多振膜微机电系统麦克风结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及电子【技术领域】，具体涉及一种麦克风结构。多振膜微机电系统麦克风结构，其中，包括一声学腔体，声学腔体的内部设置有至少两个声学感测单元，一声学感测单元与另一声学感测单元之间具有独立的不相干的声学背腔。本实用新型通过设置至少两个声学感测单元，并具有独立的不相干的声学背腔，使得声学感测单元之间的信号不相关，通过对不相关的信号进行叠加，可以有效地消除噪声，优化信噪比。
【专利说明】多振膜微机电系统麦克风结构
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电子【技术领域】，具体涉及一种麦克风结构。
【背景技术】
[0002] MEMS (Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）麦克风是指利用半导体 制程或其他微精密技术，同时整合电子、机械等各种功能于一微型元件或装置内的技术，具 有外观尺寸小、电量损耗低、对于周围环境干扰具有更好的抑制能力等优点，已成为市场发 展的主流。传统的MEMS麦克风封装体的内部结构如图1所示，印制电路板基板1上设置单 个声学感测元件2和ASIC(ApplicationSpecific 1C，专用集成电路）芯片3及其他电路元 件，然而这种单个声学感测元件的麦克风要实现高信噪比存在困难。
[0003] 为了改善麦克风的性能，现有技术中公开了一种双振膜的麦克风，同一物理机构 上设置第一振膜和第二振膜，第一振膜和第二振膜共享声学背腔，第一振膜获取高音压 (High Sound Pressure Level)信号，第二振膜为高信噪比（High Sound to Noise Ratio)振 膜，负责高灵敏度的声音，通过将第一振膜与第二振膜的声音信号分别处理后相结合，实现 降低背景噪音，获取改善的声音品质。然而，由于振膜是柔软的弹性薄膜，在工作过程中，除 了受到声压作用时产生振动外，声学背腔内分子在空气中不断运动也会撞击振膜，同一基 底的两个振膜由于受到布朗运动的作用存在相关性，无法直接利用非相干信号的能量叠加 原则抵消噪声，使得现有的麦克风结构在提高信噪比性能方面存在限制。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于，提供一种多振膜微机电系统麦克风结构，解决以上技术 问题。
[0005] 本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
[0006] 多振膜微机电系统麦克风结构，其中，包括一声学腔体，所述声学腔体的内部设置 有至少两个声学感测单元，一所述声学感测单元与另一所述声学感测单元之间具有独立的 不相干的声学背腔。
[0007] 优选地，每一所述声学感测单元包括一硅基板，所述硅基板上设置振膜，所述振膜 于所述声学腔体内形成的密封空间构成所述声学背腔。
[0008] 优选地，还包括一信号处理电路，所述信号处理电路包括一加法电路，所述加法电 路与所述声学感测单元连接，用于对所述声学感测单元的信号进行求和计算。
[0009] 优选地，所述信号处理电路包括一偏置电压电路，用于提供偏置电压，所述偏置电 压电路的输出端与所述声学感测单元连接。
[0010] 优选地，所述信号处理电路包括一放大器电路，所述放大器电路与所述加法电路 的输出端连接，用于放大相加后的所述声学感测单元的信号。
[0011] 优选地，所述信号处理电路还包括一调整电路，所述调整电路与所述偏置电压电 路连接，用于调整所述偏置电压的大小，和/或所述调整电路与所述放大器电路连接，用于 调整所述放大器电路的增益大小。
[0012] 优选地，一所述声学感测单元与另一所述声学感测单元具有相同的灵敏度。
[0013] 优选地，所述声学腔体的顶部或底部或侧面设置声学通孔。
[0014] 优选地，所述声学腔体由一印制电路板及一金属盖封装而成，或者所述声学腔体 由一印制电路板、金属上盖、及位于所述印制电路板与金属上盖之间的侧板封装而成。
[0015] 优选地，所述声学感测单元采用硅基材料制成的声学感测单元。
[0016] 有益效果：由于采用以上技术方案，本实用新型通过设置至少两个声学感测单元， 并具有独立的不相干的声学背腔，使得声学感测单元之间的信号不相关，通过对不相关的 信号进行叠加，可以有效地消除噪声，优化信噪比。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为现有技术的一种结构示意图；
[0018] 图2为本实用新型的结构示意图；
[0019] 图3为本实用新型的电路连接示意图。
【具体实施方式】
[0020] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提 下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0021] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可 以相互组合。
[0022] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的 限定。
[0023] 参照图2、图3,多振膜微机电系统麦克风结构，其中，包括一声学腔体28,声学腔 体28的内部设置有至少两个声学感测单元，参照图2,一声学感测单元与另一声学感测单 元之间具有独立的不相干的声学背腔。
[0024] 作为本实用新型的一种优选的实施例，还包括一信号处理电路23,信号处理电路 23包括一加法电路24,加法电路24与声学感测单元连接，用于对声学感测单元的信号进行 求和计算。
[0025] 作为本实用新型的一种优选的实施例，每一声学感测单兀包括一娃基板211，娃基 板211上设置振膜212,振膜212于声学腔体28内形成的密封空间构成声学背腔213。
[0026] 声学感测单兀在感测声音时，振膜212受到声压作用会挤压声学背腔213,声学背 腔213内的密封空气被压缩后会对振膜212产生反向的作用力，通过分析力学模型可知，声 学背腔213体积越大，灵敏度会得以提升，因此现有技术中多个振膜212会共享同一声学背 腔，然而，如【背景技术】中提到的，共享同一声学背腔会使得信噪比性能的提升存在限制，本 实用新型的声学腔体28通过设置至少两个声学感测单元，并具有独立的不相干的声学背 腔，可以通过对多个声学感测元件的信号和噪声进行求和实现改进的信噪比，如可以设置 两个声学感测单元，分别是声学感测单元A和声学感测单元B，两个声学感测单元的声学信 号是相关的，其总的声学信号的输出电压为V = vA+vB，其中VAS声学感测单元A捕获的声 学信号，VbB为声学感测单元B捕获的声学信号，而声学信号中的噪声信号是非相关的，总的 噪声信号N 2 = NA2+NB2,其中，NA为声学感测单元A的声学信号中的噪声信号，N bB为声学感 测单元B的声学信号中的噪声信号，当两个噪声信号良好匹配时，NA等于N bB，通过计算总的 声学信号的输出电压V与总的噪声信号的电压N之比来获得信噪比，易于得出设置两个声 学感测单元时信噪比SNR相比单个声学感测单元提高了 Sqrt (2)倍，即约等于3dB，同时易 于计算得出，采用三个声学感测单元的信噪比会提升4. 7dB，采用三个声学感测单元的信噪 比会提升6dB，信噪比改进的程度随着声学感测元件数量的增加而提高。
[0027] 作为本实用新型的一种优选的实施例，信号处理电路23可以包括一偏置电压电 路25，用于提供偏置电压，偏置电压电路25的输出端与声学感测单元连接。
[0028] 作为本实用新型的一种优选的实施例，信号处理电路23包括一放大器电路26,放 大器电路26与加法电路24的输出端连接，用于放大相加后的声学感测单元的信号。
[0029] 作为本实用新型的一种优选的实施例，信号处理电路23还包括一调整电路27,调 整电路27与偏置电压电路25连接，用于调整偏置电压的大小，和/或调整电路27与放大 器电路26连接，用于调整放大器电路26的增益大小。
[0030] 本实用新型的信号处理电路23可以位于一专用集成电路芯片上。
[0031] 作为本实用新型的一种优选的实施例，一声学感测单元21与另一声学感测单元 22具有相同的灵敏度。可以通过调整电路27实现一声学感测单元21与另一声学感测单元 22具有相同的灵敏度。
[0032] 作为本实用新型的一种优选的实施例，声学腔体28由一印制电路板30及一金属 盖31封装而成，或者声学腔体28由一印制电路板、侧板及金属上盖封装而成。作为本实用 新型的一种优选的实施例，声学腔体28的顶部或底部或侧面设置声学通孔29。声学通孔 29可以位于印制电路板上或金属盖或金属上盖或侧板上，以提供声音进入声学腔体28内 部的通道。
[0033] 为了保证声学背腔的独立性，每个声学感测单元可以设置单独的安装基板，每一 安装基板与另一安装基板之间设置缓冲装置，以实现机械隔离，所有声学感测单元通过相 应的连接装置或缓冲装置连接于印制电路板上。
[0034] 作为本实用新型的一种优选的实施例，声学感测单元采用硅基材料制成的声学感 测单元。
[0035] 以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及 保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内 容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范 围内。
【权利要求】
1. 多振膜微机电系统麦克风结构，其特征在于，包括一声学腔体，所述声学腔体的内部 设置有至少两个声学感测单元，一所述声学感测单元与另一所述声学感测单元之间具有独 立的不相干的声学背腔。
2. 根据权利要求1所述的多振膜微机电系统麦克风结构，其特征在于，每一所述声学 感测单元包括硅基板，所述硅基板上设置振膜，所述振膜于所述声学腔体内形成的密封空 间构成所述声学背腔。
3. 根据权利要求1所述的多振膜微机电系统麦克风结构，其特征在于，还包括一信号 处理电路，所述信号处理电路包括一对所述声学感测单元的信号进行求和计算的加法器单 元，所述加法器单元与所述声学感测单元连接。
4. 根据权利要求3所述的多振膜微机电系统麦克风结构，其特征在于，所述信号处理 电路包括一用于提供偏置电压的偏置电压电路，所述偏置电压电路的输出端与所述声学感 测单元连接。
5. 根据权利要求4所述的多振膜微机电系统麦克风结构，其特征在于，所述信号处理 电路包括一放大器电路，所述放大器电路与所述加法器单元的输出端连接。
6. 根据权利要求5所述的多振膜微机电系统麦克风结构，其特征在于，所述信号处理 电路还包括一调整电路，所述调整电路与所述偏置电压电路连接，用于调整所述偏置电压 的大小，和/或所述调整电路与所述放大器电路连接，用于调整所述放大器电路的增益大 小。
7. 根据权利要求1所述的多振膜微机电系统麦克风结构，其特征在于，一所述声学感 测单元与另一所述声学感测单元具有相同的灵敏度。
8. 根据权利要求1所述的多振膜微机电系统麦克风结构，其特征在于，所述声学腔体 的顶部或底部或侧面设置声学通孔。
9. 根据权利要求1所述的多振膜微机电系统麦克风结构，其特征在于， 所述声学腔体由一印制电路板及一金属盖封装而成，或者所述声学腔体由一印制电路 板、金属上盖、及位于所述印制电路板与金属上盖之间的侧板封装而成。
10. 根据权利要求1所述的多振膜微机电系统麦克风结构，其特征在于，所述声学感测 单元采用硅基材料制成的声学感测单元。
【文档编号】H04R19/04GK203883991SQ201420198700
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】叶菁华 申请人:钰太芯微电子科技（上海）有限公司, 钰太科技股份有限公司