可以将其中一路信号延时180度后不反向并直接将两路信 号求和，这在数据融合后噪声与求差的效果相当。图3的优选实施例在实际实施时，可以根 据信噪比和线性度这两项指标的相互权衡，以及具体电路形式下实现的便利来实现。如果 电路是模拟的，要将信号延时就需要通过增加较大容值的外接电容等方式，增大了成本，影 响了封装的小型化，并且无法保证在工作频段内所有频点均有较好的180度延时；而对于 数字电路而言，实现相应的工作频段内所有频点延时180度的技术效果相对便利。
[0028] 图4是本发明的又一个优选实施例，是在其中一路信号失效时判断出来并只使用 另一路信号。相应的技术效果在数字电路实现时较为简便，如由于两路偏差信号不相关，可 知其相关性完全来自于两级敏感接受同时收到相同的有用信号，当发现两路信号的相关性 较差，且其中一路信号长时间过小或音频（20Hz~20KHz)之外的信号长时间过大（这里的 过小和过大的判断可以通过预先设置的阈值来实现），即可认为这一路信号异常，对其关断 并只使用另一路信号。这可以提高硅电容麦克风工作的可靠性，并提高电路的通用性。显 然应用本优化手段的电路，在两组中的一组敏感结构损坏后可以正常工作，在只与一组甚 至只有一个敏感结构配合时也可以正常工作。
[0029] 图5是本发明的再一优选实施例示意图。如前文所述，在应用模拟电路具体实施 本发明的图3的实施例的较高线性度时易受实际工艺限制，此时也可以通过将两组敏感结 构设置为如图5所示的反对称连接方式，通过敏感结构的运动方向与电容变化方向的反 向，来实现两路信号融合后线性度较佳的优化。值得一提的是，如图5所示，这样的接法将 使得两路信号的方向相同，不便进行求差的操作，在数字电路中可以通过使两路信号相加 的方式来进行信号数据融合操作，在模拟电路中也可通过类似的求和电路来实施。这样实 施后两路信号之间仍然在数学上符合两路信号数据融合的优化效果（即信噪比在最理想 情况下被优化到只使用一路信号的占倍），但值得注意的是，由于是求和操作，两路信号的 共模噪声无法被消除。
[0030] 图6和图7是传统技术方案的两个对比实施例。图6中使用一路偏压电路并将敏 感结构分为两组予以差分；而图7的技术方案将两组敏感结构的背极与振膜设置得相反来 实现反对称设置，实际上类似图7的将敏感结构反对称设置的技术方案在实际实施时也包 括电气引线和进音方向等方式，它们保证两路信号完全匹配的工艺难度均较大。
[0031] 图6和图7所示的这两个技术方案在实施时，由于两路电信号均源于同一路偏压 信号，无法保证两路信号不相关，其差分后，噪声水平将差于两路不相关信号相减的技术效 果，对信噪比的改善效果无法达到较优。相比图2本发明的优选实施例而言，如果使用求和 的方法对图6的技术方案进行差分，由于是求和操作，其两路信号相关性带来的共模噪声 存在且无法消除；若采用如图7所示的技术方案，将两组敏感结构参数设置得反对称，其敏 感结加工工艺的一致性将使两路信号的不匹配程度增大，此时两路信号的不匹配会使其总 输出信号的线性度不增反降，此时虽然可通过如前文所述的将信号再校准一次，或先通过 前置放大器予以匹配性的校准后，再予以数据融合，但由于后续信号校准的环节引入了额 外的噪声，对硅电容麦克风的信噪比的优化无法达到最佳的技术效果；相比之下，图2本发 明的优选实施例既通过两路偏压的不相关保证了两路信号的不相关性，又通过两路信号的 符号相反保证了信号的直接差分，使得信号直接差分以优化信噪比的技术效果达到最优； 在图5的实施例中，正是因为通过两路不相关偏压保证了信号的不相关性，因此即使将两 路信号求和而非求差，其达到的数据融合的技术效果也与在图5中将两路不相关偏压设置 得同号以将两路信号求差的数据融合后的技术效果相当。因此，由于对两组敏感结构输入 的偏压是强相关的同一路信号，无法保证两路信号的不相关性，这两个传统的对比技术方 案在对信噪比的优化上无法达到较佳的效果。同理，这两个对比技术方案在其中一路信号 异常时，由于一路信号会通过偏置电压信号干扰到另一路电压信号，无法通过检测两路有 用信号的相关性等技术手段来实现甄别并关闭异常的一路信号，从而其硅电容麦克风的可 靠性和电路的通用性受限。
[0032] 在实际实施时，如需实现较佳的信噪比优化效果，可采用图2的优选实施例的方 案；如需在优化信噪比的基础上实现较佳的改良硅电容麦克风线性度的优化效果，在可以 视技术方案实现的便利，在图3的技术方案和图5的技术方案间权衡，甚至将图5中的两路 偏压信号设置得大小和符号均相同，但保证其互不相关；如需提高硅电容麦克风可靠性或 电路通用性，可采用图3的优选实施例。可见，由于采用本发明的技术手段，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。
[0033] 此外，说明书和权利要求书中的术语"顶"，"底"，"上"，"下"，"左"，"右"等（如果 存在）用于说明性目的且不一定用于描述永久的相对位置。如：由于电容的变化仅与振膜 与背极的相对位置有关，而敏感结构所代表的电容在电路中并无极性，故本发明实施例和 示意图中仅以背极电极与偏置电压相连接，振膜电极与电路的信号输入环节相连接来进行 描述，这样的连接互换后在电路上的作用是等效的；本发明实施例和示意图中仅以附图中 的左右方向表示振膜的敏感方向，这样的方向在实施时可根据需要设置；仅在附图1、附图 2、附图5中绘制两路信号采用符号相反的电压信号，这样的两路电压信号的符号在实施时 可根据需要设置得相同或相反。可以理解的是如此使用的术语可在适当情况下互换，使得 本文所述的本发明的实施例能够在例如不同于上述或本文中所述的方向的其他方向上进 行操作。
[0034] 以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要 求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的 保护范围内。
【主权项】
1. 一种硅电容麦克风，其特征在于，包括敏感结构及与其配套的集成电路，其中： 所述敏感结构的数目多于一个并分为两组，各所述敏感结构的敏感运动方向相同，该 两组敏感结构分别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，该两路电压偏置电路分别得到对应所述两组敏感结构的两路电 信号，所述集成电路对所述两路电信号进行融合处理后输出； 其中，所述两路电压偏置电路产生的偏置电压大小相同，符号相反或相同，并且互不相 关。2. 根据权利要求1所述的硅电容麦克风，其特征在于，所述两组敏感结构中每组包含 的敏感结构的个数、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。3. 根据权利要求1所述的硅电容麦克风，其特征在于，所述融合处理，包括将所述两路 电信号直接差分。4. 根据权利要求1所述的硅电容麦克风，其特征在于，所述融合处理，包括将所述两路 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，再将两路信号融合。5. 根据权利要求1所述的硅电容麦克风，其特征在于，所述融合处理，还包括对所述两 路电信号进行监测，当检测到其中的任一路信号异常时，将发生异常的该路点信号关闭，并 只使用另一路电信号进行后续处理。
【专利摘要】本发明提供了一种硅电容麦克风，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；所述两路电压偏置电路产生的偏置电压大小相同，符号相反或相同。本发明能在现有工艺水平下，提高硅电容麦克风的灵敏度、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，拓宽产品的应用场合，增加产品竞争力。
【IPC分类】H04R19/04
【公开号】CN105611474
【申请号】CN201410681739
【发明人】万蔡辛, 杨少军
【申请人】北京卓锐微技术有限公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2014年11月24日