本发明属于电子技术领域，更进一步涉及模拟集成电路技术领域中的一种低噪声MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)麦克风的缓冲器电路。本发明可以作为MEMS麦克风传感器读出接口电路的输入级，能够准确读取出声压作用下的电压信号。
背景技术：
MEMS麦克风应用广泛，在MEMS麦克风读出接口电路设计中，缓冲器电路是一个关键模块，这个模块需要准确读取出声压作用下的电压信号。传统的缓冲器电路通常采用运放实现，但是运放结构复杂，功耗和噪声较大，处理噪声所需的成本较高，占用芯片面积较大。为了满足缓冲器电路能够准确读取出信号，缓冲器电路必须具有低噪声的性能。
周锋在其发表的论文“电容式MEMS麦克风调理电路研究与设计”(益州大学，微电子学与固体电子学专业的硕士论文，2012年，5月)中公开了一种MEMS麦克风的单位增益缓冲器电路。该单位增益缓冲器电路结构为运放的输出与一端输入相连，其增益为单位增益，运放内部采用两级运算放大器实现，第一级为折叠共源共栅结构，第二级为共源结构。该电路虽然容易实现，但是，该电路仍然存在的不足之处是，功耗大，噪声较高，处理噪声所需的成本较高，占用芯片面积较大。
Electronics and Telecommunications Research Institute,Daejeon(KR)在其申请的专利文献“READ-OUT CIRCUIT WITH HIGH INPUT IMPEDANCE”(申请号15/511，361公开号US8，300，850B2)中公开了一种应用于麦克风的高输入阻抗的读出电路。该电路主要包括：一个反馈电阻和一个接成缓冲器结构的运放，反馈电阻的一端与运放的输入相连，另一端接运放的输出。该电路结构具有输入阻抗高，能够很好的读取信号的优点，但是，该读出电路仍然存在的不足之处是，由于该电路使用电阻和运放来实现高输入阻抗，这种方式比较复杂，并且电阻占用芯片面积较大。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种低噪声MEMS麦克风的缓冲器电路。
为实现上述目的，本发明的缓冲器电路包括偏置模块、负反馈模块、信号读取模块，所述的偏置模块包括一个PMOS管3、两个NMOS管4和5；所述负反馈模块包括两个PMOS管6和7、三个NMOS管8、9、10、两个NPN双极型晶体管Q1和Q2、一个电阻R、一个电容C；所述信号读取模块包括三个PMOS管2、1、11；所述偏置模块的输出端与负反馈模块的输入端连接，负反馈模块的输出端与偏置模块的输入端连接，负反馈模块的输出端与信号读取模块的输入端连接，信号读取模块的输出端连接至负反馈模块的输入端。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
第1，本发明利用负反馈模块中的两个NPN双极型晶体管Q1和Q2和电阻，为信号读取模块提供静态电流，使用NPN双极型晶体管克服了现有技术中噪声较高的问题，使得本发明具有降低了噪声的优点。
第2，本发明由于两个NPN双极型晶体管的集电极和发射极两端电压不同，导致流过两个NPN双极型晶体管的电流不同，利用NMOS管抵消了这种电流不同所引起的系统失调，使得本发明具有减少系统失调的优点。
第3，本发明利用负反馈模块中的负反馈环路对静态电流进行反馈，克服了现有技术中电路的功耗较大、噪声较高的缺点，使得本发明不仅稳定了信号读取模块中的静态电流，而且抑制了除NPN双极型晶体管和信号读取模块中的第二PMOS管1外的所有其他管子的1/f噪声。
第4，本发明利用信号读取模块中的PMOS管11为信号输入端提供直流偏置，同时PMOS管11保证了高的输入阻抗，PMOS管11是栅极和漏极连接在一起的二极管连接方式，工作在深亚阈值区，克服了现有技术中实现高输入阻抗的方式比较复杂的缺点，使得本发明所流的芯片占有面积减少。
附图说明
图1为本发明的电原理图；
图2为本发明等效输入噪声的仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。
参照图1，对本发明的具体电路作进一步的描述。
由本发明的电原理图图1中的虚线将本发明的电原理图分为偏置模块、负反馈模块、信号读取模块三部分。
本发明的电原理图图1中的虚线部分所描述的偏置模块包括一个PMOS管3、两个NMOS管4和5，偏置模块的输出端与负反馈模块的输入端连接，偏置模块的输入端与负反馈模块的输出端连接。
偏置模块中PMOS管3的栅极分别与负反馈模块中的第二个PMOS管7的漏极、负反馈模块中的第三个NMOS管10的漏极、负反馈模块中的电容C、信号读取模块中的第一个PMOS管2的栅极连接，PMOS管3的源极与电源电压VCC连接，所述PMOS管3的漏极分别与偏置模块中的第一个NMOS管4的漏极、偏置模块中的第一个NMOS管4的栅极、负反馈模块中的第一个NMOS管8的栅极连接。偏置模块中的第一个NMOS管4的源极分别与偏置模块中的第二个NMOS管5的漏极、偏置模块中的第二个NMOS管5的栅极连接。偏置模块中的第二个NMOS管5的源极与公共地端GND连接。
本发明的电原理图图1中的虚线部分所描述的负反馈模块包括两个PMOS管6和7、三个NMOS管8、9、10、两个NPN双极型晶体管Q1和Q2、一个电阻R、一个电容C，负反馈模块的输出端与偏置模块的输入端连接，负反馈模块的输出端与信号读取模块的输入端连接，负反馈模块的输入端与偏置模块的输出端连接。
负反馈模块中第一个PMOS管6的栅极分别与其漏极、负反馈模块中的第一个NMOS管8的漏极、负反馈模块中的第一个PMOS管7的栅极连接，第一PMOS管6的源极与电源电压VCC连接。负反馈模块中的第二个PMOS管7的源极与电源电压VCC连接，第二个PMOS管7的漏极分别与负反馈模块中的第三个NMOS管10的漏极、负反馈模块中的电容C、偏置模块中的PMOS管3的栅极、信号读取模块中的第一个PMOS管2的栅极连接。负反馈模块中的第一个NMOS管8的栅极分别与偏置模块中的PMOS管3的漏极、偏置模块中的第一个NMOS管4的漏极、偏置模块中的第一个NMOS管4的栅极连接，第一个NMOS管8的源极与负反馈模块中的第一个NPN双极型晶体管Q1的集电极连接。负反馈模块中的第一个NPN双极型晶体管Q1的基极分别与负反馈模块中的第二个NPN双极型晶体管Q2的基极、负反馈模块中的电阻R、负反馈模块中的电容C、信号读取模块中的第二个PMOS管1的漏极连接，第一个NPN双极型晶体管Q1的发射极与公共地端GND连接。负反馈模块中的第二个NPN双极型晶体管Q2的集电极分别与负反馈模块中的第二个NMOS管9的漏极、负反馈模块中的第二个NMOS管9的栅极、负反馈模块中的第三个NMOS管10的栅极、电流源IREF连接，第二个NPN双极型晶体管Q2的发射极与公共地端GND连接；负反馈模块中的第二个NMOS管9的源极与公共地端GND连接。负反馈模块中的第三个NMOS管10的源极与公共地端GND连接。负反馈模块中的电容C与负反馈模块中的电阻R串联，分别与负反馈模块中的第二PMOS管7的漏极，公共地端GND连接。
本发明的电原理图图1中的虚线部分所描述的信号读取模块包括三个PMOS管2、1、11，信号读取模块的输出端连接至负反馈模块的输入端，信号读取模块的输入端与负反馈模块的输出端连接。
信号读取模块中第一个PMOS管2的栅极分别与偏置模块中的PMOS管3的栅极、负反馈模块中的第二个PMOS管7的漏极、负反馈模块中的第三个NMOS管10的漏极、负反馈模块中的电容C连接，第一个PMOS管2的源极与电源电压VCC连接，第一个PMOS管2的漏极与信号读取模块中的第二个PMOS管1的源极连接。信号读取模块中的第二个PMOS管1的栅极与信号读取模块中的第三个PMOS管11的源极连接，第二个PMOS管1的漏极分别与负反馈模块中的第一个NPN双极型晶体管Q1的基极、负反馈模块中的第二个NPN双极型晶体管Q2的基极、负反馈模块中的电阻R、负反馈模块中的电容C连接。信号读取模块中的第三个PMOS管11的栅极分别与其漏极、公共地端GND连接。
下面结合仿真实验对本发明的效果作进一步的描述。
1.仿真条件：
本发明的仿真实验是基于0.18μm BCD工艺，应用Cadence软件的Spectre仿真工具实现的。电源电压设定为3V，仿真温度设置为常温(25℃)，扫描频率范围为1Hz～10MHz。
2.仿真内容：
在软件LINUX操作系统下，基于0.18μm BCD工艺，应用Cadence软件的Spectre仿真工具对本发明的缓冲器电路进行等效输入噪声仿真。电源电压设定为3V，仿真温度设置为常温(25℃)，扫描频率范围为1Hz～10MHz，合理设置器件参数，使该缓冲器电路在音频带宽范围内满足低噪声的要求。
3.仿真结果分析：
本发明的图2为本发明等效输入噪声的仿真结果图。图2中的横坐标轴代表频率，纵坐标轴代表等效输入噪声。以三角形标示的点M0代表频率20.0Hz时的等效输入噪声值，以正方形标示的点M1代表频率20KHz时的等效输入噪声值，以圆圈标示的点M2代表频率1KHz时的等效输入噪声值。由本发明的仿真图2可见，点M0的横坐标为20.0Hz，纵坐标为119.6nV/sqrt(Hz)，点M1的横坐标为20KHz，纵坐标为8.433nV/sqrt(Hz)，表示在音频带宽范围内的等效输入噪声的均方根值都为nV级别。点M2的纵坐标为18.66nV/sqrt(Hz)，其标线是在横坐标为1KHz的位置，表示频率为1KHz时的等效输入噪声只有18.66nV/sqrt(Hz)。综上所述，本发明的缓冲器电路满足低噪声的要求。