MEMS麦克风前置放大器的制作方法

本发明涉及领域，特别是涉及一种mems麦克风前置放大器。

背景技术

麦克风的工作原理是声压引起电容传感器的电容变化，传统驻机体麦克风，将电荷注入到麦克风一个电极板上(该电极板是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层金属薄膜。然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通)，电荷不能流动，当声压引起驻机体电容变化时，极板上电压发生变化，由节型场效应晶体管(jfet)放大器读出电压信号。mems传感器麦克风是金属电极板，电荷无法固定在电极板上不流动。mems传感器一个基板连接到一个固定电压上，另一基板接到一个前置放大器上。如图1所示，为了提高灵敏度，mems传感器需要连接到一个10v左右偏置电压上。这样需要mems传感器前置放大器需要包含另外一个dc-dc升压器，从1.8v左右电源上来产生10v左右电压，通过大电阻r1偏置mems传感器。当声压引起mems传感器电容变化时，mems传感器由于大串联电阻(r1+r2)，mems传感器电容上电荷基本上没有变化，声压从而引起mems传感器上电压信号变化。

mems传感器的这种前置放大器存在下面一些问题，dc-dc升压电路占很大面积，芯片成本高；dc-dc升压电路需要一个振荡器，产生的高偏置电压源有很高噪声；dc-dc升压器需要一定时间来产生大的偏置电压，麦克风起动速度慢；dc-dc升压器噪声直接耦合到输入端，信噪比(snr)变低，抗电源纹波干扰可能变差；同时，mems需要大的偏置电阻，声压大电压信号变化大，偏置电阻减小或非线性变化，引起高级谐波干扰信号，或频响变差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种mems麦克风前置放大器，成本低，噪声小，电源电压抑制比高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种mems麦克风前置放大器，包括：第一电容、第一电阻、频率解调电路和输出缓冲器，所述第一电阻与所述第一电容构成rc振荡器，所述频率解调电路的一个输入端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述频率解调电路的另一个输入端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地，所述频率解调电路的输出端与所述输出缓冲器的输入端连接。

可选的，所述频率解调电路包括：放大器、低通滤波器、压控振荡器和除法器；

所述放大器的一个输入端与所述第一电容的一端连接，所述放大器的另一个输入端与所述第一电阻的一端连接，所述放大器的输出端依次连接压控振荡器和除法器；所述低通滤波器连接于所述放大器与所述压控振荡器之间，所述输出缓冲器与所述低通滤波器连接。

可选的，所述低通滤波器包括第二电阻、第二电容和第三电容；所述第二电阻的一端与所述放大器的输出端连接，所述第二电阻的另一端与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端接地，所述第三电容的一端与所述放大器的输出端连接，所述第三电容的另一端接地，所述输出缓冲器与所述第二电阻的另一端连接。

可选的，所述mems麦克风前置放大器还包括：第四电容、第一电流源和第二电流源，所述第一电流源的一端与所述第二电流源的一端连接，所述第一电流源的另一端与所述第四电容的一端连接，所述第四电容的另一端接地，所述第二电流源的另一端与所述第一电阻的一端连接。

可选的，所述mems麦克风前置放大器还包括：第五电容、第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的一端与所述第四电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与所述第五电容的一端连接，所述第五电容的另一端接地，所述第四电阻的另一端与所述第一电阻的一端连接。

可选的，所述mems麦克风前置放大器还包括：第一开关、第二开关、第一反相器和第二反相器；

其中，所述第一开关与所述第二开关串联后与所述第四电容并联，所述第一电容的一端连接于所述第一开关与所述第二开关的连接线上，所述第一电容的另一端接地；

所述第一反相器的输入端与所述除法器的输出端连接，所述第一反相器与所述第二反相器串联，所述第二反相器的输出端控制所述第二开关的开启和关闭，所述第一反相器的输出端控制所述第一开关的开启和关闭。

可选的，所述第一电容为mems电容器。

可选的，所述rc振荡器为驰张振荡器，振荡频率为0.1-10mhz。

可选的，所述第一电阻的阻值为160kω-200kω。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明用mems传感器电容和电阻组成振荡器，用频率锁定环路(fll)作为频率调制解调电路来解调出电压信号，该电压信号对应声压变化引起的mems传感器电容变化，从而引起的振荡器频率变化。本发明提供的放大器不需要dc-dc升压电路产生高压，也不需要mems传感器通过大的偏置电阻连接到一个偏置电压上，成本低，噪声小，而且还能够提高电源电压抑制比(psrr)。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统mems麦克风传感器前置放大器；

图2为本发明mems麦克风前置放大器的实施例1的结构连接图；

图3为本发明mems麦克风前置放大器的实施例2的结构连接图；

图4为本发明mems麦克风前置放大器的实施例3的结构连接图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种mems麦克风前置放大器，成本低，噪声小，电源电压抑制比高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

图2为本发明mems麦克风前置放大器的实施例1的结构连接图。如图2所示，所述mems麦克风前置放大器包括：可调电容c1、电阻r1、频率解调电路(fll)和输出缓冲器，mems作为可调电容c1与电阻r1构成rc振荡器，频率解调电路(fll)的一个输入端与可调电容c1的一端连接，可调电容c1的另一端接地，频率解调电路的另一个输入端与电阻r1的一端连接，电阻r1的另一端接地，频率解调电路的输出端与输出缓冲器连接。

根据驰张振荡器(relaxationoscillator)原理，利用mems传感器电容和前置放大器内部电阻，组成驰张振荡器，该振荡器振荡频率不随电源电压vcc变化，振荡频率只由电阻r1和电容c1的rc常数决定，mems传感器电容大约是1pf左右，当声压引起mems传感器电容变化时，驰张振荡器振荡频率变化。可以选择阻值在160kω-200kω左右的电阻，使驰张振荡器振荡在0.1-10mhz范围内，如果能使驰张振荡器振荡在1-5mhz，那么效果会更好。本发明提供的前置放大器，还包含频率锁定电路(fll)，该驰张振荡器振荡信号可以作为参考时钟信号输入到fll，fll调节其环路振荡器(ring-vco)频率，跟随驰张振荡器频率变化，这样，环路振荡器控制电压也随驰张振荡器频率变化来调节环路振荡器，环路振荡器控制电压信号也就和声压信号相一致，fll解调出的环路振荡器控制信号就是对应声压信号。该信号可以再经一级缓冲放大器输出。

将mems传感器用作一个电容(大约1pf)c1，电容c1和电阻r1组成驰张振荡器，通过前置放大器上内部频率解调电路(fll)来解调出驰张振荡器的频率变化，电容c1电容变化引起频率变化，频率解调电路(fll)解调出频率变化对于电压信号，从而来读出声压信号。与传统mems传感器麦克风放大器相比，本发明有下列优点，不需要dc-dc升压电路来产生大的偏置电压，节省芯片面积，同时没有dc-dc电路产生的噪音，不需要大的偏置电阻，同时，驰张振荡器频率不随vdd变化，本发明前置放大器psrr会很高。

实施例2

图3为本发明mems麦克风前置放大器的实施例2的结构连接图；如图3所示，所述mems麦克风前置放大器包括：

可调电容c1、电阻r1、放大器23、低通滤波器、压控振荡器24、输出缓冲器25和除法器26，放大器23的一个输入端与电容c1的一端连接，放大器23的另一个输入端与电阻r1的一端连接，放大器23的输出端依次连接压控振荡器24和除法器26。

低通滤波器包括:电阻r31、电容c12和电容c15；电阻r31的一端与放大器23的输出端连接，电阻r31的另一端与电容c12的一端连接，电容c12的另一端接地，电容c15的一端与放大器23的输出端连接，电容c15的另一端接地，输出缓冲器25与电阻r31的另一端连接。

所述mems麦克风前置放大器还包括：电容c2、电流源i10、电流源i11、第一开关k1、第二开关k2、第一反相器27和第二反相器28。

电流源i10的一端与电流源i11的一端连接，电流源i10的另一端与电容c2的一端连接，电容c2的另一端接地，电流源i11的另一端与电阻r1的一端连接。电流源i10和电流源i11大小一样，给r1、c1(c2)提供偏置电流，让放大器输入电压工作在正常共模电压(common-modevoltage)范围内，大小对电路特性没有影响。c2只是稳定vc1电压，减小clk开关时引起的vc1波动。

另外，第一开关k1与第二开关k2串联后与电容c2并联，电容c1的一端连接于第一开关k1与第二开关k2的连接线上，电容c1的另一端接地。

第一反相器27的输入端与除法器26的输出端连接，第一反相器27与第二反相器28串联，第二反相器28的输出端clkb控制第二开关k2的开启和关闭，第一反相器26的输出端clk控制第一开关k1的开启和关闭。clk和clkb互为反向电压信号。

fll解调电路，参考频率信号到vco控制电压信号输出是低通滤波，可以滤掉高频信号。改变fll环路中除法器的大小，可以调节整个前置放大器的·输出增益。

实施例3

图4为本发明mems麦克风前置放大器的实施例3的结构连接图。与实施例2所不同的是，采用电阻r110和电阻r111代替电流源i10、电流源i11。

clk的频率f由下面公式决定：r110/{1/(f*cm1)}＝r111/r1

因此，f＝(r111/r1)*{1/(r110*c1)}。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。