專利名稱：Mems麥克風(fēng)電路、上位機(jī)電路以及進(jìn)入編程模式的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路(Integrated Circuit)的硬件實現(xiàn),尤其涉及一種可配置參數(shù)的MEMS麥克風(fēng)電路結(jié)構(gòu)，以及與其配合的上位機(jī)電路結(jié)構(gòu)，還涉及進(jìn)入編程模式的方法。
背景技術(shù)：
目前市場上銷售的麥克風(fēng)主要有動圈式、電容式、駐極體和最近新興的硅微傳聲器，此外還有液體傳聲器和激光傳聲器等。動圈傳聲器音質(zhì)較好，但體積龐大。駐極體ECM (Electret Condenser Microphone,駐極體電容麥克風(fēng))傳聲器體積小巧,成本低廉,在電話、手機(jī)等設(shè)備中廣泛使用?；贑MOS MEMSCMicro Electro Meganetic System,微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)的硅麥克風(fēng)體積更小，特別適合高性價比的應(yīng)用。MEMS麥克風(fēng)包含一個MEMS聲電傳感器和一個信號預(yù)放大電路。電容型的MEMS聲電傳感器將聲壓轉(zhuǎn)換為電容容值的變化，由于儲存的電荷數(shù)一定，這種變化會反應(yīng)為電容兩端的電壓的變化。電壓的變化通過信號預(yù)放大電路的處理，轉(zhuǎn)化為后續(xù)電路可用的輸出信號。同時信號預(yù)放大電路給MEMS聲電傳感器提供所需的偏置電壓。MEMS麥克風(fēng)的靈敏度指的是在IPa的聲壓下，電路輸出的電信號幅度，單位是mV/ Pa，他由MEMS傳感器的靈敏度和放大器的增益組成。傳統(tǒng)的ECM麥克風(fēng)由于本身工藝的局限性，即使是同一批次的產(chǎn)品，靈敏度也有較大的偏差。MEMS麥克風(fēng)由于基于的是硅工藝， 一致性遠(yuǎn)好于ECM麥克風(fēng)，但是仍然存在偏差。在很多應(yīng)用中對麥克風(fēng)的靈敏度的偏差都有一定的要求，偏差過大會導(dǎo)致過低的良率。因此，能對成品進(jìn)行靈敏度的修正變的很有需要，目前在芯片的制造過程中，往往會通過修改幾層掩膜，或者是在晶圓級測試過程中，通過額外的引腳，通過編程來實現(xiàn)對預(yù)放大器電路參數(shù)的修改。鑒于產(chǎn)品的可靠性和制造成本考慮一種結(jié)構(gòu)簡單，可直接對已完成封裝的麥克風(fēng)成品進(jìn)行參數(shù)配置，而不需要修改掩膜的MEMS麥克風(fēng)就成為一種需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可配置參數(shù)的MEMS麥克風(fēng)電路，同時提供一種與 MEMS麥克風(fēng)電路相配合的上位機(jī)電路，還提供一種MEMS麥克風(fēng)電路進(jìn)入編程模式的方法。 本發(fā)明可對已完成封裝的麥克風(fēng)成品進(jìn)行參數(shù)的修改，通過對部分由于工藝偏差引起的不良產(chǎn)品進(jìn)行參數(shù)修正，使其達(dá)到規(guī)范要求。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明提供一種MEMS麥克風(fēng)電路,包括MEMS聲電傳感器和信號預(yù)放大電路,所述信號預(yù)放大電路包括放大器、電荷泵、接口控制電路和OTP存儲器；所述電荷泵與MEMS聲電傳感器連接，用于為MEMS聲電傳感器提供偏置電壓；所述放大器與MEMS聲電傳感器連接，用于放大MEMS聲電傳感器產(chǎn)生的電信號；所述OTP存儲器與放大器連接，用于程序的存儲； 所述接口控制電路與放大器以及OTP存儲器連接，用于實現(xiàn)輸出引腳的復(fù)用并和上位機(jī)通訊，以及對OTP存儲器進(jìn)行讀寫以配置內(nèi)部電路。其進(jìn)一步的技術(shù)方案為所述放大器由電流源偏置電路、第一級放大電路和第二級驅(qū)動電路組成；所述電流源偏置電路上連接有第一開關(guān)，所述第二級驅(qū)動電路包括PMOS 管和NMOS管，所述PMOS管的漏極和柵極之間連接有密勒補(bǔ)償電路和第二開關(guān)，所述NMOS 管的源極和柵極之間連接有第三開關(guān)，所述PMOS管的源極和柵極之間連接有第四開關(guān)。本發(fā)明同時提供一種與MEMS麥克風(fēng)電路相配合的上位機(jī)電路，包括相互連接的時序發(fā)生器電路和驅(qū)動電路；所述時序發(fā)生器電路用于產(chǎn)生可被MEMS麥克風(fēng)內(nèi)部的接口電路所識別的時序信號；所述驅(qū)動電路由三態(tài)門和上拉電阻組成，所述三態(tài)門的編程引腳通過所述上拉電阻與電源連接。本發(fā)明更提供一種MEMS麥克風(fēng)電路進(jìn)入編程模式的方法，包括以下步驟1) MEMS麥克風(fēng)電路上電，上位機(jī)處于強(qiáng)上拉狀態(tài)；2):等待高電平檢測；3) :MEMS麥克風(fēng)電路通過其接口電路中的比較器判斷此時輸出引腳的狀態(tài)是否為高電平，若為高電平，則轉(zhuǎn)入步驟4);若為低電平，則轉(zhuǎn)入步驟7) ；4):密碼序列的輸入；5):判斷輸入的密碼序列是否正確，若密碼序列輸入完全正確，則轉(zhuǎn)入步驟6);若密碼序列輸入錯誤，則轉(zhuǎn)入步驟7) ；6) MEMS麥克風(fēng)電路進(jìn)入編程模式；7) =MEMS麥克風(fēng)電路正常啟動，進(jìn)入普通工作模式。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是
本發(fā)明能在成品測試階段通過復(fù)用信號輸出引腳，通過一定的編程時序，實現(xiàn)對芯片內(nèi)部寄存器的控制，從而實現(xiàn)對電路增益，電荷泵電壓等其他參數(shù)的修改。和傳統(tǒng)的方法相比，本發(fā)明最大的優(yōu)勢在于對已完成封裝的麥克風(fēng)成品進(jìn)行參數(shù)的修改，使對部分由于工藝偏差引起的不良產(chǎn)品，通過進(jìn)行參數(shù)的修正，達(dá)到規(guī)范要求。另外不需要修改掩膜，僅通過對芯片的編程即可實現(xiàn)不同規(guī)格要求的產(chǎn)品(例如不同的靈敏度)。


圖I是MEMS麥克風(fēng)電路的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是MEMS麥克風(fēng)電路中的放大器在編程模式下的配置示意圖。圖3是MEMS麥克風(fēng)電路在編程模式下和上位機(jī)的連接示意圖。圖4是進(jìn)入編程模式的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進(jìn)一步說明。圖I是本發(fā)明的MEMS麥克風(fēng)電路的結(jié)構(gòu)框圖，其包括一個MEMS聲電傳感器I和一個信號預(yù)放大電路2。信號預(yù)放大電路2和傳統(tǒng)的芯片結(jié)構(gòu)不同，除了包括主要功能模塊如放大器3、電荷泵4以外,還包括接口控制電路6和OTP (One Time Programmable, — 次性可編程)存儲器5。電荷泵4用來給MEMS聲電傳感器I提供偏置電壓，放大器3放大 MEMS聲電傳感器I產(chǎn)生的電信號。接口控制電路6用來實現(xiàn)OUT弓丨腳的復(fù)用并且完成和上位機(jī)的通訊，通過接口控制電路6對OTP存儲器5進(jìn)行讀寫，達(dá)到配置內(nèi)部電路的目的。圖2是放大器3增益級的簡略圖，其可以等效為一個兩級運(yùn)算放大器。左邊是電流源偏置電路，中間的第一級放大電路圖中未畫出。右邊是第二級驅(qū)動級電路。當(dāng)處于正常工作模式時，開關(guān)SI閉合，電流源偏置正常工作；開關(guān)S2閉合，密勒補(bǔ)償電路工作；開關(guān)S3和開關(guān)S4處于斷開狀態(tài)，此時放大器3的增益級即一個正常工作的二級運(yùn)算放大器。當(dāng)處于編程模式時，由于此時輸出引腳被復(fù)用為編程引腳，為了避免出現(xiàn)外部驅(qū)動信號和內(nèi)部放大器雙驅(qū)動情況，內(nèi)部放大器對外需進(jìn)入一個高阻狀態(tài)。此時開關(guān)SI斷開，電流源偏置被切斷；開關(guān)S2斷開；開關(guān)S3和開關(guān)S4閉合，使上端的PMOS管和下端的NMOS管都處于截止?fàn)顟B(tài)，如此從OUT端往放大器看便呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。通過上述開關(guān)的控制，放大器3在正常情況下完成普通運(yùn)算放大器的功能；在編程模式下，通過配置開關(guān)對外實現(xiàn)高阻的狀態(tài)。圖3是本發(fā)明的MEMS麥克風(fēng)電路和上位機(jī)的連接示意圖，其中上位機(jī)包含一個時序發(fā)生器7，其用于產(chǎn)生滿足一定要求的時序信號，此信號會被麥克風(fēng)內(nèi)部的信號預(yù)放大電路內(nèi)部的接口控制電路識別。另外，上位機(jī)還包含驅(qū)動電路8。驅(qū)動電路8由三態(tài)門和上拉電阻組成。三態(tài)門可以控制電路是否強(qiáng)上拉到電源，以及是否下拉到地，或者三態(tài)門處于高阻狀態(tài)，輸出PRG引腳通過一電阻弱上拉到電源。需要此三種模式是為了被芯片所識別完成相對應(yīng)的任務(wù)。在對麥克風(fēng)內(nèi)部芯片編程的時候。由于是單線協(xié)議，沒有時鐘信號，為了區(qū)分O和I。在芯片內(nèi)部有一振蕩器產(chǎn)生的時鐘基準(zhǔn)。當(dāng)外部脈沖寬度大于此時鐘基準(zhǔn)時，即被認(rèn)為是1，當(dāng)脈沖寬度小于時候基準(zhǔn)的時候即被認(rèn)為是O。圖3中的MEMS麥克風(fēng)和上位機(jī)除電源線和地線外，通過單線連接。驅(qū)動電路可以實現(xiàn)強(qiáng)上拉、強(qiáng)下拉和高阻并由電阻實現(xiàn)弱上拉三種邏輯狀態(tài)。在和芯片通信的過程中，強(qiáng)下拉為低電平，弱上拉為高電平，并由高電平的長短區(qū)分O和I。之所以要采用弱上拉，是可以讓芯片從內(nèi)部通過下拉晶體管下拉OUT引腳以實現(xiàn)讀出芯片內(nèi)部狀態(tài)的目的。圖4是本發(fā)明進(jìn)入編程模式的流程圖。為了使麥克風(fēng)進(jìn)入編程狀態(tài)，上電時由內(nèi)部比較器判斷是否引腳狀態(tài)為高電平，若為高，等待密碼序列的輸入，若密碼序列正確，則進(jìn)入編程狀態(tài)。若上電時狀態(tài)不為高或者密碼輸入錯誤，麥克風(fēng)均進(jìn)入正常工作模式。具體步驟為在麥克風(fēng)上電的時候(步驟SI)，上位機(jī)處于強(qiáng)上拉狀態(tài)。此時在上電后的IOms 內(nèi)(步驟S2)，麥克風(fēng)通過接口電路中的比較器檢測是否此時OUT引腳處于強(qiáng)上拉狀態(tài)(步驟S3)。如果是則等待密碼的輸入(步驟S4)。如果不是則正常啟動(步驟S7)。密碼是由多位0，I序列組成的驗證碼，為了防止在實際使用過程中誤觸發(fā)而進(jìn)入編程狀態(tài)。如果密碼輸錯，狀態(tài)機(jī)自動跳出，芯片正常啟動(步驟S7)。如果密碼輸入完全正確(步驟S5)，則芯片進(jìn)入編程狀態(tài)(步驟S6)。通過長短脈沖的方式給芯片內(nèi)部寫入0，I信號?？蓪崿F(xiàn)對內(nèi)部 OTP的配置和燒寫。以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明不限于以上實施例。可以理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的基本構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進(jìn)和變化， 均應(yīng)認(rèn)為包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種MEMS麥克風(fēng)電路，其特征在于包括MEMS聲電傳感器(I)和信號預(yù)放大電路 (2 )，所述信號預(yù)放大電路(2 )包括放大器(3 )、電荷泵(4 )、接口控制電路(6 )和OTP存儲器 (5 );所述電荷泵(4)與MEMS聲電傳感器(I)連接，用于為MEMS聲電傳感器(I)提供偏置電壓；所述放大器(3)與MEMS聲電傳感器(I)連接，用于放大MEMS聲電傳感器(I)產(chǎn)生的電信號；所述OTP存儲器(5)與放大器(3)連接，用于程序的存儲；所述接口控制電路(6)與放大器(3)以及OTP存儲器(5)連接，用于實現(xiàn)輸出引腳的復(fù)用并和上位機(jī)通訊，以及對OTP 存儲器(5)進(jìn)行讀寫以配置內(nèi)部電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述MEMS麥克風(fēng)電路，其特征在于所述放大器(3)由電流源偏置電路、第一級放大電路和第二級驅(qū)動電路組成；所述電流源偏置電路上連接有第一開關(guān)(SI)，所述第二級驅(qū)動電路包括PMOS管和NMOS管，所述PMOS管的漏極和柵極之間連接有密勒補(bǔ)償電路和第二開關(guān)(S2 )，所述NMOS管的源極和柵極之間連接有第三開關(guān)(S3 )，所述 PMOS管的源極和柵極之間連接有第四開關(guān)(S4)。
3.—種與MEMS麥克風(fēng)電路相配合的上位機(jī)電路，其特征在于包括相互連接的時序發(fā)生器電路(7)和驅(qū)動電路(8);所述時序發(fā)生器電路(7)用于產(chǎn)生可被MEMS麥克風(fēng)內(nèi)部的接口電路所識別的時序信號；所述驅(qū)動電路(8)由三態(tài)門和上拉電阻組成，所述三態(tài)門的編程引腳通過所述上拉電阻與電源連接。
4.一種MEMS麥克風(fēng)電路進(jìn)入編程模式的方法，其特征在于包括以下步驟步驟I) =MEMS麥克風(fēng)電路上電，上位機(jī)處于強(qiáng)上拉狀態(tài)；步驟2):等待高電平檢測；步驟3):MEMS麥克風(fēng)電路通過其接口電路中的比較器判斷此時輸出引腳的狀態(tài)是否為高電平，若為高電平，則轉(zhuǎn)入步驟4);若為低電平，則轉(zhuǎn)入步驟7);步驟4):密碼序列的輸入；步驟5):判斷輸入的密碼序列是否正確，若密碼序列輸入完全正確，則轉(zhuǎn)入步驟6);若密碼序列輸入錯誤，則轉(zhuǎn)入步驟7)；步驟6) =MEMS麥克風(fēng)電路進(jìn)入編程模式；步驟7) :MEMS麥克風(fēng)電路正常啟動，進(jìn)入普通工作模式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種MEMS麥克風(fēng)電路，包括MEMS聲電傳感器和信號預(yù)放大電路，信號預(yù)放大電路包括放大器、電荷泵、接口控制電路和OTP存儲器；電荷泵與MEMS聲電傳感器連接，放大器與MEMS聲電傳感器連接，OTP存儲器與放大器連接，接口控制電路與放大器以及OTP存儲器連接。本發(fā)明同時提供與MEMS麥克風(fēng)電路相配合的上位機(jī)電路，以及MEMS麥克風(fēng)電路進(jìn)入編程模式的方法。本發(fā)明可對已完成封裝的麥克風(fēng)成品進(jìn)行參數(shù)的修改，通過對部分由于工藝偏差引起的不良產(chǎn)品進(jìn)行參數(shù)修正，使其達(dá)到規(guī)范要求。
文檔編號H04R19/01GK102611974SQ201210060600
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者朱瀟挺, 蔣振雷 申請人:無錫納訊微電子有限公司