麦克风前置放大器制造技术

一种麦克风前置放大器，包括具有第一和第二输入端子的微分输入（１０２）级和具有输出端子的输出级，其中，麦克风前置放大器集成在半导体衬底中。在输出端子和第一输入端子之间耦合了具有低通频率传输功能（１０３）的反馈电路，并集成在半导体衬底上。第二输入端子提供麦克风信号的输入（１０５）。从而，提供了非常紧密的（相对于半导体衬底的消耗的区域），低噪声前置放大器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及麦克风前置放大器。引言用于电信领域(例如，移动电话)的首选的麦克风类型多年来一直是驻极体麦克风。这种麦克风基于电容器的原理，该电容器由构成麦克风的振膜的可移动构件和另一个构件(例如，麦克风的所谓的支承板)构成。麦克风的其中一个构件，优选情况下，振膜，通过恒定电荷来进行充电。由麦克风检测到的声压将导致振膜移动，因此，改变由振膜构件和另一个构件所构成的电容器的电容。当由这两个构件构成的电容器的电荷保持恒定时，两个电容器构件上的电压将随传入的声压级而变化。由于麦克风电容器上的电荷必须保持恒定以维持声压和电容器构件上的电压之间的比例，因此，不以任何电阻性负载对麦克风电容施加负载是十分重要的。电阻性负载将使电容器放电，从而，使作为麦克风的电容器性能退化或损坏。因此，为了从电容器中提取麦克风信号，按其主要目标是提供高输入电阻来配置的放大器作为首选，以通过为其他目标优化的电路缓冲电容器。被连接的用于提取麦克风信号的放大器通常叫做“前置放大器”或“缓冲放大器”或简称为“缓冲器”。前置放大器与电容器的物理连接距离通常非常小-在几个毫米或零点几个毫米距离内。对于小型麦克风，只有非常少量的电荷可以存储在其中一个麦克风元件中。这就提高了高输入电阻的要求。因此，小型麦克风的前置放大器的输入电阻必须非常高-达到千兆欧姆。另外，此放大器的输入电容必须非常小，以便取得对声压的非常好的灵敏度。传统上，此缓冲放大器或前置放大器是作为简单JFET来实现的。JFET解决方案已经足够了，但是，电信工业中需要更小的麦克风-并要求灵敏度增强。这就产生了一个矛盾，因为麦克风电容器的灵敏度随着尺寸的变小而下降。在其他条件都相同的情况下，这就进一步降低了麦克风和缓冲器组合的灵敏度。电信工业中的需求由市场趋势所驱动，包括各种小型设备的免提操作，以及麦克风在诸如照相机/视频应用领域中的更广泛的应用。当今的电信麦克风通常具有-40dBV的灵敏度和7pF的电容。此电容还叫做“拾音器电容”。术语“拾音器”用来表示没有前置放大器的麦克风。用于此用途的绝大多数JFET都具有大致为5-7pF的输入电容。通过将此输入电容与拾音器电容进行比较，可以推断，一半麦克风信号会在被放大之前在被前置放大器获取的过程中丢失。具有集成的前置放大器的电信麦克风销售量大且售价低。由于电信麦克风的放大器的成本直接与前置放大器芯片的尺寸相关，因此，为了减低价格，前置放大器芯片应该尽可能地小。显然，需要麦克风前置放大器具有增益和非常低的输入电容，以及尽可能最低的前置放大器芯片面积。此外，低噪声也是重要的。低噪声之所以重要是因为可以以噪声换取面积-即，如果电路的噪声较低，噪声比所需的噪声低，则可以以此噪声电平开销换取较低的芯片面积，如此，可以以较低的成本制造前置放大器。近年来，已经证明CMOS麦克风前置放大器优于JFET麦克风前置放大器，因为它们可以具有较低的噪声和较低的输入电容，而提供大量的增益。在助听器中，麦克风前置放大器都是采用CMOS进行设计的。这是因为，采用CMOS技术设计的CMOS放大器提供了远远超出了以JFET技术实现的放大器可以达到的信噪比的信噪比。这特别适用于当拾音器电容非常低的情况。当采用CMOS技术为麦克风设计前置放大器时，通常有三个噪声源。这些噪声源是来自偏压电阻器的噪声，来自输入晶体管的1/f噪声，来自输入晶体管的白噪声。我们假设输入晶体管噪声占主要地位。通过优化输入晶体管的长度和宽度，可以最大限度地降低白噪声和1/f噪声。这适用于诸如单晶体管级或差动级之类的任何输入级。也可以最大限度地降低来自偏压电阻器的噪声。如果使偏压电阻器非常大，那么，来自电阻器的噪声将被高通滤波，带内噪声将非常低。这会具有效果，尽管放大器的较低的带宽限制将非常低。这可能会是一个问题，因为放大器的输入只有在通电之后的非常长的时间段之后才会固定于额定值。此外，由诸如“砰”的关门声或汽车中的次声产生的具有较强的低频率内容的信号可能会使放大器过载。另一个相关的问题是，由于将芯片安装在麦克风模块内部所产生的小的泄漏电流。这样的电流将会由于极限输入阻抗而产生DC偏移。这会降低放大器的过载余量。
技术介绍
已经提出了使用基于JFET或其他技术的前置放大器的多种解决方案。然而，这些解决方案天生具有比较高的噪声电平。因此，采用现有技术的解决方案不能达到尽可能最小的芯片面积。在助听器麦克风中，对次声的过高的灵敏度的问题是通过对缓冲放大器作为输入级后面跟着高通滤波器进行两级配置来处理的。当信号已经被高通滤波之后，它不会包含可能会使放大器过载的大量的低频率分量，然后，它可以进一步地被放大。这种方法已经被证明对于其中拾音器灵敏度比较高(例如，大约20mV/Pa)的助听器麦克风特别适用。对于电信麦克风，拾音器灵敏度通常比较小，大约为5-7mV/Pa。然而，新型的应用需要大约为40mV/Pa或更高的麦克风灵敏度。就助听器领域所公知的麦克风/前置放大器配置而言，从技术角度来看，其工作得很好，但是对于电信应用，这些配置过于昂贵，因为相对于受成本支配的可用于电信麦克风芯片面积而言，它们需要的芯片面积实在太大。两级配置具有两个缺点由于它具有两级，因此，它的噪声更大，由于在第一级中没有增益，因此，高通滤波器的物理尺寸必须比较大。应该注意，噪声和面积直接相关。通过增大第一级的增益，可以最大限度地降低滤波器的尺寸，但是，放大器将由于直到在随后的高通滤波器中才会减小的低频率分量而对过载非常灵敏。如此，最初为助听器麦克风开发的解决方案对于新的高度敏感的电信麦克风远远不是最佳的。放大器芯片的面积太大，从而导致器件太贵。对较小型的麦克风的需求，进而是较小型的麦克风的应用会使得麦克风电容比较小。这又将增大声频范围内的噪声的谱密度。因此，需要更大的偏压电阻器以补偿否则会增大的声频范围内的噪声密度。对大的输入偏压电阻器的需求导致需要比较小的输入漏泄电流。这样小的输入漏泄电流只能通过CMOS技术来获得。为了获得良好的信噪比，首选CMOS技术，并采用大于10GOhm的偏压电阻器。在助听器应用领域，采用CMOS技术，并结合大的偏压电阻器，通过简单0-dB缓冲器来实现上述效果。这将提供可行的设计，因为对于助听器应用领域的麦克风灵敏度一般比较高。然而，由于可以以灵敏度换取低价，因此用于电信用途的麦克风灵敏度会较低。从市场角度来看，需要具有更高灵敏度的麦克风和前置放大器。因此，前置放大器中的增益需要增大，以满足该需求。此外，需要可听范围内的低噪声。此外，为了确保良好的信噪比而同时满足对比较大的灵敏度的需求，前置放大器的输入电容必须比较小，以避免从麦克风中产生不必要的信号损失(麦克风信号的等效物暴露于由电容构成的分压器)。由于由前置放大器所占用的芯片面积必须尽可能地小，以使成本降低，因此，前置放大器必须尽可能地小。因此，由于从助听器已知的放大器配置在某种程度上对于芯片面积一般不是最优的，因此，这些配置不适用。此外，应该记住，在助听器中所应用的缓冲器或放大器不能提供如在电信领域所使用的低灵敏度麦克风所需的高增益电平。在助听器芯片中，相同的噪声性能需要更大的空间，因为需要缓冲器来避免在助听器中产生过载。在上文中，就用于实现配置的相关半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种麦克风前置放大器，包括具有第一和第二输入端子的微分输入级和具有输出端子的输出级；其中，麦克风前置放大器集成在半导体衬底中；以及在输出端子和第一输入端子之间耦合的并集成在半导体衬底上的具有低通频率传输功能的反馈电路；　 　其中，第二输入端子提供麦克风信号的输入。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦克尔德鲁金斯基，克劳斯E福斯特，
申请(专利权)人：音频专用集成电路公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]