專利名稱：微麥克風(fēng)讀出電路及讀出方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有源電阻的傳感器讀出電路與其讀出方法，具體講，微麥克風(fēng)讀出電路。
背景技術(shù)：
MEMS微麥克風(fēng)讀出電路的結(jié)構(gòu)主要由MEMS電容，前置放大器，電荷泵，帶隙基準(zhǔn)四個部分組成，其中，電荷泵給MEMS電容提供電荷。圖I為傳統(tǒng)MEMS微麥克風(fēng)讀出電路的方法，在MEMS電容和前置放大器之間采用一個很大的電阻(阻值一般達(dá)到幾G歐)使電荷緩慢釋放，這個電阻無法集成到集成電路里面，只能在外圍電路實現(xiàn)。這給MEMS微麥克風(fēng)的集成化制造障礙。所以考慮采取一種替代的方法將電阻替代成可以集成到集成電路中的器件來實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微麥克風(fēng)信號引出技術(shù)方案，實現(xiàn)微麥克風(fēng)的集成化，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，微麥克風(fēng)讀出電路，包括MEMS電容，前置放大器，電荷泵，帶隙基準(zhǔn)，放大器，濾波器，電荷泵給MEMS電容提供電荷，還包括有電荷釋放裝置，電荷釋放裝置的Zl、Z2、Z3端分別依次對應(yīng)連接前置放大器的輸入端、MEMS電容輸出、電荷泵的輸出；Z1、Z2端之間連接有一個電阻，Zl、Z2端分別各自連接一個二極管負(fù)極，二極管正極接地；兩個PMOS管PU P2柵極相連并接地，漏極相連并連接到NMOS管NI的源極，PMOS管Pl源極接Z2端，PMOS管P2源極接PMOS管P3柵極，PMOS管P3源極、漏極通過短接電阻相連，PMOS管P3源極接Z3端；NM0S管NI的漏極接地，NMOS管NI的柵極由鉗位電路給出固定直流電壓。除MEMS電容外，其它組成部分均集成在一塊集成電路芯片中。微麥克風(fēng)讀出方法，借助于微麥克風(fēng)讀出電路實現(xiàn)，并包括下列步驟當(dāng)電路啟動時，電荷泵開始工作，通過MEMS轉(zhuǎn)化器耦合到芯片內(nèi)部的電荷迅速增加，當(dāng)Vin處的電壓大于500mV時，使PMOS管Pl與NMOS管NI均導(dǎo)通，且均工作在飽和區(qū)，電荷從PMOS管Pl經(jīng)過NMOS管NI迅速釋放到地，當(dāng)Vin處的電壓降低到500mV以下的時候，使PMOS管Pl工作在亞閾值區(qū)，使NMOS管NI工作在線性區(qū)，電荷釋放的速度有所減慢，但是仍然能夠比較快速釋放，當(dāng)Vin處的電壓降低到250mV以下得時候，PMOS管Pl工作在截止區(qū)，使NMOS管NI工作在線性區(qū)，此時使PMOS管Pl通路上利用微小的漏電流來釋放電荷，此時的PMOS管Pl為一個阻值很大的電阻，用來緩慢釋放電荷。本發(fā)明的技術(shù)特點及效果本發(fā)明采用MOS管、三極管、小電阻和二極管實現(xiàn)緩慢釋放電荷裝置，因而能夠集 成到集成電路中，并且功耗較小，在電荷較多的時候能夠迅速釋放電荷，建立時間能夠大幅度減小。


圖I.傳統(tǒng)MEMS微麥克風(fēng)讀出電路的方法。圖2.新設(shè)計的MEMS微麥克風(fēng)讀出電路的方法。圖3.最佳實施方式的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式由于MEMS麥克風(fēng)工作時,會在前置放大器的輸入部分積累電荷，因而需要一個釋放電荷的裝置，但是電荷釋放的過程不能太快，否則MEMS電容產(chǎn)生的交流信號會產(chǎn)生失真，因而需要一個緩慢的釋放電荷過程。本發(fā)明的目的是采用MOS管、三極管、小電阻和二極管來實現(xiàn)這種緩慢釋放電荷
>J-U裝直。圖2為新設(shè)計的MEMS微麥克風(fēng)讀出電路的方法，在MEMS電容和前置放大器之間采用一個電路結(jié)構(gòu)，同樣能夠使電荷緩慢釋放的功能。并且這個系統(tǒng)可以集成到集成電路里面，占用面積小，功耗低，省去了部分外圍電路。圖2中，本發(fā)明設(shè)置有MEMS電容，前置放大器，電荷泵，帶隙基準(zhǔn)，放大器，濾波器，電荷泵給MEMS電容提供電荷，還包括有電荷釋放裝置，電荷釋放裝置的Zl、Z2、Z3端分別依次對應(yīng)連接前置放大器的輸入端、MEMS電容輸出、電荷泵的輸出；Z1、Z2端之間連接有一個電阻，Z1、Z2端分別各自連接一個二極管負(fù)極，二極管正極接地；兩個PMOS管PU P2柵極相連并接地，漏極相連并連接到NMOS管NI的源極，PMOS管Pl源極接Z2端，PMOS管P2源極接PMOS管P3柵極，PMOS管P3源極、漏極通過短接電阻相連，PMOS管P3源極接Z3端；NM0S管NI的漏極接地，NMOS管NI的柵極由鉗位電路給出固定直流電壓。當(dāng)給入一個偏置電流以后，A點的電壓值會穩(wěn)定在一個點，為電源電壓VDD減去三極管導(dǎo)通電壓，這里的電源電壓可以是1.5V-3.3V的任意值。這時，由A點控制的NMOS管(N-Mental-Oxide-Semiconductor, N型金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管)導(dǎo)通使得存儲的電荷能夠通過這個NMOS管泄露到地。電路中NMOS管與PMOS管 (P-Mental-Oxide-Semiconductor, P型金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體管)閾值電壓均為500mV左右。當(dāng)電路啟動時，電荷泵開始工作，通過MEMS轉(zhuǎn)化器耦合到芯片內(nèi)部的電荷迅速增力口，當(dāng)Vin處的電壓較高的時候(大于500mV)，P1管與NI管均導(dǎo)通，工作在飽和區(qū)，電荷從Pl經(jīng)過NI迅速釋放到地，當(dāng)Vin處的電壓降低到500mV以下的時候，Pl管工作在亞閾值區(qū)，NI管工作在線性區(qū)，電荷釋放的速度有所減慢，但是仍然能夠比較快速釋放，當(dāng)Vin處的電壓降低到250mV以下得時候，Pl管工作在截止區(qū)，NI管工作在線性區(qū)，此時Pl通路上利用微小的漏電流來釋放電荷，此時的Pl管可以看做一個阻值很大的電阻，能夠起到圖I中電阻器R的作用，來緩慢釋放電荷。圖2中二極管和三極管都是作為ESD(Electro-Static discharge,靜電釋放)保護(hù)，防止瞬間高壓損壞器件。電荷泵通過一個當(dāng)作電容來使用的耐高壓的MOS管來提供電荷。圖3為最佳實施方式的電路結(jié)構(gòu)圖，各管尺寸如表I所示。圖中Zl接微麥克風(fēng)讀出電路前置放大器的輸入端，Z2接MEMS電容，Z3接電荷泵的輸出。表I給出的是電路結(jié)構(gòu)中各晶體管的尺寸。其中P1、P2、P3為普通的PMOS管，NI為普通的NMOS管。Ql與D1、D2作為ESD保護(hù)使用。表2給出的是電路結(jié)構(gòu)中各電阻的阻值。當(dāng)電源電壓為3.3V時，電路穩(wěn)定后NI支路電流值約為0，Rl支路電流值為2. 59uA。表I
權(quán)利要求
1.一種微麥克風(fēng)讀出電路，其特征是，包括MEMS電容，前置放大器，電荷泵，帶隙基準(zhǔn)，放大器，濾波器，電荷泵給MEMS電容提供電荷，還包括有電荷釋放裝置，電荷釋放裝置的ZU Z2、Z3端分別依次對應(yīng)連接前置放大器的輸入端、MEMS電容輸出、電荷泵的輸出；Z1、Z2端之間連接有一個電阻，Z1、Z2端分別各自連接一個二極管負(fù)極，二極管正極接地；兩個PMOS管PU P2柵極相連并接地，漏極相連并連接到NMOS管NI的源極，PMOS管Pl源極接Z2端，PMOS管P2源極接PMOS管P3柵極，PMOS管P3源極、漏極通過短接電阻相連，PMOS管P3源極接Z3端；NM0S管NI的漏極接地，NMOS管NI的柵極由鉗位電路給出固定直流電壓。
2.如權(quán)利要求I所述的微麥克風(fēng)讀出電路，其特征是，除MEMS電容外，其它組成部分均集成在一塊集成電路芯片中。
3.一種微麥克風(fēng)讀出方法，其特征是，借助于微麥克風(fēng)讀出電路實現(xiàn)，并包括下列步驟當(dāng)電路啟動時，電荷泵開始工作，通過MEMS轉(zhuǎn)化器耦合到芯片內(nèi)部的電荷迅速增加，當(dāng)Vin處的電壓大于500mV時，使PMOS管Pl與NMOS管NI均導(dǎo)通，且均工作在飽和區(qū)，電荷從PMOS管Pl經(jīng)過NMOS管NI迅速釋放到地，當(dāng)Vin處的電壓降低到500mV以下的時候，使PMOS管Pl工作在亞閾值區(qū)，使NMOS管NI工作在線性區(qū)，電荷釋放的速度有所減慢，但是仍然能夠比較快速釋放，當(dāng)Vin處的電壓降低到250mV以下得時候，PMOS管Pl工作在截止區(qū)，使NMOS管NI工作在線性區(qū)，此時使PMOS管Pl通路上利用微小的漏電流來釋放電荷，此時的PMOS管Pl為一個阻值很大的電阻，用來緩慢釋放電荷。
全文摘要
本發(fā)明涉及有源電阻的傳感器讀出電路與其讀出方法。為實現(xiàn)微麥克風(fēng)的集成化，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，微麥克風(fēng)讀出電路及讀出方法當(dāng)Vin處的電壓大于500mV時，使PMOS管P1與NMOS管N1均導(dǎo)通，電荷從PMOS管P1經(jīng)過NMOS管N1迅速釋放到地，當(dāng)Vin處的電壓降低到500mV以下的時候，使PMOS管P1工作在亞閾值區(qū)，使NMOS管N1工作在線性區(qū)，電荷釋放的速度有所減慢，當(dāng)Vin處的電壓降低到250mV以下得時候，此時的PMOS管P1為一個阻值很大的電阻，用來緩慢釋放電荷。本發(fā)明主要應(yīng)用于微麥克風(fēng)設(shè)計制造。
文檔編號H04R3/00GK102685641SQ201210163510
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者于海明, 史再峰, 姚素英, 徐江濤, 陳思海, 高靜 申請人:天津大學(xué)