电容性传感器的制作方法

文档序号:7762623阅读:528来源:国知局
专利名称:电容性传感器的制作方法
技术领域
本发明涉及对来自电容性传感器的信号的放大。
背景技术
诸如电容器型麦克风等电容性传感器通过电容的改变来对接收信号作出响应。可 以通过在传感器的电容性元件上施加偏置电压并放大由接收信号引起的电容性元件两端 的电压变化,来将这种电容的改变转化成电压信号。图1的示意性电路图示出了利用与DC基准电压3 (U串联的偏置电阻器2 (Rbias) 来偏置具有静态电容值C的电容性麦克风1的一般方式。将偏置电阻器2的值选择为使得 传感器和偏置电阻器组合的截止频率(由RbiasC的时间常数的倒数决定)远低于感兴趣的 频带,这里该感兴趣的频带是音频频带。将电容器充电到偏置电压V&,尽管电容值根据激 励麦克风的声压的改变而改变(ΔΟ,然而由于较高的Rbias(典型地在100ΜΩ的量级上或 更高),所以很少的电流从电容器1泄漏出。因此,电容器1上的实际电量(由Q = VC给 出)保持几乎不便,这意味着麦克风的输出电压根据输入声压电平而改变。放大器4连接 至电容器1以放大该输出电压信号,从而提供放大后的输出信号V。ut。图1所示的这种现有偏置方案的问题在于该现有偏置方案对麦克风输出处的寄 生电容敏感。图2的示意性电路图中示出了这种现有配置方案的图示,其中,麦克风电容被 示为分成恒定部分Cs和变化部分ACS,其中附加寄生电容由另一并联电容值Cp给出。在典 型的麦克风中,电容的变化部分△(;与其固定部分Cs相比非常小。当在较大的电容(V = Q/C)中发生电荷重新分布时,这在麦克风的输出处引起较小的输出电压变化。此外,由于 麦克风输出与关联的电子装置之间的连接不趋向于处于相同的芯片或电路板上,所以麦克 风与放大器4的连接处的任何寄生电容也都会降低这种灵敏度。与麦克风的输出相连的放 大器4的输入电容进一步降低了灵敏度(为了简明起见,可以假定该输入电容也包含在图 2所示的寄生电容Cp中)。这产生了输入至放大器4的电压信号AV1的以下关系AC - V f_5]叫=^ (等式。因此,电压信号AV1的幅度根据电容性传感器的静态电容Cs的幅度和任何寄生电 容的总幅度Cp而减小。这导致灵敏度降低,需要通过提高放大器4的放大因子来补偿这种 灵敏度降低,而这可能导致噪声提高。

发明内容
本发明的目的是解决上述问题。根据本发明,提供了一种电容性传感器放大器电路,包括电容性传感器;偏置电压源,经由偏置电阻器连接在电容性传感器两端;运算放大器,具有连接至电容性传感器的输入;以及
反馈电容器,连接在放大器的输入和输出之间,所述放大器的输入和输出符号相 同。本发明的优点是,反馈电容器连接在放大器两端,使得该反馈电容器有效地抵销 或消除了电容性传感器的静态电容以及放大器输入处的任何寄生电容的一部分。从而提高 了传感器的灵敏度。反馈电容器的值Cf可以被选择为使得(A-I)Cf在由(;+(;给出的电容值的10%之 内而不等于由Cs+cp给出的电容值,其中A是放大器的放大因子,Cs是电容性传感器的静态 电容值,Cp是放大器输入处寄生电容的总和。在特定实施例中,(A-I)Cf的值等于或大于0. 9(CS+Cp)而同时小于Cs+Cp。以这种方式选择反馈电容器值的优点在于,根据传感器的电容以及任何关联的寄 生电容的值,使传感器的灵敏度最大化。这还降低了使寄生电容最小的需要,因为反馈电容 器可以被选择为抵销这些寄生电容,从而使电路设计可以更灵活。在优选实施例中,放大器的输入和输出均是非反相的。在备选实施例中,输入和输 出均是反相的。本发明尤为适于电容性传感器,所述电容性传感器是声传感器,然而本发明也可 以应用于任何其他类型的电容性传感器。


以下参考附图以示例的方式更详细地描述了本发明,附图中图1是已知类型电容性传感器放大器电路的示意性电路图;图2是图1的电路的备选示意性电路图;图3是根据本发明实施例的电容性传感器放大器电路的示意性电路图。
具体实施例方式在本发明的背景技术中已经描述了图1和图2。图3的示意性电路图中示出了本发明的实施例。使用正反馈将反馈电容器5 (Cf) 连接在放大器两端,即,反馈电容器的一个极板连接至放大器4的非反相输入6,而另一个 极板连接至放大器4的非反相输出7。在备选实施例中,反馈电容器可以连接在放大器的反 相输入与放大器的反相输出之间。因此,一般而言,反馈电容器连接在放大器的输入与输出 之间,其中放大器的输入和输出符号相同。在反馈回路中在用于对来自电容性传感器的信号进行放大的运算放大器两端提 供电容器的其他已知布置是已知的,如美国申请2008/025531和2009/086992中公开的。如 下所述,将反馈电容器连接在放大器的反相输入和非反相输出之间的这种布置不会导致本 发明特性的消除。通过使用正反馈环路,输出电压信号V。ut的一部分被反馈至电容性传感器1。放大 器4如Miller型运算放大器一样工作,但是具有正反馈。放大器4和反馈电路5的组合在 放大器4的输入6处引起有效负电容。因此,在放大器输入6处从静态电容Cs和寄生电容 Cp中减去该有效负电容。根据以下关系,放大器输入6处的电压信号AV2因此而增大
权利要求
1.一种电容性传感器放大器电路,包括电容性传感器(1);偏置电压源(3),经由偏置电阻器( 连接在电容性传感器(1)两端;运算放大器G),具有连接至电容性传感器(1)的输入;以及反馈电容器(5),连接在放大器的输入与输出之间,所述放大器的输入和输出 符号相同。
2.根据权利要求1所述的电容性传感器放大器电路,其中,反馈电容器(5)的值(^被 选择为使得(A-I)Cf在由(;+(;给出的电容值的10%的范围内,但是不等于所述由(;+(;给 出的电容值,其中A是放大器(4)的放大因子,Cs是电容性传感器⑴的静态电容值,Cp是 放大器的输入处的寄生电容的总和。
3.根据权利要求2所述的电容性传感器放大器电路,其中,反馈电容器( 的值被选择 为使得 0. 9 (Cs+Cp)彡(A-I) Cf < Cs+Cp。
4.根据前述任一项权利要求所述的电容性传感器放大器电路,其中,输入(6)是非反 相输入。
5.根据前述任一项权利要求所述的电容性传感器,其中,电容性传感器(1)是声传感
全文摘要
本发明提出了一种电容性传感器放大器电路,包括电容性传感器(1);偏置电压源(3),经由偏置电阻器(2)连接在电容性传感器(1)两端;运算放大器(4),具有连接至电容性传感器(1)的输入;以及反馈电容器(5),连接在放大器(4)的输入(6)与输出(7)之间,所述放大器(4)的输入(6)与输出(7)符号相同。
文档编号H04R3/00GK102045630SQ20101051271
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月8日 优先权日2009年10月16日
发明者罗伯特·H·M·范费尔德温 申请人:Nxp股份有限公司
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