放大器电路、电容声换能器及电子设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及用于电容声换能器的差分放大器电路、其对应的电容声换能器以及电子设备。
【背景技术】
[0002]众所周知，电容类型的声换能器通常包括感应结构以及电子读取接口，该感应结构被设计为将声压力波转换为电量(特别是电容变化)，该电子读取接口被设计为在所述电量上实施适当的处理操作(其中放大操作)以用于供应电输出信号(例如，电压)。
[0003]通常，感应结构包括膜片或薄膜形式的移动电极，其被布置为以短距离(所谓的“空气间隙”)面向固定电极以形成感应电容器的板，其中电容根据待被检测的声压力波而变化。移动电极通常响应于由入射声波施加的压力是自由移动或经受形变的，以该方式致使感应电容器的电容变化。
[0004]例如，MEMS(微机电系统)电容声换能器是已知的，其中感应结构是微机械类型的，并且使用半导体工业典型的集成微加工技术而制作。
[0005]通过示例，图1示出了已知类型的MEMS声换能器的微机械结构I，其包括例如为硅的半导体材料的结构层或衬底2，在其中腔例如从背面经由化学蚀刻被做出。薄膜或膜片4被耦合至结构层2并且在顶部封闭腔3。薄膜4是柔性的，并且在使用中根据入射声波的压力经受形变。
[0006]刚性板5(通常称为“背板”)经由间隔件6(例如，诸如氧化硅之类的绝缘材料的间隔件)的插入而被布置为朝向薄膜4(在该情况下是在其之上)。刚性板5包括具有可变电容的感应电容器的固定电极，其移动电极由薄膜4构成，并且该刚性板5具有多个孔7，被设计用来使得空气能够向着薄膜4自由流通(将刚性板5效果上呈现为声透明)。
[0007]微机械结构I进一步包括(以未示出的方式)电薄膜和刚性板触点，用于偏置薄膜4和刚性板5并且获得由于由入射声压力波导致的薄膜4的形变造成的指示电容变化的感应信号。通常，这些电触点被布置在裸片的提供微机械结构的表面部分。
[0008]—般地，电容声换能器的感应结构通常经由固定的电荷被电荷偏置。特别地，DC偏置电压通常从电荷栗级被应用(该电压越高，麦克风的灵敏度越大)，并且高阻抗元件(具有在垓欧级，例如在10G Ω与1T Ω之间的阻抗)被插入在电荷栗级与感应结构之间。
[0009]例如，高阻抗元件可以由以背靠背配置布置(S卩，并联连接在一起)的一对二极管提供，使得两个二极管中的一个二极管的阴极端子被连接到另一个的阳极端子，且反之亦然，或者由处于背靠背配置的串联的二极管对提供。针对高于几赫兹的频率，该高阻抗的存在将在感应结构中存储的DC电荷与电荷栗级“绝缘”。
[0010]由于电荷的量被固定，冲击感应结构的移动电极的声信号(声压)调制相对于刚性电极的间隙，产生电容变化以及因此产生电压变化。
[0011]该电压在电子接口中被电子放大器电路所处理，该电子放大器电路需要具有高输入阻抗(以防止在微机械结构中存储的电荷的扰动)，随后被转换至低阻抗信号(被设计为驱动外部负载)。
[0012]图2a示出了放大器电路的可能实施例，其由10指示，在该情况下具有所谓的“单端”类型的单输出。
[0013]作为整体由11指示的电容声换能器的感应结构通过具有电容Cmic的感应电容器12a示意性地表示，该电容根据检测到的声信号而变化，感应电容器12a串联连接到电压发生器12b，其供应感应电压Vsic(在图2中所示的示例中，通常具有正弦波形)。
[0014]通常，考虑到移动电极具有对衬底的高寄生电容(与感应结构的感应电容器的电容可比较)，而刚性电极具有较低的寄生电容，移动电极通常被电连接到第一低阻抗输入端子NI，例如连接到电路的参考接地电压，而刚性电极被电连接到第二输入端子N2，在其上获得指示感应电容器12a的电容变化的感应电压Vsic。
[0015]第二输入端子N2进一步通过第一高阻抗绝缘元件13的插入而被电连接到例如电荷栗偏置级(未在此示出)的偏置级以用于接收偏置电压VCP，该第一高阻抗绝缘元件13由以背靠背配置布置的一对二极管构成。
[0016]放大器电路10进一步包括去耦电容器14和处于缓冲或电压跟随器单端配置的放大器15( S卩，使得其反相输入连接到单输出)。例如，放大器15是A类的，或者是AB类的运算放大器。
[0017]去耦电容器14(其操作以去耦DC分量并且耦合检测到的信号)在第二输入端子N2与放大器15的非反相输入之间被连接，该非反相输入进一步经由第二高阻抗绝缘元件16的插入而从适当的参考发生器级(未在此示出)接收操作电压VCM，该第二高阻抗绝缘元件16由以背靠背配置布置的二极管的相应对构成。
[0018]操作电压V?是DC偏置电压，其被适当地选择以用于设置放大器15的操作点。该操作电压Vcm例如被选择为处于放大器15的供应电压(未示出)与参考接地电压之间的范围中。
[0019]在电容声换能器的操作期间，(AC)感应电压￥51(；因而被叠加在该DC操作电压V?上。
[0020]放大器15根据由电容声换能器的感应结构11所检测到的感应电压Vsic在该单输出OUT上供应输出电压VQUT。在该示例中，输出电压Vqut具有正弦波性，其在幅度上对应于感应电压Vsig(如在图2a中不意性地表不的)。
[0021]图2b示出了益智类型的放大器电路10的另一实施例，在该情况下其也具有单端输出。
[0022]放大器电路10在此包括处于源跟随器配置的MOS晶体管17(以PMOS型作为示例)，其使得其栅端子经由去耦电容器14连接到第二输入端子N2，其源端子在单输出OUT上供应输出电压Vout，并且其漏端子连接到参考接地电压。
[0023]MOS晶体管17的源端子进一步从电流发生器18接收偏置电流Ib，该电流发生器18被连接到处于供应电压Vm的线组。在该情况下，第二绝缘元件16将MOS晶体管17的栅端子耦合到参考接地。
[0024]—般地，单端电路配置呈现了一些缺点，其中对于干扰的任何共模分量的较弱抑制，该干扰例如与时变信号从电源噪声或附近设备的串扰导出。
[0025]为了克服这些缺点，已经提出的是利用定义为“假平衡”或“假差分”的配置来取代单端方案，其由图3a和图3b示出。
[0026]该方案设想放大器电路10包括虚拟电容器19，其由例如为金属-氧化物-金属(MOM)或金属-绝缘体-金属(ΜΠΟ的经典类型的电容器构成，其具有电容Cdum，其标称值基本上等于在待工中(即，没有外部应力)的感应电容器12a的电容Cmic。
[0027]在该情况下，放大器电路10具有前面参照图2a和图2b进行描述的电路元件的准确复制(复制的元件在图3a和图3b中以上撇号得以区分并且不再次进行描述)，以用于在另一输出OUT’上生成DC输出电压Vcmt—DUM，其被设计用来平衡输出电压Vcmt，因而使能排除共模干扰。基本上，一起创建了两个等效的电路路径。
[0028]然而，该方案也并非没有缺点。
[0029]特别地，考虑到感应信号的贡献仅在两个电流路径中的一个路径上呈现，该一个路径即从感应电容器12a到输出OUT的那个路径(从而，放大器电路10的“假”差分性质)，在相同的输出OUT上需要更大的电压摆幅，忒恩施具有两倍于全差分方案的值(其中摆幅的一半可能在输出OUT上呈现并且处于相反相位的摆幅的另一半在另一输出OUT’上)。
[0030]因而需要供应电压Vcc的更高的值，相继增大功率消耗。
[0031]为了克服以上关于在放大器的输出上的摆幅的问题