用于mems电容性换能器的低噪声放大器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于放大来自MEMS电容性换能器的信号的方法和装置，且具体而言， 涉及基于超级源极跟随器的低噪声前置放大器的使用。
【背景技术】
[0002] 图1不出一个MEMS麦克风2、一个相关联的放大器4和偏置电路系统6。通过电 荷栗8提高从供应电压Vdd导出的稳定电SVr，以利用一个适当的电压Vep，例如12V，来偏置 电容性换能器2 (Cmems)的一个端子。电容性换能器2的另一个端子经由一个非常高的阻抗 10(例如，IOGQ量级的阻抗）偏置至另一个固定的电压，通常是地。可以用于产生此阻抗的 部件类型的一个实例是多晶硅二极管网络。入射在电容性换能器2上的声学波将导致一个 电极板移位，因此改变其与另一个电极板之间的间隔，因此改变电极间的电容。由于仅经由 一个非常高的阻抗偏置电容性换能器2的第二端子，因此电容中的这些改变导致一个信号 电压Vin出现在输入端子处。通常，电容性换能器2具有Ipf量级的电容并且由输入端子处 的平均声级产生的信号电压是IOmVrms的量级。因此，为了驱动呈现例如500pf的电缆和 IOkQ输入阻抗的负载的任何后续电路系统，在该小的信号没有显著衰减的情况下，需要一 个低输入电容和低噪声前置放大器4。
[0003] 前置放大器通常包括差动输入级。然而，对于一些应用，尤其是对于低功率比绝对 性能更重要的应用，简单的前置放大器可能比常规差动输入级更合适，所述常规差动输入 级例如对于相同的噪声性能可能需要一个相对大功率的消耗。
[0004] 简单的固定增益低噪声放大器的一个实例是包括一个MOS晶体管的A类源极跟随 器，其中所述MOS晶体管的栅极耦合至MEMS换能器且MOS晶体管的源极耦合至放大器输出 和一个恒流偏置源。然而，该实例在失真电线性方面并不理想且浪费功率。而且，通过对流 经所述MOS晶体管的电流的类似调制来提供被递送至连接到放大器输出负载阻抗的电流 的信号分量，导致所述MOS晶体管的栅极-源极电压中的信号相关变化。这产生输出信号 的负载相关衰减，该衰减对于大的输出信号摆动还变得明显非线性，导致输出信号失真。换 句话说，源极跟随器的非零输出阻抗产生一个负载相关增益并且该输出阻抗的信号相关性 引入大输出信号的失真。可以通过使用较高的偏置电流来减小输出阻抗，但是这引起不期 望的较高功率消耗。
[0005] 虽然比包括差动输入级的放大器简单且功率低，但是常规源极跟随器放大器具有 一个内在的接近于1或更小的固定增益。这样的源极跟随器放大器的增益不容易被调整， 虽然可能期望补偿在换能器敏感性方面各部分之间的制造变化，或提供一个增益调整来匹 配特定下游电路系统的动态范围或用于使用期间的增益调整。
【发明内容】
[0006] 本发明的实施方案涉及用于MEMS电容性换能器的放大器电路，该放大器电路至 少部分地减缓上文提到的缺点中的至少一些。
[0007] 根据本发明，提供一种放大器电路，该放大器电路在一个输入节点处接收来自 MEMS换能器的输入信号并且在一个输出节点递送一个经放大的输出信号，所述放大器电路 包括：一个输出级，所述输出级具有一个连接至所述输出节点的输出；一个输入级，所述输 入级包括一个第一晶体管，所述第一晶体管的栅极节点连接至所述输入节点，所述第一晶 体管的源极节点连接至所述输出节点且所述第一晶体管的漏极节点连接至所述输出级的 一个输入；一个电流源，所述电流源被配置为将一个电流递送至所述第一晶体管的漏极节 点，其中所述电流源被一个偏置控制节点处的一个偏置控制电压所控制；以及一个反馈阻 抗网络，包括一个第一端口和一个第二端口，所述第一端口连接至所述输出节点且所述第 二端口连接至所述偏置控制节点。
[0008] 所述反馈阻抗网络可以在所述第一端口和所述第二端口之间包括至少一个第一 电容器。
[0009] 所述反馈阻抗网络可以具有一个第三端口，所述第三端口连接至一个参考电压 并且所述反馈阻抗网络可形成一个电势分压器，其中所述第二端口递送一个衰减形式 (attenuatedversion)的输出信号，在该情况下，反馈阻抗网络可以在所述第二端口和所 述第三端口之间包括至少一个第二电容器。在一些实施方案中，电势分压器被配置为一个 可调或可变电势分压器。
[0010] 所述反馈阻抗网络可以包括至少一个电容器和至少一个电阻器。在一些实施方案 中，所述反馈阻抗网络包括一个可调电容。
[0011] 所述反馈阻抗网络可以包括多个电容性部件和一个开关网络。所述开关网络被配 置为用于将所述多个电容性部件中的一个或多个选择性地连接至所述第二端口，和/或选 择性地连接至所述第一端口或所述第三端口。在一些实施方案中，所述放大器电路还包括 一个开关控制器和至少一个数字存储元件，其中所述开关控制器可以被配置为基于所述数 字存储元件的内容来控制所述开关网络。所述数字存储元件可以包括非易失性存储器。
[0012] 在一些实施方案中，所述偏置控制节点经由一个高阻抗结构连接至一个偏置电 压，其中所述高阻抗结构可以包括至少一个多晶硅二极管。所述放大器电路包括一个在高 阻抗结构的两端之间的开关。
[0013] 在一些实施方案中，所述电流源是一个第二晶体管，所述第二晶体管的漏极节 点连接至所述第一晶体管的漏极节点，所述第二晶体管的栅极节点或其主体节点（body node)连接至所述偏置控制节点，且所述第二晶体管的源极节点连接至一个参考电压。
[0014] 在一些实施方案中，所述输出级包括一个第三晶体管，其中所述第三晶体管的漏 极节点连接至所述输出节点，所述第三晶体管的源极节点连接至一个参考电压，且所述第 三晶体管的栅极节点连接至所述输出级的输入节点。
[0015] 在一些实施方案中，所述放大器电路还可以包括耦合在一个供应电压（supply voltage)和所述输出节点之间的一个电路元件。所述电路元件可以包括被配置作为一个恒 定电流源的电阻器或第四晶体管。
[0016] 在一些实施方案中，所述第四晶体管的漏极节点连接至所述输出节点，所述第四 晶体管的源极节点连接（connect)至所述供应电压，且所述第四晶体管的栅极节点耦合 (couple)至所述输出级的所述输入节点，以提供一个AB类（ClassAB)输出配置。
[0017] 在一些实施方案中，所述第四晶体管的漏极节点连接至所述输出节点，所述第四 晶体管的源极节点连接至所述供应电压，且所述第四晶体管的栅极节点耦合至一个第五晶 体管。所述第五晶体管的栅极节点和漏极节点親合至反相输出增益级（invertingoutput gainstage)的输入，以改变所述第四晶体管对所述输出级的所述输入处的电压的依赖性 (dependence)〇
[0018] 所述输出级可以是一个反相输出增益级。
[0019] 所述放大器电路可以被实施为一个集成电路。在一些实施方案中，所述MEMS换能 器可以与所述放大器电路一起形成在一个单片集成电路基底上。所述MEMS换能器可以是 一个MEMS麦克风。所述集成电路可以被封装。
[0020] 本发明的实施方案可以用在电子设备中，所述电子设备可以是以下中的至少一 个：便携式设备、电池供电设备、计算设备、通信设备、声频设备、个人媒体播放器、游戏设 备、移动电话、膝上型电脑以及平板计算设备。
[0021] 在本发明的另一个方面，提供一种放大来自换能器的输入信号且将经放大的输出 信号递送至一个输出节点的方法，该方法包括：
[0022] 在第一晶体管的栅极端子接收所述输入信号，其中
[0023] 所述第一晶体管的源极节点连接至所述输出节点且所述第一晶体管的漏极节点 连接至一个输出级的一个输入，所述输出级具有一个连接至所述输出节点的一个输出，
[0024] 将来自一个电流源的电流递送至所述第一晶体管的漏极节点，以及
[0025] 通过经由一个反馈阻抗网络将所述输出信号馈送回一个偏置控制节点，用所述偏 置控制节点处的偏置控制电压控制所述电流源。
[0026] 可以以上文关于发明的第一方面所描述的变体中的任何一个来实施所述方法。
[0027] 发明的另一个方面，提供一种放大器电路，该放大器用于放大来自换能器的输入 信号以在一个输出节点处提供一个输出信号，所述放大器电路包括：
[0028] -个超级源极跟随器电路（supersourcefollowercircuit)，包括：
[0029] -个输入晶体管，被配置为由所述输入信号驱动，以及
[0030] -个电流参考晶体管，与所述输入晶体管串联连接，被配置为从一个偏置控制节 点被驱动从而为所述输入晶体管提供一个电流参考，其中
[0031] 所述偏置控制节点被配置为接收一个偏置电压以在所述偏置控制节点上提供一 个静态电压（quiescentvoltage);以及
[0032] -个反馈路径，该反馈路径在所述输出节点和所述偏置控制节点之间，所述反馈 路径包括一个阻抗网络，所述阻抗网络被配置为将所述输出信号的至少一部分叠加到所述 偏置控制节点上的所述静态电压上。
[0033] 在一些实施方案中，所述放大器电路包括一个偏置阻抗，所述偏置阻抗被配置为 将一个偏置电压耦合至所述偏置控制节点上以在所述偏置控制节点上提供所述静态电压。
[0034] 在本发明的另一个方面，提供一种放大器电路，该放大器电路用于放大来自换能 器的输入信号以在一个输出节点处提供一个输出信号，所述放大器电路包括：
[0035] 一个超级源极跟随器电路，该超级源极跟随器电路还包括一个电路系统，该电路 系统被配置为基于所述输出信号调制被施加至一个输出晶体管的电流。
[0036]在本发明的另一个方面，提供一种放大器电路，该放大器电路用于放大来自换能 器的输入信号以在一个输出节点处提供一个输出信号，所述放大器电路包括：
[0037] -个超级源极跟随器电路，该超级源极跟随器电路具有一个可控增益。
[0038] 在本发明的另一个方面，提供一种放大器电路，该放大器电路用于放大来自换能 器的输入信号以在一个输出节点处提供一个输出信号，所述放大器电路包括：
[0039] 一个超级源极跟随器电路，该超级源极跟随器电路具有大于1的增益。
[0040] 在一些实施方案中，所述放大器电路可以包括一个开关网络，所述开关网络被配 置为控制将所述输出信号的一部分反馈回所述偏置控制节点以控制所述增益。
[0041] 在本发明的另一个方面，提供一种放大器电路，该放大器电路用于放大来自换能 器的输入信号以在一个输出节点处提供一个输出信号，所述放大器电路包括：
[0042] 一个超级源极跟随器电路。
[0043] 在本发明的另一个方面，提供一种放大器电路，该放大器电路用于放大来自换能 器的输