专利名称：电压馈送电路和包含该电路的麦克风单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将电压供应给诸如电容麦克风等传感器的电压馈送电路，以及包含该电路的麦克风单元。
背景技术：
对于诸如移动电话等移动终端中的语音通信，一种使用被称为电容麦克风的麦克风的技术已经得到普及。电容麦克风有时候被称为电容器麦克风或静电麦克风。在电容麦克风中，电容器的一个电极是振动膜。该振动膜检测电容变化时发生的语音振动，并且将其转化成电信号。在“PA声学系统(Kougakutosho有限公司，1996)”中公开了现有的麦克风单元。
图1示出了使用现有电容麦克风的电容麦克风单元100的电路。如图1所示，现有电容麦克风单元由电容麦克风101、JFET(结型场效应管)102、电容器103、电阻器104和105，以及DC电源106和108组成。
电容麦克风101是用于生成与输入语音的声压相对应的输出信号的振动传感器。电容麦克风101的一个电极经由电阻器104连接到DC电源108，并且另一个电极接地。DC电源108将预定偏置电压供应给电容麦克风101。电容麦克风101的输出被连接到JFET 102的栅极。JFET 102为放大电路，用于放大电容麦克风的输出信号并且生成放大信号。由JFET 102生成的放大信号经由输出端107被输出。
在该电容麦克风单元中，当制造电容麦克风和JFET时会发生制造离差(dispersion)。该制造离差表现为电容器的电极间距的离差和JFET的放大系数的离差。该制造离差成为每一个电容麦克风单元的灵敏度离差的原因。
需要有电压馈送电路，用于将电压供应给诸如电容麦克风等传感器以便传感器即使在有制造离差发生时也可以以合适的灵敏度来操作。另外，还需要有可以以对应于该离差的合适灵敏度来操作的电容麦克风单元。
为了在现有电容麦克风单元中切换电容麦克风单元的灵敏度，提供了两个具有不同灵敏度设定的电容麦克风单元。通过切换电容麦克风单元本身来切换灵敏度。不过，对于这种结构，必须根据切换的灵敏度的水平来提供电容麦克风单元。因此，需要有可以在一个电容麦克风单元中选择多个灵敏度的电容麦克风单元。
发明内容
根据本发明的一个方面，电压馈送电路包括用于根据基于传感器偏置电压的设定值来输出偏置电压控制信号的电压控制电路和用于根据偏置电压控制信号来生成施加到传感器的偏置电压的电压生成电路。
根据本发明的另一方面，麦克风单元包括将偏置电压供应给它的麦克风，用于提升电源电压并且根据偏置电压控制信号来生成偏置电压的电压生成电路和根据偏置电压的设定值来输出偏置电压控制信号的电压控制电路。
根据本发明的另一方面，用于由电容麦克风、放大电路和根据设定值将偏置电压供应给电容麦克风的电压馈送电路的麦克风单元的灵敏度调节方法，包括检测参考电压和电容麦克风的输出电压之间的差，输出灵敏度调节指令，根据灵敏度调节指令调节输出电压，以及存储与被调节成设定值的输出电压相对应的控制信号。
根据本发明的另一方面，用于包括电容麦克风和将基于设定值的偏置电压提供给电容麦克风的电压馈送电路的麦克风单元的灵敏度调节装置包括比较器，用于对电容麦克风的输出电压和参考电压进行比较；以及控制指令生成电路，用于输出用于根据参考电压来调节电容麦克风的输出电压的灵敏度调节指令和输出用于根据所调节的输出电压来存储设定值的存储指令。
下面结合附图来进行讲述，将会使本发明的上述和其它目的、优点和特征更加清楚，其中图1示出了使用现有电容麦克风的电容麦克风单元100的电路；图2为示出了根据本发明第一实施例的麦克风单元的结构的框图；图3为示出了根据第一实施例的电压馈送电路1的框图；图4为示出了电荷泵电路18的具体结构的电路图；图5为示出了当根据第一实施例来调节麦克风单元的灵敏度时的结构的框图；图6为流程图，示出了根据第一实施例的麦克风单元的灵敏度调节操作；图7为示出了第一实施例的另一例子的框图；图8为流程图，示出了使用第一实施例的另一例子的灵敏度调节操作；图9为框图，示出了第一实施例的可移动装置中的麦克风单元的另一结构；图10为框图，示出了本发明的第二实施例；图11为流程图，示出了第二实施例的灵敏度调节操作；图12为流程图，示出了当在电压馈送电路中安装了解码器电路时的正常操作；图13为示出了本发明第三实施例的框图；
图14为电路图，示出了根据第三实施例的电荷泵电路33的结构例子；图15为电路图，示出了根据第三实施例的连接到电荷泵电路33的电荷泵级数切换电路34的结构；图16为示出了根据第三实施例的灵敏度调节的结构的框图；图17为示出了根据第三实施例的灵敏度调节的操作的流程图；图18为流程图，示出了当加上解码器电路时的麦克风单元的操作；图19为框图，示出了当在集成型麦克风装置中创建本发明的麦克风单元时的结构；以及图20为框图，示出了第四实施例的集成型麦克风装置的另一结构。
具体实施例方式
下面参考示意性实施例在此讲述本发明。本领域的普通技术人员知道，使用本发明的讲述可以实现许多替代性实施例，并且本发明并不限于用于解释性目的的这些实施例。
(第一实施例)图2为框图，示出了根据本发明第一实施例的麦克风单元的结构。如图2所示，根据第一实施例的麦克风单元包括电压馈送电路1、电容麦克风2、放大电路3、电容器4和电阻器5和6。
电压馈送电路1生成使电容麦克风2的灵敏度成为预定灵敏度的偏置电压，并且将其供应给电容麦克风2。电压馈送电路1经由第一节点N1连接到电源7。电压馈送电路1根据该电源7的电源电压生成偏置电压。该偏置电压从第二节点N2输出，并且经由电阻器5施加在电容麦克风2上。
电容麦克风2为传感器(振动传感器)类型。电容麦克风2的灵敏度根据偏置电压来设定。电容麦克风12包括振动膜(电极)和后电极。偏置电压施加于后电极。振动膜响应输入语音的声压进行振动。在电容麦克风2中，电极之间的距离随振动膜的振动而改变。电容麦克风2的电容响应电极间距离的改变而改变。通过存储于电容麦克风2中的电荷的改变，麦克风单元响应输入语音输出信号。对于该麦克风单元，可以通过控制电容麦克风2的偏置电压来调节和改变灵敏度。
放大电路3对电容麦克风2的输出进行放大。在图2中，作为放大电路的例子，示出了由JFET组成的电路。放大电路3连接在电源7和地线之间。放大电路(JFET)3的栅极经由电容器4连接到电容麦克风2。放大电路3响应输入到栅极的信号电压将该信号进行放大。被放大电路3所放大的信号经由输出端8输出。
图3为框图，示出了根据第一实施例的电压馈送电路1。如图3所示，电压馈送电路1包括电压控制电路10和电压生成电路11。
电压控制电路10内部具有存储电路12。当调节麦克风单元的灵敏度时，电压控制电路10输出用于调节灵敏度的偏置电压控制信号S_1。在电压控制电路10内部的存储电路12中存储了设定值，用于在灵敏度调节操作结束时输出预定偏置电压控制信号S_1。在灵敏度调节操作结束后，电压控制电路10根据该存储的设定值输出偏置电压控制信号S_1。稍后将会讲到有关麦克风单元的灵敏度调节操作的细节。电压生成电路11响应偏置电压控制信号S_1生成偏置电压。
如图3所示，电压控制电路10包括存储电路12、串并行转换电路13和PWM占空比控制电路15。电压生成电路11包括PWM电路16、时钟发生器17和电荷泵电路18。
如上所述，当灵敏度调节操作结束时，偏置电压控制信号S_1的设定值被写入存储电路12。该设定值可以通过经由例如灵敏度调节端9输入预定写设定信号来写入。基于存储在存储电路12中的设定值，确定在正常操作期间施加到电容麦克风2的偏置电压。该存储电路12连接到灵敏度调节端9和PWM占空比控制电路15。
在灵敏度调节操作结束后，存储电路12作为只读电路来操作。保留在存储电路12中的设定值被读出到PWM占空比控制电路15。优选情况下，本实施例中的存储电路12由非易失存储器组成。具体来说，通过使用EEPROM或多晶硅熔丝型存储器，可以减少麦克风单元的成本。存储电路12经由图中未示出的升压电路连接到电源电路7。
串并行转换电路13将经由灵敏度调节端9提供的串行信号转换成并行信号。本实施例的麦克风单元安装于诸如移动电话等电子设备中。在这种电子设备中，装置中的每一单元通过串行传输来发射/接收数据。串并行转换电路13将经由串行传输线所接收的数据输出到并行信号上，并且将其输出到PWM占空比控制电路15。
PWM占空比控制电路15输出用于调节电容麦克风2的灵敏度的PWM占空比控制信号。PWM占空比控制信号是对应于偏置电压控制信号S_1的控制信号，因此在下面的讲述中，用符号S_1来表示PWM占空比控制信号。
对应于偏置电压控制信号的数字信号从串并行转换电路13或存储电路12被提供给PWM占空比控制电路15。PWM占空比控制电路将该数字信号转换成提供给PWM电路16的模拟信号。因此，PWM占空比控制电路15具有D/A转换电路(图中未示出)。PWM占空比控制电路15生成PWM占空比控制信号S_1，它是一个模拟信号，并且将该信号输出到PWM电路16。
PWM电路16根据由PWM占空比控制电路15输出的PWM占空比控制信号S_1，生成具有预定占空比的时钟脉冲。时钟发生器17将预定的时钟周期提供给PWM电路16。
电荷泵电路18响应由PWM电路16提供的时钟脉冲生成预定电压。由电荷泵电路18生成的电压随着提供给电荷泵电路18的时钟的占空比而发生改变。
图4为示出了电荷泵电路18的具体结构的电路图。根据第一实施例的电荷泵电路18包括以多级连接的FET(场效应管)，以及以多级连接的电容器。当电荷泵电路18执行升压操作时，生成的电压根据组成电荷泵电路18的FET和电容器的级数而提升。因此，电荷泵电路18的级数根据提供给电荷泵电路18的电源电压和电容麦克风2的灵敏度的值来设定。
更为具体地说，从电压馈送电路1输出的电压是根据达到麦克风单元的目标灵敏度所需要的偏置电压和调节该偏置电压的宽度来确定的。电荷泵电路的级数还取决于从该电压馈送电路输出的电压。
当生成电容麦克风2的偏置电压时，电荷泵电路18提升电压供应电压。电荷泵电路通过FET的切换操作依次提升电容器中所充电荷。通过响应来自PWM电路16的时钟脉冲的操作，电荷泵电路18生成要求的偏置电压，并且将其施加到电容麦克风2。
现在来讲述本实施例的电压馈送电路1的灵敏度调节操作。图5为框图，示出了当根据第一实施例来调节麦克风单元的灵敏度时的结构。现有情况下，如果灵敏度位于标准值以外，则必须抛弃麦克风单元，但是在本实施例中，灵敏度值可以根据所检测的灵敏度进行调节。因此，即使有制造离差发生，也能够显著减少现有被抛弃产品的数目。
当调节麦克风单元的灵敏度时，麦克风单元被连接到灵敏度调节装置20。灵敏度调节装置20检测麦克风单元的灵敏度并且输出用于灵敏度调节的控制信号。灵敏度调节装置20包括参考电压模块21、比较器22、AD转换器23和控制信号生成电路24。参考电压模块21事先存储参考电压值，以用于灵敏度调节装置20对麦克风单元的灵敏度进行判断。
比较器22对麦克风单元的输出电压和参考电压模块21中保持的参考电压进行比较，并且输出比较结果。当调节麦克风单元的灵敏度时，比较器22的一个输入端连接到输出端8。比较电路22的另一个输入端连接到参考电压模块21。
AD转换器23将比较器22输出的模拟信号转换为数字信号。如图5所示的比较器22使用作为参考电压值和麦克风单元的输出电压之差的模拟信号来输出上述比较结果。AD转换器23将来自比较器22的模拟信号转换成对应于该模拟信号的数字信号，并且将其提供给控制信号生成电路24。
控制信号生成电路24根据AD转换器23所输出的信号来生成控制信号。控制信号生成电路24根据通过AD转换器23进行数字转换之后的比较结果来生成预定控制信号，并且将其提供给电压馈送电路1。该控制信号包括例如用于PWM占空比控制电路15的设定信号，以及用于存储电路的写控制信号。
第一实施例是当灵敏度调节装置20被外部连接到麦克风单元时的情况。如果该灵敏度调节装置能被安装在装有麦克风单元的装置(例如，移动终端)的结构内部，则可以将灵敏度调节装置安装在内部，这不会限制本发明的结构和操作。
图6为流程图，示出了根据第一实施例的麦克风单元的灵敏度调节操作。现在参考图6来讲述灵敏度调节操作。
为了执行灵敏度调节操作，将调节目标麦克风单元连接到灵敏度调节装置20。当灵敏度调节操作开始时，预定声压水平(单位dB)的声音信号被输入到麦克风单元的电容麦克风2。麦克风单元根据声压水平输出输出电压。
在图6中的步骤S1，连接到麦克风单元的灵敏度调节装置20检测麦克风单元的输出电压。初始偏置设定值可以是从中心附近的值或最高值中选择的。这可以由灵敏度调节装置来实现，在执行灵敏度调节操作时将对应于预定偏置电压的设定信号作为初始值输出到电压馈送电路1。
在步骤S2，灵敏度调节装置20的比较电路22对麦克风单元的输出电压和事先保留在参考电压单元21中的参考电压值进行比较。输出电压和参考电压的比较结果(例如，参考电压和输出电压之间的差值)经由AD转换器23被提供给控制信号生成电路24。控制信号生成电路24根据该比较结果来判断电容麦克风2的灵敏度调节是否是必需的。AD转换器23是用于量化模拟信号和输出数字信号的电路。为此，AD转换器为在预定范围内输入的模拟信号输出相同的数字信号。通过AD转换器的该设定，可以通过AD转换器的设定来为参考电压值设定判断无需调节麦克风单元的灵敏度的公差范围。如果判断AD转换器的输出信号位于公差范围内，即不需要灵敏度调节时，则处理进行到步骤S5。
在步骤S2，如果控制信号生成电路24中的调节结果是需要进行灵敏度调节时，则处理进行到步骤S3。
在步骤S3，控制信号生成电路24根据表示参考电压和麦克风单元的输出之差的比较结果来计算偏置电压的调节值。为了该计算，例如，可以事先提供一个表，用于根据表示参考电压和麦克风单元的输出之差的信号来参考调节值。根据计算结果，输出了用于PWM占空比控制电路的设定信号。
如果来自麦克风单元的电压输出低于参考电压，并且如果必须增加电容麦克风2的灵敏度，则必须将提供给电容麦克风2的偏置电压设定得高于初始值。另一方面，如果来自麦克风单元的电压输出高于参考电压时，则必须将提供给电容麦克风的电压设定得低于初始值。控制信号生成电路能够根据表示比较结果的数字信号来生成和输出用于PWM占空比控制电路的新设定值(数字值)。
在步骤S4，PWM占空比控制电路根据来自控制信号生成电路24的设定信号，输出新的PWM占空比调节信号。此时，如果控制信号是用于设定高于初始值的偏置电压的信号，则PWM占空比控制电路输出用于增加PWM电路输出的时钟的占空比的占空比控制信号。如果控制信号是用于设定低于初始值的偏置电压的信号，则PWM占空比控制电路输出用于减少PWM电路输出的时钟的占空比的占空比控制信号。结果，从PWM电路输出的时钟的占空比根据所输出的新的PWM占空比控制信号而改变。由于PWM电路输出的时钟的占空比发生改变，因此由电荷泵电路生成的偏置电压也发生改变。
然后，处理返回到步骤S1，并且再次检测麦克风单元的输出电压。此时电荷泵电路输出的电压是基于步骤S4的经过调节的电压。因此，施加到电容麦克风的偏置电压也发生改变，并且麦克风单元的灵敏度也发生改变。之后，重复步骤S1-S4中的操作，并且当在步骤S2中判断灵无需敏度调节时，处理进行到步骤S5。
在步骤S5，控制信号生成电路24生成用于存储电路的写指定信号，以及存储于存储电路中的设定值信号。该写设定信号和设定值信号是由灵敏度调节端9输入的。根据来自灵敏度调节装置的写设定信号，当判断无需灵敏度调节时，设定值被存储于存储电路中。这里存储于存储单元中的设定值为用于表示设定PWM占空比控制电路的数字信号。因此，该设定值可以存储于EEPROM中或通过熔丝存储。
现在来讲述其中以这种方式来调节灵敏度的电压馈送电路和麦克风单元的正常操作。在正常操作中，电压馈送电路1可以用于独立于灵敏度调节装置的状态下。因此在正常操作中，对应于设定值的信号没有经由灵敏度调节端9和串并行转换电路提供给PWM占空比控制电路。在正常操作中，存储于存储电路12中的设定值被提供给PWM占空比控制电路。当电路被激活时，该操作是例如通过参考存储于存储电路12中的调节完成标志来执行的。例如，当调节完成标志已经被存储于存储电路中时，串并行转换电路的输出没有连接到PWM占空比调节电路，并且来自存储电路的输出被连接到它。通过这种结构，在正常操作期间，能够根据存储于存储电路中的设定值来生成PWM占空比控制信号。由于根据PWM占空比控制信号生成偏置电压，因此在正常操作期间，在灵敏度调节之后生成偏置电压，并且该电压被施加到电容麦克风2上。
在正常操作中，灵敏度调节端和串并行转换电路被停止，因此信号没有与其它电路发送或接收信号。从存储电路12读取的设定值在操作期间可以通过锁存于PWM占空比控制电路中得到保持。
如上所述，安装于第一实施例的麦克风单元中的电压馈送电路1能够根据组成麦克风单元的每一个元件可以具有的制造离差来生成偏置电压。
图7为框图，示出了第一实施例的另一例子。在图3所示的电路结构和灵敏度调节操作中，灵敏度调节电路中的控制信号生成电路输出用于PWM占空比调节电路的设定信号和写控制信号，但是在该例子中的结构是不同的。下面来讲述第一实施例的另一个例子，主要集中在与图3中电路的不同之处。
如图7所示的电压馈送电路1具有解码器电路14，位于电压控制电路10内部。解码器电路14是用于根据从串并行转换电路13输出的数字信号来执行存储电路12的写控制PWM占空比控制电路15的操作控制的电路。
如图7所示的PWM占空比控制电路15内部存储有数字代码。多个代码根据输出的PWM占空比控制信号的类型来存储。多个代码具有各自的代码编号。
在如图7所示的灵敏度调节装置20中，控制信号生成电路24输出的控制信号是用于指示电压馈送电路1的解码器电路14的操作的命令信号。
图8为流程图，示出了使用第一实施例的另一例子的灵敏度调节操作。下面来讲述根据图8的电压馈送电路的灵敏度调节操作。在灵敏度调节操作中，灵敏度调节装置20连接到麦克风单元。在正常操作中，电压馈送电路1可以在独立于灵敏度调节装置的状态下使用。
在图8中的步骤S11，灵敏度调节装置20检测从麦克风单元输出的输出电压。
在步骤S12中，比较电路22对麦克风单元的输出电压和参考电压值进行比较。比较结果经由AD转换电路23被施加到控制信号生成电路24。根据该比较结果，控制信号生成电路24判断是否需要灵敏度调节。如果无需灵敏度调节，则处理进行到步骤S18。
如果步骤S12的结果是需要进行灵敏度调节，则处理进行到步骤S13。在步骤S13，控制信号生成电路24生成调节开始信号，用于向电压馈送电路1通知灵敏度调节开始，并且将其输出到电压馈送电路1。
如果需要提升施加到电容麦克风2的偏置电压，则控制信号生成电路24生成包括有提升电荷泵电路18的输出电压的指令(下文称之为电压增加指令)的调节开始信号。如果需要降低施加到电容麦克风2的偏置电压，则控制信号生成电路24生成包括有降低电荷泵电路18的输出电压的指令(下文称之为电压降低指令)的调节开始信号。
在图7中，由灵敏度调节装置20输出的调节开始信号经由灵敏度调节端9被提供给解码器电路14。在步骤S14，接收到调节开始信号的解码器电路14参考调节开始信号，并且确认所包括的指令是电压增加指令还是电压降低指令。如果作为这种结构的结果，所包括的是电压降低指令，则处理进行到步骤S15。如果所包括的是电压增加指令，则处理进行到步骤S16。
在步骤S15，解码器电路14生成灵敏度调节信号S_0，以响应包括在调节开始信号中的指令(电压降低指令)，并且将其提供给PWM占空比控制电路15。响应作为电压降低指令的灵敏度调节信号S_0，PWM占空比控制电路15将用于确定电荷泵切换脉冲宽度的代码级降低一级。该代码编号得到保持。在本实施例中，假定切换脉冲宽度随着代码编号的减少而减小。换句话说，随着代码编号的减少，设定中的输出电压也降低。PWM占空比控制电路15生成对应于降低一级的代码编号的偏置电压控制信号S_1，并且将其提供给PWM电路16。
在步骤S16，图7中的解码器电路14生成灵敏度调节信号S_0，以响应包括在调节开始信号中的指令(电压增加指令)，并且将其提供给PWM占空比控制电路15。响应作为电压增加指令的灵敏度调节信号S_0，PWM占空比控制电路15将代码编号的级增加一级。并且该代码编号得到保持。PWM占空比控制电路15生成对应于上升一级的代码编号的偏置电压控制信号S_1，并且将其提供给PWM电路16。电荷泵电路18生成对应于来自PWM电路16的时钟脉冲的偏置电压，这与上述的灵敏度调节操作一样。
在步骤17，灵敏度调节装置20判断灵敏度是否位于公差范围内。如果判断的结果是不满足预定灵敏度，则处理返回到执行偏置电压的提升(或降低)。如果满足预定灵敏度，则处理进行到步骤S18。
在步骤S18，在对电容麦克风2满足指定灵敏度的判断的基础上，控制信号生成电路24生成用以保持偏置电压的指令，即设定值保持指令(写指令)，并且将其输出到解码器电路14。响应经由控制信号输入端9进行提供的写指令，解码器电路14将用于存储对应于当前偏置电压的信息的信号作为设定值(图7中的信号M1)输出到存储器件12。响应该信号M1，存储器件12从PWM占空比控制电路15接收对应于由PWM占空比控制电路15所保持的当前偏置电压的信息，也就是代码编号，并且将其作为设定值写入。另外在该结构中，正常操作与图3中的电路一样，因此这里省去了对它的讲述。
第一实施例的麦克风单元具有将由放大电路3所放大的信号从第三节点N3输出的结构，但是这并没有限制本发明的输出端。图9为框图，示出了在第一实施例的可移动装置中的麦克风单元的另一结构。如图9所示，麦克风单元包括输出端8，其连接到该结构中的第四节点N4。这样，麦克风单元具有如下结构，即从麦克风单元2输出的输出电压经由第四节点N4被输出到输出端8。
(第二实施例)图10为框图，示出了本发明的第二实施例。在根据第二实施例的麦克风单元中，存储电路与第一实施例中的不同。第二实施例的存储单元30包括多个存储区域，即第一存储区域30-1至第N存储区域30-N(N2或更大的自然数)。多个存储区域中的每一个存储对应于不同灵敏度的设定值。
图10为框图，示出了根据本发明第二实施例的灵敏度调节中的结构。在根据第二实施例的灵敏度调节装置20中，参考电压模块25与第一实施例不同。参考电压保持模块25存储多个参考电压值。为简化对本实施例的理解，图10中的参考电压模块25包括两个参考电压，但是这并没有限制本发明中参考电压保持模块25的结构。
图11为流程图，示出了第二实施例的灵敏度调节操作。在下面的讲述中，使用其中麦克风单元能够切换两个灵敏度即第一和第二灵敏度的装置作为例子。
在步骤S21，执行对应于第一灵敏度的灵敏度调节操作。该灵敏度调节操作基本上与图6所示的第一实施例一样。不过，在第二实施例中，当执行第一灵敏度调节操作时，在灵敏度调节电路20中对参考电压模块中的第一参考电压和麦克风单元的输出电压进行比较。这里假定存储在参考电压模块中的第一参考电压对应于第一灵敏度。
在步骤S22，确定根据第一参考电压的第一设定值。该设定值作为用于第一灵敏度的设定值存储在电压馈送电路1的存储器件30的第一区域中。在第二实施例中，处理进行到下一步S23，以确定对应于第二灵敏度的设定值。
在步骤S23，执行对应于第二灵敏度的灵敏度调节操作。该灵敏度调节操作基本上与图6所示的第一实施例一样。在步骤S23，当执行第二灵敏度调节操作时，对参考电压模块中的第二参考电压和麦克风单元的输出电压进行比较。这里假定存储在参考电压模块中的第二参考电压对应于第二灵敏度。
在步骤S24，确定根据第二参考电压的第二设定值。该设定值作为对应于第二灵敏度的设定值被存储在存储电路30的第二区域中。
这样，在第二实施例的灵敏度调节操作中分别确定了基于第一参考电压的第一设定值和基于第二参考电压的第二设定值。第一和第二设定值分别被存储在存储电路30的不同区域中。
如上所述，安装在第二实施例的麦克风单元中的电压馈送电路1具有存储电路30。电压馈送电路1能够在存储电路30的多个存储区域中存储对应于不同灵敏度的设定值。这样，即使组成麦克风单元的每一个元件具有制造离差，电压馈送电路1也能生成对应于制造离差的偏置电压。另外，即使其中安装有麦克风单元的装置需要具有支持多个灵敏度的性能，多个灵敏度也可以由一个电容麦克风2来支持。
现在来讲述存储有对应于第一灵敏度和第二灵敏度的设定值的麦克风单元的操作。第二实施例中麦克风单元响应被驱动的其中安装有麦克风单元的装置(移动终端)开始操作。在下面的讲述中，使用其中本实施例的麦克风单元是对第一灵敏度(低灵敏度)和第二灵敏度(高灵敏度)进行切换操作的装置的情况作为例子。
这里讲述的灵敏度的数目是2，但是这只是简化对本发明的理解，并没有限制本发明的麦克风单元能够切换的灵敏度的数目。用于切换灵敏度的灵敏度切换信号能够从灵敏度调节端9输入到电压馈送电路。
在第二实施例的麦克风单元中，在操作开始后灵敏度立即被初始设定为第一设定值或第二设定值。换句话说，当操作开始时，指定了存储电路30的预定区域。并且其存储内容被输出到PWM占空比控制电路。在操作开始后，根据初始设定的设定值，偏置电压控制信号立即被提供给电压生成电路11。电压生成电路11将预定偏置电压施加到电容麦克风上。
当灵敏度切换信号被输入到灵敏度调节端9时，根据灵敏度切换信号来指定存储电路的不同区域。当存储电路的读取区域根据灵敏度切换信号而发生改变时，读取到PWM占空比控制电路15的设定值也发生改变。由于到PWM占空比控制电路15的设定值发生改变，因此偏置电压控制信号也发生改变。根据偏置电压控制信号的改变，电压生成电路生成对应于第二灵敏度的第二偏置电压，并且将其施加到电容麦克风2。这样，就可以在不提供多个麦克风单元的情况下构造出支持多个灵敏度的装置。
另外在第二实施例中，可以将解码器电路14安装在电压馈送电路中，就像图7所示的第一实施例那样。如图7所示的电压馈送电路1可以具有带多个存储区域的存储电路。如图7所示的灵敏度调节装置20能够保持多个参考电压。在这种情况下，当执行灵敏度调节操作时，就会重复图8所示的灵敏度调节操作。确定第一设定值之后，确定第二设定值，这与图11中的一样，因此这里省去了细节。
图12为流程图，示出了当在电压馈送电路中安装了解码器电路时的正常操作。在图12中的步骤S31，解码器电路对驱动麦克风单元的多个灵敏度中的灵敏度进行监视。在开始之后，立即施加了基于初始设定的预定偏置电压，这与上述说明相同。在步骤S32，解码器电路判断是否已经收到经由灵敏度调节端9输入的灵敏度切换信号。如果判断的结果是还没有收到灵敏度切换信号，则处理返回到开始，并且继续监视灵敏度。如果已经收到灵敏度切换信号，则处理进行到步骤S33。
在步骤S33，解码器电路14输出读取指令，以改变存储器件30的读取区域，进而生成对应于所接收的灵敏度切换信号的偏置电压。PWM占空比控制电路15根据存储于第二存储区域中的设定值来生成PWM占空比控制信号S_1，并且将其输出到PWM电路16。电荷泵电路根据PWM电路的输出生成偏置电压。
如果使用了解码器电路，则可以使用例如用于存储电路30的地址指定信号来作为切换信号。换句话说，通过从灵敏度调节端9输入的地址指定信号和用于选择对应于该地址的区域的解码电路，可以将设定值从存储电路读到PWM占空比控制电路。
(第三实施例)图13为示出了本发明第三实施例的框图。根据第三实施例的电压生成电路11包括电荷泵电路33的后一级中的电荷泵级数切换电路34。第三实施例的电压控制电路10包括存储器件31和用于控制存储器件31和电荷泵级数切换电路34的级数切换控制电路32。
如图13所示的电荷泵电路33是包括有多个输出端的电荷泵电路。电荷泵电路33的多个输出端连接到电荷泵级数切换电路34。
安装在第三实施例的电压控制电路10中的级数切换控制电路32是一种控制电路，用于指示电荷泵级数切换电路34根据经由灵敏度调节端9进行输入的控制信号来切换电荷泵电路33的级数。
图14为电路图，示出了根据第三实施例的电荷泵电路33的结构例子。如图14所示，根据第三实施例的多级电荷泵电源电路33包括多个输出端。在图14中，示出了包括有两个输出端的多级电荷泵电源电路33作为例子，这只是为简化对本发明的理解，但是这并没有限制本发明的电荷泵电路33的输出端的数目。
电荷泵电路33的多个输出端能够输出对应于除了最后一级的其它任一级的电压。
图15为电路图，示出了根据第三实施例的连接到电荷泵电路33的电荷泵级数切换电路34的结构。如图15所示，电荷泵级数切换电路34包括连接到级数切换控制电路32的触发器电路，以及用于控制电荷泵电路33的输出级的晶体管(34-1、34-2)。如图15所示的节点N5连接到级数切换控制电路32。如图15所示的电荷泵级数切换电路34对应于上述的电荷泵电路33(如图14所示)。因此，电荷泵级数切换电路34根据经由节点第N5输入的级数切换指令来执行用于切换两个灵敏度的操作。这里，如果有三种或更多种灵敏度被切换，则如图15所示的电荷泵级数切换电路34被改变成包括有多路复用电路的结构，并且三种或更多种输出级数可以被有选择地切换。
图16为示出了根据第三实施例的灵敏度调节的结构的框图。如图16所示，第三实施例的灵敏度调节装置20包括连接到比较电路22的参考输入保持模块26。该参考输入保持模块26进一步包括多个参考电压存储区域(26-1至26-N)，并且将参考电压存储在每一个区域中。如图16所示的参考电压模块26包括用于接收参考电压切换指令的连接端。响应从该连接端输入的指令，参考电压模块26能够有选择地将参考电压改变为任一目标参考电压。
图17为示出了根据第三实施例的灵敏度调节的结构的流程图。下面来讲述第三实施例的麦克风单元的灵敏度调节操作。在图17中，正像第二实施例那样，讲述了针对两个灵敏度即第一灵敏度和第二灵敏度的灵敏度调节操作。
在步骤S41，执行了对应于第一灵敏度的灵敏度调节操作。该灵敏度调节操作基本上与第二实施例相同。在第三实施例中，用于PWM占空比控制电路的设定信号和用于为级数切换控制电路指定电荷泵级数的信号从灵敏度调节端9输入。例如，用于指定级数的该信号可以通过参考用于PWM占空比控制电路的设定信号的1位高比特位而实现。参考的高比特位的位数可以根据级数切换的设定而任意改变。根据从灵敏度调节端9输入的级数指定信号，级数切换控制电路将级数切换信号输出到电荷泵级数切换电路。
当执行第一灵敏度调节操作时，在灵敏度调节电路20中对参考电压模块中的第一参考电压和麦克风单元的输出电压进行比较。这里假定存储在参考电压模块中的第一参考电压对应于第一灵敏度。在第三实施例中，必须设定电荷泵的级数，因此优选情况下，灵敏度调节的初始值是从灵敏度0或最大值开始。
在步骤S42，设定了电荷泵的级数，使得输出电压最接近于第一参考电压。在确定电荷泵的级数之后，根据级数确定用于PWM控制电路的第一设定值。该级数和设定值作为对应于第一灵敏度的级数和设定值，被存储在电压馈送电路1的存储器件30的第一区域中。在第三实施例中，处理进行到下一步，即S43，以确定对应于第二灵敏度的设定值。
在步骤S43，执行对应于第二灵敏度的灵敏度调节操作。在该灵敏度调节操作中，确定电荷泵的级数和用于PWM占空比控制电路的设定值，正像在上述的第一灵敏度操作那样。在步骤S43，当执行第二灵敏度调节操作时，对参考电压模块中的第二参考电压和麦克风单元的输出电压进行比较。这里假设参考电压模块所存储的第二参考电压对应于第二灵敏度。
在步骤S44，确定基于第二参考电压的电荷泵级数和第二设定值。该级数和设定值作为对应于第二灵敏度的级数和设定值被存储在存储电路31的第二区域中。
在第三实施例的麦克风单元中，当开始操作时指定了存储电路30的预定区域，并且其存储内容被输出到级数切换设定电路和PWM占空比控制电路。因此，选择基于初始值的电荷泵级数和PWM占空比控制信号。在操作开始之后，根据初始设定的设定值的偏置电压控制信号被提供给电压生成电路11。电压生成电路11将预定偏置电压施加到电容麦克风上。
当灵敏度切换信号被输入到灵敏度调节端9时，根据灵敏度切换信号指定了存储电路的不同区域。当存储电路的读取区域根据灵敏度切换信号而发生改变时，读取到级数切换电路和PWM占空比控制电路15的设定值也发生改变。由于到PWM占空比控制电路15的设定值发生改变，因此偏置电压控制信号也发生改变。根据偏置电压控制信号的改变，电压生成电路生成对应于第二灵敏度的第二偏置电压，并且将其施加到电容麦克风2上。这样，在没有安装有多个麦克风单元的情况下也能够构建支持多个灵敏度的装置。
在本实施例中，不仅提供到电荷泵的时钟占空比，而且电荷泵的级数也得到切换。与通过控制时钟占空比来改变的偏置电压的宽度相比，通过改变电荷泵的级数而改变的电压的宽度是极其宽的。因此，根据本实施例，能进行非常宽的灵敏度调节，并且可以以高精度的灵敏度实现正常使用。
另外对于第三实施例，可以使用添加了解码器电路14的结构，正像第一和第二实施例那样。在这种情况下，上述的控制操作可过解码器电路来控制。可以使用如图7所示的类似结构来作为电压馈送电路1。可以为图7所示的电路添加电荷泵级数切换电路和级数切换控制电路。如图8所示的灵敏度调节操作被应用到如图17所示的灵敏度调节操作。
图18为流程图，示出了当加上解码器电路时的麦克风单元的操作。在开始后立即进行的操作中，执行了初始设定，以选择一定的设定值，正像第二实施例那样。
在图18的步骤S51，解码器电路14监视多个灵敏度中的哪一个正在驱动麦克风单元。在步骤S52，解码器电路14判断是否已经接收到经由灵敏度调节端9而输入的灵敏度切换信号。如果判断的结果是还没有收到灵敏度切换信号，则处理返回到开始，以继续监视灵敏度。如果已经接收到灵敏度切换信号，则处理进行到步骤S53。
在步骤S53，解码器电路14输出灵敏度切换指令，以便存储器件31在切换后将对应于该灵敏度的设定值提供给PWM占空比控制电路15。在步骤S54，存储器件31根据灵敏度切换指令，将对应于切换后的灵敏度的设定值提供给PWM占空比控制电路15。此时，存储器件31将设定值输出到级数切换控制电路32。PWM占空比控制电路15根据该信号生成PWM占空比控制信号S_1，并且将其输出到PWM电路16。PWM电路16改变响应PWM占空比控制信号S_1而生成的时钟脉冲的脉冲宽度，并且将其提供给电荷泵电路33。此时，级数切换控制电路32生成响应输出的设定值生成级数切换信号，并且将其提供给电荷泵级数切换电路34。电压生成电路11根据由电荷泵级数切换电路34所确定的电荷泵输出级数，以及当使用该输出级数时的时钟脉冲宽度，将由多级电荷泵电源电路33所生成的偏置电压施加到电容麦克风2上。
(第四实施例)现在参考附图来讲述本发明的第四实施例。图19为框图，示出了当在集成型麦克风装置中创建本发明的麦克风单元时的结构。如图19所示，当麦克风单元创建于集成型麦克风装置中时，集成型麦克风装置40包括多个端(T1、T2、T4和T5)。T1端是控制信号输入/输出端，其连接到电压馈送电路1的控制信号输入端9(图中未示出)。T2端是电源端，其连接到第一节点N1(图中未示出)和放大电路3。T4端是输出端，其对应于输出端8。T5端是接地端。如图19所示，集成型麦克风装置40包括电阻器6，其安装于结构中的放大电路3和T5端之间。T4端连接到安装于电阻器6和放大电路3之间的节点上。集成型麦克风装置40响应输入到电容麦克风2的语音信号，从T4端输出输出电压。
图20为框图，示出了第四实施例的集成型麦克风装置的另一结构。如图20所示的集成型麦克风装置41的结构中具有T7端。T7端是对应于图8所示电路的输出端8的输出端。其它端T1、T2和T5与图19所示的麦克风装置相同。如图20所示，集成型麦克风装置41的电阻器6安装于结构中的放大电路3和T2端之间。T7端连接到安装于电阻器6和放大电路3之间的节点上。集成型麦克风装置41响应输入到电容麦克风2的语音信号，从T7端输出输出电压。
通过使用包括有多个端的集成型麦克风装置这种方式来构建麦克风单元，就可以创建通用目的的麦克风装置。本发明的麦克风单元在制造后可以执行适当的灵敏度调节，所以即使麦克风单元被应用到各种设备上，也不需要改变每一种设备的设计，并且能够获得要求的性能。
在上述实施例中，通过增加外部电源的电压作为例子来使用电源馈送电路，但是在本发明中，如果外部电源具有较高电压，则可以使电压下降。在这种情况下，在由存储电路所设定的条件下的偏置电压可以通过使用电压下降电路来设定。已经讲述了当外部电源是一个电源的情况，但是通过把用于将偏置电压施加到传感器上的电源分开使用，可以使用两电源系统。这是可能的，无论接收外部输出的方法如何。
上面使用传感器，特别是振动传感器(电容麦克风)作为例子，讲述了本发明的电源电路，但是本发明的电源电路的应用并不限于电容麦克风。例如，本发明可以有效地用于例如使用半导体器件的其它声压传感器，用于检测电容的位移，而其工作的原理与电容麦克风相同。本发明对于位移检测型振动传感器也是很有效的，特别是用于检测电容改变的那种。另外，本发明的电源电路可以应用于能够通过DC偏置电压来改变输出的其它传感器，诸如温度传感器和光学传感器件等。上述的实施例可以结合起来实施，只要操作不会发生冲突。
很明显，本发明并不限于上述实施例，并且在不偏离本发明的范围和精神的情况下，可以对其进行修正和更改。
权利要求
1.一种电压馈送电路，包括电压控制电路，用于根据基于传感器的偏置电压的设定值来输出偏置电压控制信号；以及电压生成电路，用于根据偏置电压控制信号来生成施加到传感器的偏置电压。
2.如权利要求1所述的电压馈送电路，其中电压控制电路包括用于保持设定值的存储电路。
3.如权利要求2所述的电压馈送电路，其中存储电路响应输入到电压控制电路的灵敏度调节端的设定值保持信号来存储该设定值。
4.如权利要求1所述的电压馈送电路，其中电压生成电路包括PWM电路，用于根据偏置电压控制信号来输出时钟脉冲；以及电荷泵电路，用于根据由PWM电路输出的时钟脉冲来生成偏置电压。
5.如权利要求2所述的电压馈送电路，其中电压生成电路包括PWM电路，用于根据偏置电压控制信号来输出时钟脉冲；以及电荷泵电路，用于根据由PWM电路输出的时钟脉冲来生成偏置电压。
6.如权利要求1所述的电压馈送电路，其中电压控制电路根据经由电压控制电路的灵敏度调节端输入的灵敏度调节信号来生成偏置电压控制信号。
7.如权利要求2所述的电压馈送电路，其中电压控制电路根据经由灵敏度调节端输入的灵敏度调节信号来生成偏置电压控制信号。
8.如权利要求5所述的电压馈送电路，其中电压控制电路包括PWM占空比控制电路，用于根据经由电压控制电路的灵敏度调节端输入的灵敏度调节信号来生成偏置电压控制信号。
9.如权利要求2所述的电压馈送电路，其中存储电路存储多个设定值，并且电压控制电路根据灵敏度切换信号来从多个设定值中选择一任意设定值，并且输出与选择的设定值相对应的偏置电压控制信号。
10.如权利要求3所述的电压馈送电路，其中存储电路存储多个设定值，并且电压控制电路根据灵敏度切换信号来从多个设定值中选择一任意设定值，并且输出与选择的设定值相对应的偏置电压控制信号。
11.如权利要求6所述的电压馈送电路，其中存储电路存储多个设定值，并且电压控制电路根据灵敏度切换信号来从多个设定值中选择一任意设定值，并且输出与选择的设定值相对应的偏置电压控制信号。
12.如权利要求7所述的电压馈送电路，其中存储电路存储多个设定值，并且电压控制电路根据灵敏度切换信号来从多个设定值中选择一任意设定值，并且输出与选择的设定值相对应的偏置电压控制信号。
13.如权利要求5所述的电压馈送电路，其中电压生成电路进一步包括电荷泵级数切换电路，用于切换电荷泵电路的升压级数。
14.一种麦克风单元，包括；麦克风，其被施加偏置电压；电压生成电路，用于提升电源电压并且根据偏置电压控制信号来生成偏置电压；以及电压控制电路，用于根据偏置电压的设定值来输出偏置电压控制信号。
15.如权利要求14所述的麦克风单元，其中电压控制电路进一步包括存储电路，用于存储偏置电压的设定值。
16.如权利要求15所述的麦克风单元，其中存储电路存储偏置电压的多个设定值。
17.如权利要求14所述的麦克风单元，其中电压控制电路根据输入到灵敏度调节端的信号来存储偏置电压的设定值。
18.如权利要求15所述的麦克风单元，其中电压控制电路根据输入到灵敏度调节端的信号来存储偏置电压的设定值。
19.一种用于包括电容麦克风、放大器电路和电压馈送电路的麦克风单元的灵敏度调节方法，其中电压馈送电路根据设定值向电容麦克风提供偏置电压，该方法包括检测参考电压和电容麦克风的输出电压之差；输出灵敏度调节指令；根据灵敏度调节指令调节输出电压；以及将对应于调节的输出电压的控制信号作为设定值进行存储。
20.如权利要求19所述的灵敏度调节方法，其中当参考电压和电容麦克风的输出电压之差处于公差范围之内时，输出电压被确定为调节的输出电压。
21.如权利要求19所述的灵敏度调节方法，进一步包括切换参考电压；以及输入对应于切换的参考电压的声音信号。
22.一种用于包括电容麦克风和电压馈送电路的麦克风单元的灵敏度调节装置，其中电压馈送电路根据一设定值向电容麦克风提供偏置电压，该装置包括比较器，其对电容麦克风的输出电压和参考电压进行比较；以及控制指令生成电路，其输出用于根据参考电压来调节电容麦克风的输出电压的灵敏度调节指令和输出用于根据调节的输出电压来存储设定值的存储指令。
全文摘要
电压馈送电路包括电压控制电路，用于根据基于传感器的偏置电压的设定值来输出偏置电压控制信号，以及电压生成电路，用于根据偏置电压控制信号来生成施加到传感器的偏置电压。
文档编号G05F1/56GK1770926SQ20051009055
公开日2006年5月10日 申请日期2005年8月17日 优先权日2004年8月17日
发明者木下博茂 申请人:恩益禧电子股份有限公司