所述电路板的一侧连接。
- 一种电子设备，包括：如权利要求1-9中任一项所述的硅基麦克风装置。
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