專利名稱：音頻處理方法以及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要關(guān)于一種麥克風(fēng)，特別是有關(guān)于一種消除電,茲波干擾的音頻 處理方法以及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
駐才及體電容麥克風(fēng)(electret condenser microphone, ECM)因其具有成本^[氐 及尺寸小的特性，成為極受歡迎的消費(fèi)性電子產(chǎn)品。圖l顯示一種駐極體電 容麥克風(fēng)的爆炸圖(explosion view)。駐極體電容麥克風(fēng)100包括金屬外殼 (metal cabinet) 102、振膜(diaphragm) 104、背板(backplate) 106、麥克風(fēng)集成電
頂部具有一個(gè)音孔(soimd hole)112，因此聲音信號(hào)(sound signal)可透過(guò)音孔 112來(lái)傳播。接收到的聲音信號(hào)將會(huì)振動(dòng)振膜104并改變振膜104與背板106 間的距離，以轉(zhuǎn)換接收到的聲音信號(hào)為電壓信號(hào)。麥克風(fēng)集成電路108包括 前置放大器(preamplifier)，用以接收及放大轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)。PCB110用來(lái) 支撐麥克風(fēng)集成電路108并提供機(jī)械保護(hù)(mechanicalprotection)的機(jī)制。

發(fā)明內(nèi)容
以下為申請(qǐng)的本發(fā)明的某些方面的相稱的范圍。這些方面僅為讀者提供 本發(fā)明可能采取的某種形式的簡(jiǎn)要介紹，且這些方面并不限制本發(fā)明的范圍。 事實(shí)上，本發(fā)明可能包括各種方面，但這各種方面將不會(huì)列于下文。
本發(fā)明提供一種音頻處理系統(tǒng)。音頻處理系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)換器，增益級(jí)，電 容網(wǎng)絡(luò)，以及前置放大器。轉(zhuǎn)換器用以將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。增益級(jí) 包括輸出端以及耦接至轉(zhuǎn)換器的輸入端。電容網(wǎng)絡(luò)耦接于增益級(jí)的輸出端以 及轉(zhuǎn)換器之間，用以提供等效電容。前置放大器耦接于轉(zhuǎn)換器，用以放大電 壓信號(hào)。
另外，本發(fā)明提供一種音頻處理方法。首先，接收聲音信號(hào)，并轉(zhuǎn)換聲 音信號(hào)為第一電壓信號(hào)。接下來(lái)，提供前置放大器以放大第一電壓信號(hào)。最
4后，提供負(fù)電容以在放大第一電壓之前減少前置放大器的輸入節(jié)點(diǎn)的寄生電容。


圖l顯示一種駐才及體電容麥克風(fēng)的爆炸圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的駐極體電容麥克風(fēng)；
圖3至圖5顯示圖2的電容降低電路204的不同實(shí)施例；
圖6是顯示使用于麥克風(fēng)的音頻處理方法的實(shí)施例。
主要組件符號(hào)說(shuō)明
100 ~駐極體電容麥克風(fēng)；
102-金屬外殼；
104~振膜；
106~背板；
108~麥克風(fēng)集成電^^;
110-印刷電路板、PCB;
112-音孔；
200 ~麥克風(fēng)；
202~轉(zhuǎn)換器；
204-電容降低電路；
206-前置放大器；
208 ~電壓源；
212 ~電容網(wǎng)纟各；
214~增益級(jí)；
216、 218~二極管；
220-結(jié)型場(chǎng)效晶體管；
224-負(fù)載電阻；
210、 222、 302、 402、 404、楊~電容；
304、 502 運(yùn)算放大器；
306、 308、 504、 508、 510、 512—電阻；
222 寄生電容；
408、 410、 412、 514、 516~開關(guān)；
5506-電阻網(wǎng)l各； VDD-供應(yīng)電源； V。ut 輸出端； Vs ~電壓； x-距離。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施例將介紹如下。為提供簡(jiǎn)明的描述這些實(shí) 施例，本說(shuō)明書并無(wú)將所有實(shí)際執(zhí)行的特征描述如下。任何實(shí)際執(zhí)行發(fā)展的 情況(如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目)，必須執(zhí)行許多特定應(yīng)用決定以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的 特定目標(biāo)(如遵守有關(guān)系統(tǒng)和與有關(guān)業(yè)務(wù)的限制)，上述特定應(yīng)用決定依照不同 的實(shí)施將會(huì)有所不同。此外，這樣的努力發(fā)展將是復(fù)雜與耗時(shí)的，但熟悉此 技藝的人士仍可利用本發(fā)明進(jìn)行設(shè)計(jì)、組成與制造。
以下的詳細(xì)說(shuō)明將伴隨所附的圖式的組成部分，以顯示具體實(shí)施例表示 的方法。熟悉此沖支藝的人士可利用這些實(shí)施例或其它實(shí)施例所描述的細(xì)節(jié)及 其它可以利用的結(jié)構(gòu)，邏輯和電性變化，在沒(méi)有離開本發(fā)明的精神與范圍之 下以實(shí)踐發(fā)明。
實(shí)施例
圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的駐極體電容麥克風(fēng)。麥克風(fēng)200為 駐極體電容麥克風(fēng)的等效模塊，包括轉(zhuǎn)換器(transducer) 202、電容降低電路 204以及前置放大器206。轉(zhuǎn)換器202為振膜(例如圖1的標(biāo)號(hào)以及背 板(例如圖1的標(biāo)號(hào)106)的等效模塊，包括電壓源208以及電容210。振膜 以及背板共同形成電容210。振膜以及背板之間的電容值根據(jù)所接收的聲音 信號(hào)而改變。振膜以及背板皆涂布電荷儲(chǔ)存層(或稱為駐體層)。電荷儲(chǔ)存層 由例如200V的電壓所提供的電場(chǎng)預(yù)先極化。因此，內(nèi)部電壓為200V。
由于駐體層不具任何漏電(leakage)路徑，因此預(yù)先充電于駐體層的電荷 數(shù)在操作期間皆保持相同。當(dāng)振膜移動(dòng)距離x(x為相對(duì)于平衡點(diǎn)的偏移量)時(shí)， 電容的跨壓及電容的電容值分別為V(x)及C(x)，其方程式如下所示
g = CO = 0). F(x = 0) = C") F(x)其中參數(shù)￡。為介質(zhì)常數(shù)=8.85乂 l(T14 ,參數(shù)A為電容面積(或者是等效的 振膜面積)，參數(shù)Xo為于平衡點(diǎn)(如無(wú)聲音輸入)上，振膜與背板間的間距 (spacing),而距離x為由平衡點(diǎn)的額外偏移移動(dòng)量。因此，橫跨電容的電壓 與輸入聲級(jí)(sound level)成比例。再者，聲壓(sound pressure)可轉(zhuǎn)換為損^,于 電容的電壓信號(hào)，而近代的駐極體電容麥克風(fēng)的電容210的電容值大約為 5pF 10pF。
電容降低電路204包括電容網(wǎng)絡(luò)212以及增益級(jí)214。增益級(jí)214包括 輸出端以及耦接于轉(zhuǎn)換器202的輸入端。電容網(wǎng)絡(luò)212耦接于增益級(jí)214的 輸出端以及轉(zhuǎn)換器202之間，用以提供等效電容。前置放大器206耦接于增 益級(jí)214，用以放大由聲音信號(hào)所轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)。前置放大器206可包括 一對(duì)二極管216與218以及結(jié)型場(chǎng)效晶體管(Junction Field Effect Transistor, JFET)220。 二極管216與218以反相并聯(lián)方式(例如一者為順向偏壓而另一 者為反向偏壓)耦接于轉(zhuǎn)換器202與接地點(diǎn)的之間，用以提供靜電放電的電 流路徑。二極管216與218的尺寸必須大到足以釋放可能損壞麥克風(fēng)200的 靜電電流，然而，二極管216與218同時(shí)產(chǎn)生了大寄生電容。結(jié)型場(chǎng)效晶體 管220是i殳計(jì)為不具寄生效應(yīng)的純粹結(jié)型場(chǎng)效晶體管，具有耦接至轉(zhuǎn)換器202 的柵極、耦接至接地點(diǎn)的源極、耦接至輸出端V。w的漏極以及耦接至供應(yīng)電 源VDD的負(fù)載電阻224。結(jié)型場(chǎng)效晶體管220是偏壓為共源極結(jié)構(gòu)，可得其 漏極的增益為A肌產(chǎn)Gm.R^其中參數(shù)Gm代表結(jié)型場(chǎng)效晶體管220的跨導(dǎo) (trans-conductance ),而參數(shù)RL代表結(jié)型場(chǎng)效晶體管220的負(fù)載電阻224的 阻抗。電容222代表二極管216與218以及結(jié)型場(chǎng)效晶體管220所造成的整 體寄生電容，而增益級(jí)214以及電容網(wǎng)絡(luò)212共同形成負(fù)電容以減少寄生電 容。負(fù)電容可由增益級(jí)214以及電容網(wǎng)絡(luò)212的等效電容控制，而詳細(xì)控制 方法于后文描述。
由基爾霍夫電流守恒定律(Kirchhoff current conservation law)可知，對(duì)
于任何節(jié)點(diǎn)而言，總網(wǎng)絡(luò)輸入電流為零，因此對(duì)于前置放大器206的輸入節(jié) 點(diǎn)，其網(wǎng)絡(luò)電流為sC,(K - 。 + sC2(0- K) + ^3(72 -K) = 0 ,其中參數(shù)Vs為轉(zhuǎn)換
自聲音信號(hào)的電壓，參數(shù)V1為前置放大器206的輸入節(jié)點(diǎn)的電壓，參數(shù)V2 為增益級(jí)214的輸出端的電壓，參數(shù)C1為電容210的電容值，參數(shù)C2為寄 生電容222的電容值，而參數(shù)C3為電容網(wǎng)絡(luò)212的等效電容值。 假設(shè)增益級(jí)214的增益為G,則《(k、d + (2(-。 + (3- &) = 0 ，且 k=-^-k'。
顯然地，若未使用電容降低電路204,電壓Vs于前置放大器206的輸入 節(jié)點(diǎn)將會(huì)衰減(例如(l-G).C3-0 )。在特定的狀況中，若使用電容降低電路204， 當(dāng)選擇增益G為2且等效電容C3選擇與寄生電容C2相同時(shí)，電壓VI將維 持在Vs的電壓值，避免電壓Vs受到寄生電容的影響。
圖3至圖5顯示圖2的電容降低電路204的不同的實(shí)施例。圖3至圖5 所顯示的轉(zhuǎn)換器與前置放大器具有與圖2的轉(zhuǎn)換器與前置放大器相同的結(jié) 構(gòu)，因此不予贅述以精簡(jiǎn)說(shuō)明。圖3中，電容網(wǎng)絡(luò)212可包括電容302，而 增益級(jí)214可包括運(yùn)算放大器304以及電阻306與308。運(yùn)算放大器304包 括反相輸入端、耦接至轉(zhuǎn)換器202的非反相輸入端、以及耦接至電容302的 輸出端。在此實(shí)施例中，增益級(jí)214的增益為(l+Rl/R2)，其中R1與R2分 別為電阻306與308的阻抗，而負(fù)電阻可借由改變電容302的電容值或電阻 306與308的阻抗比例而調(diào)整。在特定情況中，電容302的電容值可選擇為 寄生電容222的電容值，而電阻308的阻抗可選擇為電阻306的阻抗值以確 保電壓Vs不會(huì)因?yàn)榧纳娙?22而在前置放大器206的輸入節(jié)點(diǎn)衰減。圖4 中，電容網(wǎng)絡(luò)212可包括電容402、 404、 406以及開關(guān)408、 410、 412。各 電容402、 404、 406皆包括耦接至轉(zhuǎn)換器202的第一端子。各開關(guān)408、 410、 412分別耦接至所對(duì)應(yīng)的電容402 ， 404或406的第二端子以及增益級(jí)214的 輸出端之間。開關(guān)408、 410、 412用以調(diào)整電容網(wǎng)絡(luò)212的等效電容。例如， 當(dāng)開關(guān)408、 410、 412皆導(dǎo)通時(shí)，等效電容將大于開關(guān)408、 410、 412皆導(dǎo) 通而開關(guān)412不導(dǎo)通的情況。必須注意的是，電容以及開關(guān)的數(shù)目并不受限 于圖4所示的范例，其它電容網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)也可實(shí)施而不違背本發(fā)明的精神。 圖5中，增益級(jí)214可包括運(yùn)算放大器502,電阻504與508，以及電阻網(wǎng)絡(luò) 506。運(yùn)算放大器502包括反相輸入端、耦接至轉(zhuǎn)換器202的非反相輸入端、 以及耦接至電容網(wǎng)絡(luò)212的輸出端。電阻504耦接于運(yùn)算放大器502的輸出 端以及反相輸入端之間，電阻網(wǎng)絡(luò)506耦接至運(yùn)算放大器502的反相輸入端， 而電阻508耦接于電阻網(wǎng)絡(luò)506以及接地點(diǎn)之間。電阻網(wǎng)絡(luò)506可包括電阻 510與512以及開關(guān)514與516。電阻510與512串接于運(yùn)算放大器502的反 相輸入端以及電阻508之間，而開關(guān)514與516分別與電阻510以及512并聯(lián)。開關(guān)5"與516用來(lái)調(diào)整電阻網(wǎng)絡(luò)506的等效阻抗。例如，當(dāng)開關(guān)514 與516皆不導(dǎo)通時(shí)，等效阻抗將大于開關(guān)514導(dǎo)通而開關(guān)516不導(dǎo)通的情況。 調(diào)整電阻網(wǎng)絡(luò)506的等效阻抗可改變?cè)鲆婕?jí)214的增益，必須注意的是，電 阻以及開關(guān)的數(shù)目并不受限于圖5所示的范例，其它電阻網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)也可實(shí) 施而不違背本發(fā)明的精神。
圖6是顯示使用于麥克風(fēng)的音頻處理方法的實(shí)施例。首先，接收聲音信 號(hào)(步驟S602)。接下來(lái)，轉(zhuǎn)換聲音信號(hào)為第一電壓信號(hào)(步驟S604)。接下 來(lái)，提供前置放大器以放大第一電壓信號(hào)(步驟S606)。最后，提供負(fù)電容 以在放大第一電壓之前減少前置放大器的輸入節(jié)點(diǎn)的寄生電容(步驟S608 )。 在實(shí)施例中，負(fù)電容可由電容網(wǎng)絡(luò)提供，電容網(wǎng)絡(luò)包括耦接至前置放大器的 第一端子以及接收大于第一電壓信號(hào)的第二電壓信號(hào)的第二端子，而借由調(diào) 整電容網(wǎng)絡(luò)的等效電容可調(diào)整負(fù)電容的值。在其它實(shí)施例中，第二電壓信號(hào) 可借由以大于一的增益放大第一電壓信號(hào)而產(chǎn)生，而借由調(diào)整增益可調(diào)整負(fù) 電容的值。在另一實(shí)施例中，負(fù)電容的值可借由同時(shí)調(diào)整電容網(wǎng)絡(luò)的等效電 容以及增益而決定，而等效電容可選擇為寄生電容值而增益可選擇為2以完 全消除寄生電容。
本發(fā)明雖以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任 何熟習(xí)此項(xiàng)技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許的更動(dòng)與 潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
9
權(quán)利要求
1.一種音頻處理系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)換器，用以將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；增益級(jí)，包括輸出端以及耦接至上述轉(zhuǎn)換器的輸入端；電容網(wǎng)絡(luò)，耦接于上述增益級(jí)的上述輸出端以及上述轉(zhuǎn)換器之間，用以提供等效電容；以及前置放大器，耦接于上述轉(zhuǎn)換器，用以放大上述電壓信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的音頻處理系統(tǒng)，其中上述前置放大器更包括以反 向方式連接的一對(duì)二極管，耦接于上述轉(zhuǎn)換器以及接地點(diǎn)之間，用以提供靜 電放電的電流^各徑。
3. 如權(quán)利要求1所述的音頻處理系統(tǒng)，其中上述前置放大器引起寄生電 容，而上述增益級(jí)以及上述電容網(wǎng)絡(luò)共同形成負(fù)電容以減少上述寄生電容。
4. 如權(quán)利要求3所述的音頻處理系統(tǒng)，其中上述負(fù)電容是根據(jù)上述電容 網(wǎng)絡(luò)的等效電容以及上述增益級(jí)的增益所決定。
5. 如權(quán)利要求1所述的音頻處理系統(tǒng)，其中上述增益級(jí)更包括 運(yùn)算放大器，包括反相輸入端、耦接于上述轉(zhuǎn)換器的非反相輸入端、以及耦接于上述電容網(wǎng)絡(luò)的輸出端；第一電阻，耦接于上述運(yùn)算放大器的上述輸出端以及上述反相輸入端之 間；以及第二電阻，耦接于上述反相輸入端以及接地點(diǎn)之間。
6. 如權(quán)利要求1所述的音頻處理系統(tǒng)，其中上述電容網(wǎng)絡(luò)包括電容。
7. 如權(quán)利要求1所述的音頻處理系統(tǒng)，其中上述電容網(wǎng)絡(luò)包括 復(fù)數(shù)電容，各上述電容包括耦接至上述轉(zhuǎn)換器的第一端子以及第二端子；以及復(fù)數(shù)開關(guān)，各上述開關(guān)分別耦接于對(duì)應(yīng)的上述電容的上述第二端子以及 上述增益級(jí)的上述輸出端之間，用以調(diào)整上述電容網(wǎng)絡(luò)的等效電容。
8. 如^又利要求l所述的音頻處理系統(tǒng)，其中上述增益級(jí)更包括 運(yùn)算放大器，包括反相輸入端、耦接于上述轉(zhuǎn)換器的非反相輸入端、以及耦接于上述電容網(wǎng)絡(luò)的輸出端；第一電阻，耦接于上述運(yùn)算放大器的上述輸出端以及上述反相輸入端之間；電阻網(wǎng)絡(luò)，耦接于上述反相輸入端；以及 第二電阻，耦接于上述電阻網(wǎng)絡(luò)以及接地點(diǎn)之間。
9. 如權(quán)利要求1所述的音頻處理系統(tǒng)，其中上述電阻網(wǎng)絡(luò)包括 復(fù)數(shù)第三電阻，串聯(lián)于上述反相輸入端以及上述第二電阻之間；以及 復(fù)數(shù)開關(guān)，各上述開關(guān)分別與上述第三電阻并聯(lián)，用以調(diào)整上述電阻網(wǎng)絡(luò)的等效電阻。
10. —種音頻處理方法，包^": 接收聲音信號(hào)；將上述聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一電壓信號(hào)； 提供前置放大器以放大上述第一電壓信號(hào)；提供負(fù)電容以在放大上述第一電壓信號(hào)之前減少上述前置放大器的輸入 節(jié)點(diǎn)的寄生電容。
11. 如權(quán)利要求IO所述的音頻處理方法，其中上述負(fù)電容由電容網(wǎng)絡(luò)提 供，上述電容網(wǎng)絡(luò)包括耦接至上述前置放大器的第一端子以及接收大于上述 第一電壓信號(hào)的第二電壓信號(hào)的第二端子。
12. 如權(quán)利要求11所述的音頻處理方^^,中上述負(fù)電容的值是透過(guò)調(diào) 整上述電容網(wǎng)絡(luò)的等效電容而決定。
13. 如權(quán)利要求11所述的音頻處理方法，其中上述負(fù)電容的產(chǎn)生是借由 以大于一的增益放大上述第一電壓信號(hào)以產(chǎn)生上述第二電壓信號(hào)。
14. 如權(quán)利要求D所述的音頻處理方法，其中上述負(fù)電容的值是透過(guò)調(diào) 整上述增益而決定。
15. 如權(quán)利要求IO所述的音頻處理方法，其中上述負(fù)電容的值是由上述 電容網(wǎng)絡(luò)的等效電容以及上述增益所決定。
16. 如權(quán)利要求15所述的音頻處理方法，其中上述等效電容是選擇為上 述寄生電容的值而上述增益的值是選擇為2。
全文摘要
一種音頻處理系統(tǒng)。音頻處理系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)換器，增益級(jí)，電容網(wǎng)絡(luò)，以及前置放大器。轉(zhuǎn)換器用以將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。增益級(jí)包括輸出端以及耦接至轉(zhuǎn)換器的輸入端。電容網(wǎng)絡(luò)耦接于增益級(jí)的輸出端以及轉(zhuǎn)換器之間，用以提供等效電容。前置放大器耦接于轉(zhuǎn)換器，用以放大電壓信號(hào)。
文檔編號(hào)H04R3/00GK101583063SQ20091000339
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日
發(fā)明者吳立德 申請(qǐng)人:美商富迪科技股份有限公司