专利名称：电声变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对来自传声器的输入信号进行放大的电声变换 器，特别是涉及防止在大音量输入时的连续的电切断(clip,断音)的 电声变换器。本申请基于2007年6月13日申请的日本国专利申请第 2007-156203号请求优先权，并将其内容引入本申请。
背景技术：
例如公知有专利文献1所述的以下传声器装置通过集音音源的 音量改变传声器放大器的增益，从而自动地进行灵敏度校正。图7是 表示作为传声器使用电容器型的传声器时传声器装置的构成例的框 图。电容器型的传声器CMIC，因输入的音压而产生微小的电容变化， 并在其与通过高电阻RB而偏压的电压所产生的电荷的作用下，产生与 音压成比例的电压变化。该电压变化从通过耦合电容器Cl及高电阻 RH耦合而成的阻抗变换用的FET的源极侧取出，由放大器A以20dB 的增益放大，作为输出信号Out输出。专利文献1:日本专利特开2003-259479号公报在现有的传声器装置中，放大器A的最大无失真输出振幅-20dB 是放大器A的容许输入。在大音量时，来自FET的输出振幅如果超过 该容许输入值，则在放大器A产生切断(断音)，输出信号Out失真。为了避免该失真而降低放大器A的增益时，正常时的输出振幅变 小，导致S/N比的劣化。此外，可以考虑如专利文献1所述使传声器放大器的增益可变，但专利文献1所述的技术没有考虑大音量时的切 断。进而，在传声器装置内进行用于防止切断的功能的设计时，无需 依据后续的设计方法，因此产品设计容易。发明内容本发明鉴于这种状况，其目的在于提供一种可以在小音量时进行 充分的放大、在大音量输入时防止产生切断(断音)的、作为放大器 内置传声器装置发挥作用的电声变换器。为了解决上述问题，本发明的电声变换器，包括 一个封装；传 声器，设置在上述一个封装中，并将音压变换为电信号；放大电路， 设置在上述一个封装中，放大上述传声器的输出信号，并且能够调整 放大率；和控制电路，设置在上述一个封装中，监视上述放大电路的 输出信号的电平，并且控制上述放大电路的放大率，以使上述输出信 号不切断。监视放大电路的输出信号的电平，以使输出信号不切断的方式控 制放大电路的放大率，并将传声器、放大电路和控制电路内置在一个 封装中，因此可以实现在小音量时进行充分的放大、在大音量输入时 防止产生切断的、作为放大器内置传声器装置发挥作用的电声变换器。在此，优选在上述传声器和上述放大电路之间，还包括使上述传 声器的输出阻抗降低的阻抗变换器。此外优选的是，控制电路，包括第一比较单元，将与在上述放 大电路的输出信号产生切断的高电位侧的电位对应的电位设为第一电 位，将与产生切断的低电位侧的电位对应的电位设为第二电位时，比 较上述放大电路的输出信号的电位和上述第一电位；和第二比较单元， 比较上述放大电路的输出信号的电位和上述第二电位，根据上述第一 比较单元及上述第二比较单元的比较结果进行控制，以使在上述放大电路的输出信号的电位高于上述第一电位、或上述放大电路的输出信 号的电位低于上述第二电位时，降低上述放大电路的放大率。即，在输出信号的振幅较大时降低放大电路的放大率，从而在小 音量时进行充分的放大，在大音量输入时防止产生切断。此外优选上述传声器、上述放大电路及上述控制电路，设置在同 一个半导体芯片上。此外优选上述传声器是电容器型传声器、动圈型传声器、驻极体 电容传声器中的一个。此外优选上述一个封装是半导体封装。
图1是表示本实施方式的基本构成例的框图。图2是表示本实施方式的传声器装置的外形例的图。图3是表示本实施方式的具体构成的框图。图4是表示输出信号、比较器输出和OR电路输出的关系的图。图5是表示改变本实施方式的传声器的距离时的输入信号及输出 信号的振幅等的图。图6是表示改变现有技术的传声器的距离时的输入信号及输出信 号的振幅等的图。图7表示现有的传声器装置的构成例的框图。
具体实施方式
参照
本发明的实施方式。首先说明本发明的概要。图1 是表示本发明的传声器装置的基本构成例的框图。在本实施方式中， 传声器装置1作为电声变换器发挥作用，将输入的音压变换为电信号 并放大输出。如图1所示，传声器装置1具有一个半导体封装，在该6半导体封装的内部设有包括电容器式传声器CMIC11和阻抗变换器 12的传声器部10;包括可变增益放大器21和控制电路22的放大部20; A/D变换器30;以及将传声器部10和放大部20耦合起来的耦合电容 器C2。传声器部10、放大部20、 A/D变换器30被供给电源电压VL， 并分别与接地电位GND连接。在传声器部10中，基于因输入的音压而产生的电容器式传声器 CMIC11的电容变化的电压信号，由阻抗变换器12进行阻抗变换。该 电压信号经由耦合电容器C2输入到放大部20。在放大部20中，由控 制电路22控制可变增益放大器21的增益，并将输入的电压信号放大 输出。A/D变换器30对该模拟信号进行数字变换并输出到未图示的下 一级的电路。也可以不使用A/D变换器30而直接将模拟信号输出到下 一级的电路。在本实施方式中，优选通过微机电系统(MEMS)技术形成传声 器部10。放大部20或放大部20及A/D变换器30双方，可以在与传 声器部IO相同的半导体芯片(例如硅芯片)上形成，也可以在其他半 导体芯片(例如硅芯片)上形成。通过将形成有传声器部10、放大部 20的芯片收纳在由金属或PCB (printed circuit board)等构成的一个小 型的半导体封装111中，可以如图2所示将传声器装置1模块化为电 容器式传声器CMICll的集音部分露出的、不能分离的一个功能器件。 从而可以不依赖经由传声器线缆等连接的后续装置的设计方法，而由 传声器装置1自身决定传声器装置1的功能的设计，因此实际的产品 设计变得容易。图3是表示传声器装置1的传声器部10和放大器20的具体电路 构成的框图。传声器10包括电容器型的传声器CMICll。传声器 CMICll，由供电泵121将3V的电源电压VL升压到12V的VH，经 由高电阻RB被偏置。在传声器CMIC11中，因输入的音压而产生微小的电容变化，在 其和由偏置的电压而产生的电荷的作用下，产生与音压成比例的电压 变化。该电压变化，从将耦合电容器Cl和被施加1.5V的BIAS电压的 高电阻RH耦合而成的阻抗变换FET的源极侧被取出，以作为输出电 压信号。阻抗变换FET用于降低传声器CMICll的输出阻抗。放大部20包括可变增益放大器(VCA: Voltage Controlled Amplifier) 21、和控制可变增益放大器21的增益的控制电路22。在本 实施方式中，可变增益放大器21可以在20dB 0dB之间改变增益。增 益的变化可以与输入到控制端子Ctrl的电压值对应。S卩，输入到控制 端子Ctrl的电压值越高放大率越小，输入到控制端子Ctrl的电压值越 低放大率越高。在图3的例子中，控制端子Ctrl的电压为0V时，是+20dB 的增益。作为驱动电压Vdd向可变增益放大器21施加3V的VL， GND 端子接地到GND。控制电路22包括用于将可变增益放大器21的输出信号与预定 的电压进行比较的两个比较器(Compl、 Comp2);输出两个比较器输 出的逻辑和的OR电路221;和时间常数电路220。比较器Compl用于 检测可变增益放大器21的输出信号的高电位侧的值，并对比电源电压 VL低Vp(0.5V)的电压和可变增益放大器21的输出进行比较，在可 变增益放大器21的输出较高时，输出髙电平。比较器Comp2用于检测 可变增益放大器21的输出的低电位侧的值，对比GND高Vn (0.5V) 的电压和可变增益放大器21的输出进行比较，在可变增益放大器21 的输出较低时，输出高电平。设VL-Vp为可变增益放大器21的输出切 断时的高电位侧的电压值，Vn为可变增益放大器21的输出切断时的 低电位侧的电压值，从而两个比较器的输出信号可以用作失真检测信 号。图4是表示可变增益放大器21的输出信号VCAOut、比较器 Compl及比较器Comp2的输出信号、和OR电路221的输出信号OROut8的关系的图。如图4所示，输出信号VCAOut超过VL-Vp的期间，比 较器Compl的输出信号为高电平，输出信号VCAOut低于GND+Vn 的期间，比较器Comp2的输出信号为高电平。并且OR电路221的输 出信号OROut，在比较器Compl及比较器Comp2的输出信号的至少 一个为高电平时，输出高电平。返回到图3进行说明。时间常数电路220经由二极管D与OR电 路221连接，进而与可变增益放大器21的控制端子Ctrl连接。通过使 用时间常数电路220，而将OR电路221的二值的输出信号ORout变换 为用于控制可变增益放大器21的模拟信号。在本实施方式中，通过使 用与电容器CT串联连接的电阻RA及与该电容器CT并联连接的电阻 RB,可以单独地设定上升时的时间常数、和下降时的时间常数。艮口， 通过使电阻RB的值比电阻RA的值足够大，在输出信号ORout上升时， 成为由电阻RA和电容器CT确定的时间常数，在输出信号ORout下降 时，成为由电阻RB和电容器CT确定的时间常数。当然，也可以使用 普通的CR时间常数电路。如此根据来自比较器Compl及Comp2的输出信号控制可变增益 放大器21的增益，因此即使在大音量连续时，也可以进行调整以使可 变增益放大器21的输出信号VCAout的最大振幅为(VL-Vp)-Vn (在本 例中为(3-0.5)-0.5-2V)。图5是表示该形态的图。另外，图6是表示 使用现有技术(参照图7)时的输出结果的参考图。图5及图6示出了在说话者以相同的音压说话的状况下改变传声 器的距离时可变增益放大器21的输入信号的振幅[C]、输出信号 VCAout的振幅[D]等。如图5所示，传声器的距离较远、输入振幅[C]较小时，OR电路 的输出信号OROut为低电平，可变增益放大器21的增益为最大的 20dB。因此可以进行充分的放大。由于输入信号较小，因此即使在最大增益下输出信号也不会失真。如图6所示这在现有技术中也是同样的输出。进而在传声器的距离变近时，例如输入振幅[C]变为0.25Vpp时， 如图6所示在现有技术中，20dB放大后的振幅超过2V，因此输出振幅 [D]被切断，产生失真。另一方面，如图5所示使用本发明时，可变增 益放大器21的增益被调整为18dB，以使输出振幅[D]为2V，因此输出 信号VCAout没有被切断，不产生失真。传声器距离进一步变近，输入振幅[C]变为0.5Vpp及1Vpp时也同 样。艮卩，如图6所示在现有技术中，20dB放大后的振幅远超过2V，因 此输出振幅[D]被切断，产生较大的失真。另一方面，如图5所示使用 本发明时，可变增益放大器21的增益被调整为12dB、 6dB，以使输出 振幅[D]为2V，因此输出信号VCAout没有被切断，不产生失真。本发明在大音量时，以使可变增益放大器21不失真的方式降低增 益，因此成为没有失真的一定的输出。因此，在传声器的距离从附近 到远离的状态均可获得良好的品质。此外，可以实时地调整增益，因 此可以有效地适用于无音时和有音时的动态范围较大的通话用的声音 集音传声器。以上说明并例证了本发明的优选实施方式，但上述说明不过是发 明的示例，本发明不限于此，可以在不脱离本发明的精神或范围的范 围内进行追加、删除、置换及其他变更。即，本发明不是由上述实施 方式限定，而是由权利要求限定。本发明不限于电容检测型的电容器型传声器，也可以使用一般的 动圈型传声器、驻极体电容传声器等各种方式的传声器。
权利要求
1.一种电声变换器，包括一个封装；传声器，设置在上述一个封装中，并将音压变换为电信号；放大电路，设置在上述一个封装中，放大上述传声器的输出信号，并且能够调整放大率；和控制电路，设置在上述一个封装中，监视上述放大电路的输出信号的电平，并且控制上述放大电路的放大率，以使上述输出信号不切断。
2. 根据权利要求l所述的电声变换器，其中，在上述传声器和上述放大电路之间，还包括使上述传声器的输出 阻抗降低的阻抗变换器。
3. 根据权利要求1或2所述的电声变换器，其中， 上述控制电路，包括第一比较单元，将与在上述放大电路的输出信号产生切断 的高电位侧的电位对应的电位设为第一电位，将与产生切断的低电位 侧的电位对应的电位设为第二电位时，比较上述放大电路的输出信号 的电位和上述第一电位；和第二比较单元，比较上述放大电路的输出信号的电位和上述第二 电位，根据上述第一比较单元及上述第二比较单元的比较结果进行控 制，以使在上述放大电路的输出信号的电位高于上述第一电位、或上 述放大电路的输出信号的电位低于上述第二电位时，降低上述放大电 路的放大率。
4. 根据权利要求1或2所述的电声变换器，其中， 上述传声器、上述放大电路及上述控制电路，设置在同一个半导体芯片上。
5. 根据权利要求1或2所述的电声变换器，其中， 上述传声器是电容器型传声器、动圈型传声器、驻极体电容传声器中的一个。
6. 根据权利要求1或2所述的电声变换器，其中， 上述一个封装是半导体封装。
全文摘要
本发明提供一种可以在小音量时进行充分的放大、在大音量时防止产生切断的电声变换器。传声器装置(1)，将传声器(11)、可变增益放大器(21)和控制电路(22)内置在一个芯片中，传声器(11)将音压变换为电信号，可变增益放大器(21)放大传声器(11)的输出信号，并且能够调制放大率，控制电路(22)监视可变增益放大器(21)的输出信号(VCAout)，并且控制可变增益放大器(21)的放大率以使输出信号(VCAout)不切断。控制电路(22)利用比较器(Comp1及Comp2)来监视输出信号(VCAout)。
文档编号H04R3/00GK101325819SQ20081010993
公开日2008年12月17日 申请日期2008年6月11日 优先权日2007年6月13日
发明者岩松正幸 申请人:雅马哈株式会社