用于換能器偏置和震動保護的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及換能器，并且在特定實施例中，涉及用于換能器偏置和震動保護的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]換能器將信號從一個域轉(zhuǎn)換到另一個域并且經(jīng)常用在傳感器中。日常生活中所見到的具有換能器的通常傳感器是麥克風(fēng)，一種具有將聲波轉(zhuǎn)換為電信號的換能器的用于音頻信號的傳感器。
[0003]基于微機電系統(tǒng)(MEMS)的傳感器包括使用微機加工技術(shù)產(chǎn)生的一系列換能器。MEMS,諸如MEMS麥克風(fēng)，通過測量物理現(xiàn)象從環(huán)境收集信息，并且附接到MEMS的電子器件然后處理從傳感器得到的信號信息?？梢允褂门c用于集成電路的那些類似的微機加工制備技術(shù)來制造MEMS裝置。
[0004]音頻麥克風(fēng)通常被用在各種消費者應(yīng)用(諸如蜂窩電話，數(shù)字音頻記錄器，個人計算機和電話會議系統(tǒng))中。在MEMS麥克風(fēng)中，壓力靈敏隔膜被直接設(shè)置到集成電路上。像這樣，麥克風(fēng)被包含在單個集成電路上而并非從單獨的分立部分制備麥克風(fēng)。
[0005]MEMS裝置可以被形成為振蕩器、諧振器、加速度計、陀螺儀、壓力傳感器、麥克風(fēng)、微鏡以及其它裝置，并且經(jīng)常使用電容性感測技術(shù)以用于測量正被測量的物理現(xiàn)象。在這樣的應(yīng)用中，使用接口電路將電容性傳感器的電容改變轉(zhuǎn)換為可用電壓。在許多應(yīng)用中，由震動或類似的事件引起的大幅度物理信號可能使MEMS裝置過載并且持久地或暫時地影響性能。在MEMS麥克風(fēng)中，震動事件可能影響電容性板上的電荷量。MEMS的性能，并且尤其是靈敏度與電容性板上的電荷量有關(guān)。因此，一般在考量電荷偏置的情況下設(shè)計用于MEMS麥克風(fēng)的接口電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]依照實施例，接口電路包括:放大器，被配置為耦接到換能器；第一旁路電路，耦接到第一電壓基準(zhǔn)和放大器；第二旁路電路，耦接到第一電壓基準(zhǔn)和放大器；以及控制電路，耦接到第二旁路電路。第一旁路電路在大于第一閾值的輸入信號幅度被應(yīng)用到換能器時傳導(dǎo)電流，并且控制電路引起第二旁路電路在第一旁路電路傳導(dǎo)電流之后的第一時間段內(nèi)傳導(dǎo)電流。
【附圖說明】
[0007]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在參照結(jié)合附圖一起做出的下面的描述，在附圖中:
圖1圖解實施例麥克風(fēng)系統(tǒng)的框圖；
圖2圖解實施例MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)的示意圖；
圖3圖解操作中的實施例麥克風(fēng)系統(tǒng)的波形圖； 圖4圖解實施例電流檢測塊的不意圖；
圖5圖解另一實施例電流檢測塊的不意圖；
圖6圖解另一實施例MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)的示意圖；以及圖7圖解操作麥克風(fēng)系統(tǒng)的實施例方法的框圖。
[0008]不同的圖中的對應(yīng)標(biāo)號和符號一般提及對應(yīng)的部分，除非另外指示。繪制各圖以清楚地圖解實施例的相關(guān)方面并且不一定按比例繪制。
【具體實施方式】
[0009]以下詳細(xì)討論各個實施例的作出和使用。然而，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會的是，在此描述的各個實施例可應(yīng)用在廣泛的各種特定情形中。所討論的特定實施例僅僅說明用以作出和使用各個實施例的特定方式并且不應(yīng)以受限制的范圍被解釋。
[0010]關(guān)于特定情形(即麥克風(fēng)換能器，并且更特別地，MEMS麥克風(fēng))下的各個實施例作出描述。在此描述的各個實施例中的一些包括MEMS換能器系統(tǒng)、MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)、用于換能器和MEMS換能器系統(tǒng)的接口電路、用于MEMS換能器系統(tǒng)的偏置電路以及用于MEMS換能器系統(tǒng)的震動保護和復(fù)原。在其它實施例中，各方面還可以被應(yīng)用于牽涉根據(jù)如現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何方式將物理信號轉(zhuǎn)換到另一域并且與電子器件進行接口連接的任何類型的傳感器或換能器的其它應(yīng)用。
[0011]在此描述的實施例的一方面提供用于麥克風(fēng)的接口電路，其偏置麥克風(fēng)，在震動事件期間保護麥克風(fēng)，并且在震動事件之后快速地恢復(fù)電壓偏置。根據(jù)各個實施例，在震動事件期間接口電路的各個部分中感應(yīng)出電流，由電流檢測塊檢測該電流，并且控制電路接收與所檢測的電流有關(guān)的信息，并且修改接口電路的部分的阻抗。在一些實施例中，在震動事件期間和/或在震動事件之后的一時間段內(nèi)修改阻抗。關(guān)于特定實施例，在震動事件期間和/或在震動事件之后阻抗被降低，由此允許電壓偏置更快速地恢復(fù)。
[0012]圖1圖解包括耦接至麥克風(fēng)102和放大器106的偏置和震動電路104的實施例麥克風(fēng)系統(tǒng)100的框圖。在所圖解的框圖中，麥克風(fēng)系統(tǒng)100接收聲波108作為到麥克風(fēng)102的輸入。在各個實施例中，麥克風(fēng)102可以包括具有背板和隔膜的電容性MEMS麥克風(fēng)。聲波108可以引起隔膜位移，產(chǎn)生從麥克風(fēng)102輸出到偏置和震動電路104中的電壓信號，偏置和震動電路104然后把電壓信號供給到放大器106。根據(jù)各個實施例，在正常操作期間偏置和震動電路104維持麥克風(fēng)102上的偏置電荷水平。在特定實施例中，麥克風(fēng)102上的偏置電荷水平直接與麥克風(fēng)系統(tǒng)100的靈敏度有關(guān)。
[0013]放大器106可以具有增益A。在其它實施例中，放大器106可以是造成總體增益A的多級放大器電路的部分。在正常操作期間，由麥克風(fēng)系統(tǒng)100將聲波108從壓力信號轉(zhuǎn)換為被放大的電壓信號。
[0014]根據(jù)各個實施例，在震動事件期間偏置和震動電路104為麥克風(fēng)102上的電荷提供電流路徑，并且在震動事件之后幫助恢復(fù)麥克風(fēng)102上的偏置電壓。在各個實施例中，震動事件可以包括例如，使麥克風(fēng)系統(tǒng)100掉落，對麥克風(fēng)系統(tǒng)100的聲音端口的物理沖擊，或者環(huán)境中非常大的聲音信號。在這樣的震動事件中，如果不允許麥克風(fēng)102上的偏置電荷如電流那樣流出麥克風(fēng)102，則麥克風(fēng)102可能易于損壞。偏置和震動電路104可以提供例如從麥克風(fēng)102到基準(zhǔn)電壓(諸如電壓源或地端子)的電流路徑。
[0015]在震動事件之后，偏置和震動電路104可以修改麥克風(fēng)102和基準(zhǔn)電壓之間的耦接的阻抗值以便更快速地恢復(fù)偏置電壓值。在各個實施例中，因為偏置電壓(即，麥克風(fēng)上的電荷量)在震動事件期間受影響，所以在震動事件之后的靈敏度可能實質(zhì)地受影響。如果靈敏度未快速地恢復(fù)，則被更改的麥克風(fēng)系統(tǒng)性能可能是可由人類觀察者檢測到的。例如，所記錄的信號的質(zhì)量可能在聽覺上受影響。在特定的實施例中，偏置和震動電路104可以將基準(zhǔn)電壓和麥克風(fēng)102之間的開關(guān)閉合一段時間。在一些實施例中，該段時間可以在震動事件期間開始。在其它實施例中，該段時間可以在震動事件之后開始。其間開關(guān)被閉合的該段時間可以被設(shè)定為特定的時間段。在一些實施例中，可以監(jiān)測流過閉合的開關(guān)的電流，并且可以在電流接近閾值時打開開關(guān)。
[0016]圖2圖解實施例MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)200的示意圖，實施例MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)200包括經(jīng)由端子206和208附接至接口電路220的電容性MEMS麥克風(fēng)210。MEMS麥克風(fēng)210包括耦接至端子208的可偏轉(zhuǎn)膜204和耦接至端子206的被穿孔的剛性背板202。根據(jù)各個實施例，入射在膜204上的來自聲音端口(未示出)的聲波引起膜204偏轉(zhuǎn)。該偏轉(zhuǎn)改變膜204和背板202之間的距離，由此改變電容(因為背板202和膜204形成平行板電容器)。電容的改變被檢測為端子206和208之間的電壓改變。接口電路220測量端子206和208之間的電壓改變并且在輸出234處提供與入射在膜204上的聲波對應(yīng)的輸出信號。
[0017]在所示出的實施例中，放大器212被耦接至端子206并且接收來自MEMS麥克風(fēng)210的電壓信號。放大器212放大從MEMS麥克風(fēng)210接收的電壓信號，并且將輸出信號提供到輸出234。在其它實施例中，放大器212是多級放大器級聯(lián)中的第一級。如具體地示出的那樣，放大器212可以是源極跟隨器放大器。
[0018]根據(jù)各個實施例，MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)200具有直接與分別經(jīng)由端子206和208應(yīng)用到背板與隔膜202和204的偏置電壓有關(guān)的靈敏度。因為靈敏度直接與偏置電壓有關(guān)，所以可以利用背板202和隔膜204上的恒定量的電荷來操作MEMS麥克風(fēng)系統(tǒng)200。電荷泵218和電壓源232可以一起將偏置電壓供給到MEMS麥克風(fēng)210并且建立恒定量的電荷。在各個實施例中，在背板202和隔膜204之間可能存在小的泄漏電流。電荷泵218和電壓源232還可以補償該小的泄漏電流。
[0019]為了維持背板202和隔膜204上的恒定電荷，從端子206看見的阻抗可能非常大。在一些特定實施例中，阻抗可以是在1GQ的量級上。在其它特定實施例中，阻抗可以是在100G Ω或更高的量級上。