一种硅电容麦克风的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微麦克风技术领域，特别涉及一种应用多个敏感结构协同工作的硅电 容麦克风。
【背景技术】
[0002] 微机电（MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)麦克风或称娃电容麦克风因 其体积小、适于表面贴装等优点而被广泛用于平板电子装置的声音采集，例如：手机、MP3、 录音笔和监听器材等。
[0003] 在相关优化技术方案中，不乏众多努力，试图提高硅电容麦克风的信噪比指标，然 而在现有加工工艺条件下仍然缺乏较佳的实现方案。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种硅电容麦克风，能在现有工艺水平下通过集成电路的技 术手段，优化灵敏度、信噪比、线性度等技术性能指标和可靠性、零件通用性等工程指标。
[0005] 为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：
[0006] -种硅电容麦克风，包括敏感结构及与其配套的集成电路，其中所述的敏感结构 的数目多于一个并分为两组，所有敏感结构的敏感运动方向相同，这两组敏感结构各自接 入一路所述集成电路中的电压偏置电路；在受外界声学信号后，得到对应这两组敏感结构 的两路电信号，所述集成电路对这两路电信号进行融合处理后输出；所述的两路电压偏置 电路，其产生的偏置电压大小相同，符号相同或相反，互不相关。在现有工艺条件下，可以同 时实现这样的两路电压偏置电路，其偏置电压符号相反时有着较佳的反对称匹配性，而两 个偏置电压符号相同时的对称匹配性也是可以实现的。这样做是为了通过两路偏置电压的 较佳的匹配性，提高在现有工艺水平下设置的硅电容麦克风的两组信号传递路径中其他环 节的匹配性；而使这两路偏置电压互不相关，才能保证两路数据融合后的信噪比更接近每 组单独使用时的石倍。
[0007] 优选的硅电容麦克风，其中所述的两组敏感结构的个数、尺寸、材料参数和连接方 法完全相同，并通过相同的接法分别接入本组对应的电压偏置电路。对于两组敏感结构而 言，各参数可以对称地匹配，也可以将敏感结构的各参数设置为反对称来实现匹配。但由于 敏感结构的加工工艺并非理想，原始设置得反对称的各类技术参数，在受加工工艺偏差影 响后会受到不同程度的影响，从而其两组敏感结构的匹配性会不如原始设置得完全相同的 参数受加工工艺偏差影响后的匹配性。从零件通用性来看，设置得完全相同的参数的多个 敏感结构可以通过一次工艺加工完成并同时匹配本发明技术方案和其他常见技术方案，但 设置得反对称的参数的多个敏感结构只能用于对应的技术方案。
[0008] 优选的硅电容麦克风，其中所述的融合处理，允许将所述的两路电信号直接差分。 与通过反对称的敏感结构设置方法来使得信号可以差分的技术方案相比，由于反对称的敏 感结构参数无法做到完全一致，在实施时存在需要将信号再校准一次的风险。这对信号的 额外处理，存在引入额外的噪声的风险，因此通过保证其原始信号相互匹配，而噪声互不相 关的方式直接差分，是最优的优化信噪比的举措。
[0009] 优选的硅电容麦克风，其中所述的融合处理，允许将所述的两路电信号其中一路 的相位延迟180度并取反或不取反，另一路维持原状，再将两者差分。这样做是为了提高硅 电容麦克风的线性度。由于娃电容麦克风一般是通过敏感声学信号的振膜和相对固定的背 极共同构成的敏感电容变化来得到对应的电压信号并做后续处理，其电容由于与敏感方向 上的电容间隙成反比，在电容间隙增大和减小时的电容变化量并不对称，这会导致敏感结 构将声学变化信号转化为电容变化信号时的非线性。通过这样的处理，可以在差分的过程 中提高硅电容麦克风的线性度。
[0010] 优选的硅电容麦克风，其中所述的融合处理，允许在所述的两路电信号中的任一 路信号异常时，将这路异常信号判断出来并关闭，只使用另一路信号。这是为了提高硅电容 麦克风的可靠性和硅电容麦克风的信号处理电路的通用性。通过增加一个判断，使得应用 本发明的技术方案的硅电容麦克风在其中任一组信号发生异常时，另一组能继续工作，这 比只使用一组信号时的可靠性还要高。另一方面，通过这样的做法，相应的电路可以只与一 组敏感结构配合并输出信号，另一组的部分由于信号异常被剔除，这样使相应的电路的通 用性仍然得到了保证。
[0011] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0012] 本发明能在现有工艺水平下，通过集成电路的技术手段，提高硅电容麦克风的灵 敏度、信噪比、线性度等性能指标和可靠性、零件通用性等工程指标，从而拓宽产品的应用 场合，增加产品竞争力。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明一个实施例的娃电容麦克风技术方案不意图；
[0014] 图2是本发明的一个优选实施例的信号分析示意图；
[0015] 图3是本发明另一个优选实施例的融合处理示意图；
[0016] 图4是本发明又一个优选实施例的融合处理的信号分析示意图；
[0017] 图5是本发明再一个对比实施例的的信号分析示意图；
[0018] 图6是一个对比实施例的信号分析示意图；
[0019] 图7是另一个对比实施例的信号分析示意图。
【具体实施方式】
[0020] 本发明提供了一种硅电容麦克风，能在现有工艺水平下通过集成电路手段，优化 灵敏度、信噪比、线性度和可靠性等指标。下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说 明。
[0021] 图1是本发明一个实施例的娃电容麦克风技术方案不意图。
[0022] 如图1所示，该实施例中硅电容麦克风包括敏感结构及与其配套的集成电路，其 中敏感结构的数目多于一个并分为两组，图1中振膜101和背极102表示的电容为一组敏 感结构，振膜103和背极104表示的电容为另一组敏感结构，所有敏感结构的敏感运动方向 相同，这两组敏感结构各自接入一路该集成电路中的电压偏置电路V0(107)和-V0(108); 在受外界声学信号后，得到对应这两组敏感结构的两路电信号，该集成电路对这两路电信 号进行融合处理后输出；其中107和108两路电压偏置电路，其产生的偏置电压VO和-VO 大小相同，符号相反（也可视需要设置得相同），互不相关。这样做是为了通过偏置电压的 较佳的匹配性，提高在现有工艺水平下设置的硅电容麦克风的两组信号传递路径中其他环 节的匹配性；而使这两路偏置电压互不相关，才能保证两路数据融合后的信噪比是每组单 独使用时的&倍。
[0023] 其中，上述所述的融合处理，是指将两路电信号整合成一路电信号的处理，其本质 是通过对两路电信号进行后续处理后再差分融合为一路信号，使得最后输出的信号质量更 佳。当然，由于后续处理可能会引入额外的噪声或误差，所以也可以直接差分输出。这里所 述的后续处理包括但不限于：甄别各路信号的可信度并分配权重、调整相位和极性等。下面 将分别进行详细阐述。
[0024] 图1中，第一组敏感结构的振膜101与第一路电路输入环节（输入电阻为Rsl) 105 相连，第一组敏感结构的背极102与第一路电路的偏压环节107相连，其对应偏置电压为 VO ;第二组敏感结构的振膜103与第二路电路输入环节（输入电阻为Rs2) 106相连，第二组 敏感结构的背极104与第二路电路的偏压环节108相连，其对应偏置电压为-VO (也可视需 要设置为与第一路偏置电压大小和符号相同的V0,但与107路的偏置电压信号互不相关）。
[0025] 图2~图7的坐标中VRsl表不第一路电学信号（处理后为VRsl'），VRs2表不第 一路电学信号（处理后为VRs2'），V表不输出信号，t表不时间轴。
[0026] 图2是本发明的一个优选实施例。如图1这样，由于电路输入环节中敏感结构的 电容隔去了直流信号，两路电路输入环节上采集到的信号如图2所示，便可直接差分输出， 从而得到最佳的信噪比优化的技术效果，但由于其两路信号变化方向与敏感结构的敏感方 向相同，无法达到较佳的线性度优化效果。
[0027] 图3是本发明的另一个优选实施例，将通过应用本发明技术方案得到的两路电信 号其中一路信号延时180度并反向再差分输出，以获得较佳的线性度改善效果，实际上由 于两路电信号的噪声不相关，还