一種硅電容麥克風(fēng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微麥克風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用多個(gè)敏感結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的硅電 容麥克風(fēng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 微機(jī)電（MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)麥克風(fēng)或稱娃電容麥克風(fēng)因 其體積小、適于表面貼裝等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于平板電子裝置的聲音采集，例如：手機(jī)、MP3、 錄音筆和監(jiān)聽器材等。
[0003] 在相關(guān)優(yōu)化技術(shù)方案中，不乏眾多努力，試圖提高硅電容麥克風(fēng)的信噪比指標(biāo)，然 而在現(xiàn)有加工工藝條件下仍然缺乏較佳的實(shí)現(xiàn)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種硅電容麥克風(fēng)，能在現(xiàn)有工藝水平下通過集成電路的技 術(shù)手段，優(yōu)化靈敏度、信噪比、線性度等技術(shù)性能指標(biāo)和可靠性、零件通用性等工程指標(biāo)。
[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種硅電容麥克風(fēng)，包括敏感結(jié)構(gòu)及與其配套的集成電路，其中所述的敏感結(jié)構(gòu) 的數(shù)目多于一個(gè)并分為兩組，所有敏感結(jié)構(gòu)的敏感運(yùn)動(dòng)方向相同，這兩組敏感結(jié)構(gòu)各自接 入一路所述集成電路中的電壓偏置電路；在受外界聲學(xué)信號(hào)后，得到對(duì)應(yīng)這兩組敏感結(jié)構(gòu) 的兩路電信號(hào)，所述集成電路對(duì)這兩路電信號(hào)進(jìn)行融合處理后輸出；所述的兩路電壓偏置 電路，其產(chǎn)生的偏置電壓大小相同，符號(hào)相同或相反，互不相關(guān)。在現(xiàn)有工藝條件下，可以同 時(shí)實(shí)現(xiàn)這樣的兩路電壓偏置電路，其偏置電壓符號(hào)相反時(shí)有著較佳的反對(duì)稱匹配性，而兩 個(gè)偏置電壓符號(hào)相同時(shí)的對(duì)稱匹配性也是可以實(shí)現(xiàn)的。這樣做是為了通過兩路偏置電壓的 較佳的匹配性，提高在現(xiàn)有工藝水平下設(shè)置的硅電容麥克風(fēng)的兩組信號(hào)傳遞路徑中其他環(huán) 節(jié)的匹配性；而使這兩路偏置電壓互不相關(guān)，才能保證兩路數(shù)據(jù)融合后的信噪比更接近每 組單獨(dú)使用時(shí)的石倍。
[0007] 優(yōu)選的硅電容麥克風(fēng)，其中所述的兩組敏感結(jié)構(gòu)的個(gè)數(shù)、尺寸、材料參數(shù)和連接方 法完全相同，并通過相同的接法分別接入本組對(duì)應(yīng)的電壓偏置電路。對(duì)于兩組敏感結(jié)構(gòu)而 言，各參數(shù)可以對(duì)稱地匹配，也可以將敏感結(jié)構(gòu)的各參數(shù)設(shè)置為反對(duì)稱來實(shí)現(xiàn)匹配。但由于 敏感結(jié)構(gòu)的加工工藝并非理想，原始設(shè)置得反對(duì)稱的各類技術(shù)參數(shù)，在受加工工藝偏差影 響后會(huì)受到不同程度的影響，從而其兩組敏感結(jié)構(gòu)的匹配性會(huì)不如原始設(shè)置得完全相同的 參數(shù)受加工工藝偏差影響后的匹配性。從零件通用性來看，設(shè)置得完全相同的參數(shù)的多個(gè) 敏感結(jié)構(gòu)可以通過一次工藝加工完成并同時(shí)匹配本發(fā)明技術(shù)方案和其他常見技術(shù)方案，但 設(shè)置得反對(duì)稱的參數(shù)的多個(gè)敏感結(jié)構(gòu)只能用于對(duì)應(yīng)的技術(shù)方案。
[0008] 優(yōu)選的硅電容麥克風(fēng)，其中所述的融合處理，允許將所述的兩路電信號(hào)直接差分。 與通過反對(duì)稱的敏感結(jié)構(gòu)設(shè)置方法來使得信號(hào)可以差分的技術(shù)方案相比，由于反對(duì)稱的敏 感結(jié)構(gòu)參數(shù)無法做到完全一致，在實(shí)施時(shí)存在需要將信號(hào)再校準(zhǔn)一次的風(fēng)險(xiǎn)。這對(duì)信號(hào)的 額外處理，存在引入額外的噪聲的風(fēng)險(xiǎn)，因此通過保證其原始信號(hào)相互匹配，而噪聲互不相 關(guān)的方式直接差分，是最優(yōu)的優(yōu)化信噪比的舉措。
[0009] 優(yōu)選的硅電容麥克風(fēng)，其中所述的融合處理，允許將所述的兩路電信號(hào)其中一路 的相位延遲180度并取反或不取反，另一路維持原狀，再將兩者差分。這樣做是為了提高硅 電容麥克風(fēng)的線性度。由于娃電容麥克風(fēng)一般是通過敏感聲學(xué)信號(hào)的振膜和相對(duì)固定的背 極共同構(gòu)成的敏感電容變化來得到對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)并做后續(xù)處理，其電容由于與敏感方向 上的電容間隙成反比，在電容間隙增大和減小時(shí)的電容變化量并不對(duì)稱，這會(huì)導(dǎo)致敏感結(jié) 構(gòu)將聲學(xué)變化信號(hào)轉(zhuǎn)化為電容變化信號(hào)時(shí)的非線性。通過這樣的處理，可以在差分的過程 中提高硅電容麥克風(fēng)的線性度。
[0010] 優(yōu)選的硅電容麥克風(fēng)，其中所述的融合處理，允許在所述的兩路電信號(hào)中的任一 路信號(hào)異常時(shí)，將這路異常信號(hào)判斷出來并關(guān)閉，只使用另一路信號(hào)。這是為了提高硅電容 麥克風(fēng)的可靠性和硅電容麥克風(fēng)的信號(hào)處理電路的通用性。通過增加一個(gè)判斷，使得應(yīng)用 本發(fā)明的技術(shù)方案的硅電容麥克風(fēng)在其中任一組信號(hào)發(fā)生異常時(shí)，另一組能繼續(xù)工作，這 比只使用一組信號(hào)時(shí)的可靠性還要高。另一方面，通過這樣的做法，相應(yīng)的電路可以只與一 組敏感結(jié)構(gòu)配合并輸出信號(hào)，另一組的部分由于信號(hào)異常被剔除，這樣使相應(yīng)的電路的通 用性仍然得到了保證。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0012] 本發(fā)明能在現(xiàn)有工藝水平下，通過集成電路的技術(shù)手段，提高硅電容麥克風(fēng)的靈 敏度、信噪比、線性度等性能指標(biāo)和可靠性、零件通用性等工程指標(biāo)，從而拓寬產(chǎn)品的應(yīng)用 場(chǎng)合，增加產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的娃電容麥克風(fēng)技術(shù)方案不意圖；
[0014] 圖2是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的信號(hào)分析示意圖；
[0015] 圖3是本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的融合處理示意圖；
[0016] 圖4是本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的融合處理的信號(hào)分析示意圖；
[0017] 圖5是本發(fā)明再一個(gè)對(duì)比實(shí)施例的的信號(hào)分析示意圖；
[0018] 圖6是一個(gè)對(duì)比實(shí)施例的信號(hào)分析示意圖；
[0019] 圖7是另一個(gè)對(duì)比實(shí)施例的信號(hào)分析示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 本發(fā)明提供了一種硅電容麥克風(fēng)，能在現(xiàn)有工藝水平下通過集成電路手段，優(yōu)化 靈敏度、信噪比、線性度和可靠性等指標(biāo)。下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說 明。
[0021] 圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的娃電容麥克風(fēng)技術(shù)方案不意圖。
[0022] 如圖1所示，該實(shí)施例中硅電容麥克風(fēng)包括敏感結(jié)構(gòu)及與其配套的集成電路，其 中敏感結(jié)構(gòu)的數(shù)目多于一個(gè)并分為兩組，圖1中振膜101和背極102表示的電容為一組敏 感結(jié)構(gòu)，振膜103和背極104表示的電容為另一組敏感結(jié)構(gòu)，所有敏感結(jié)構(gòu)的敏感運(yùn)動(dòng)方向 相同，這兩組敏感結(jié)構(gòu)各自接入一路該集成電路中的電壓偏置電路V0(107)和-V0(108); 在受外界聲學(xué)信號(hào)后，得到對(duì)應(yīng)這兩組敏感結(jié)構(gòu)的兩路電信號(hào)，該集成電路對(duì)這兩路電信 號(hào)進(jìn)行融合處理后輸出；其中107和108兩路電壓偏置電路，其產(chǎn)生的偏置電壓VO和-VO 大小相同，符號(hào)相反（也可視需要設(shè)置得相同），互不相關(guān)。這樣做是為了通過偏置電壓的 較佳的匹配性，提高在現(xiàn)有工藝水平下設(shè)置的硅電容麥克風(fēng)的兩組信號(hào)傳遞路徑中其他環(huán) 節(jié)的匹配性；而使這兩路偏置電壓互不相關(guān)，才能保證兩路數(shù)據(jù)融合后的信噪比是每組單 獨(dú)使用時(shí)的&倍。
[0023] 其中，上述所述的融合處理，是指將兩路電信號(hào)整合成一路電信號(hào)的處理，其本質(zhì) 是通過對(duì)兩路電信號(hào)進(jìn)行后續(xù)處理后再差分融合為一路信號(hào)，使得最后輸出的信號(hào)質(zhì)量更 佳。當(dāng)然，由于后續(xù)處理可能會(huì)引入額外的噪聲或誤差，所以也可以直接差分輸出。這里所 述的后續(xù)處理包括但不限于：甄別各路信號(hào)的可信度并分配權(quán)重、調(diào)整相位和極性等。下面 將分別進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0024] 圖1中，第一組敏感結(jié)構(gòu)的振膜101與第一路電路輸入環(huán)節(jié)（輸入電阻為Rsl) 105 相連，第一組敏感結(jié)構(gòu)的背極102與第一路電路的偏壓環(huán)節(jié)107相連，其對(duì)應(yīng)偏置電壓為 VO ;第二組敏感結(jié)構(gòu)的振膜103與第二路電路輸入環(huán)節(jié)（輸入電阻為Rs2) 106相連，第二組 敏感結(jié)構(gòu)的背極104與第二路電路的偏壓環(huán)節(jié)108相連，其對(duì)應(yīng)偏置電壓為-VO (也可視需 要設(shè)置為與第一路偏置電壓大小和符號(hào)相同的V0,但與107路的偏置電壓信號(hào)互不相關(guān)）。
[0025] 圖2~圖7的坐標(biāo)中VRsl表不第一路電學(xué)信號(hào)（處理后為VRsl'），VRs2表不第 一路電學(xué)信號(hào)（處理后為VRs2'），V表不輸出信號(hào)，t表不時(shí)間軸。
[0026] 圖2是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。如圖1這樣，由于電路輸入環(huán)節(jié)中敏感結(jié)構(gòu)的 電容隔去了直流信號(hào)，兩路電路輸入環(huán)節(jié)上采集到的信號(hào)如圖2所示，便可直接差分輸出， 從而得到最佳的信噪比優(yōu)化的技術(shù)效果，但由于其兩路信號(hào)變化方向與敏感結(jié)構(gòu)的敏感方 向相同，無法達(dá)到較佳的線性度優(yōu)化效果。
[0027] 圖3是本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，將通過應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案得到的兩路電信 號(hào)其中一路信號(hào)延時(shí)180度并反向再差分輸出，以獲得較佳的線性度改善效果，實(shí)際上由 于兩路電信號(hào)的噪聲不相關(guān)，還