充分改善微型麥克風組件中的電源抑制性能的方法和設備的製作方法
2023-06-01 08:10:11
專利名稱：充分改善微型麥克風組件中的電源抑制性能的方法和設備的製作方法
技術領域：
本專利申請總體上涉及為聆聽裝置(比如助聽器之類)中使用的微型駐極體麥克風改善電源抑制性能(power supply rejectionperformance)，並且更加具體地講，涉及減小與微型麥克風混合電路組件上的導體相關的跡線間耦合電容(inter-trace couplingcapacitance)。
背景技術：
助聽技術近年來得到了迅速發展。這個領域中的技術進步不斷提高助聽器的接收能力、佩帶舒適性、使用壽命和功率效率。隨著耳戴式聽覺裝置性能方面的這些不斷進步，對提高所利用的微型聲換能器的固有性能提出的要求不斷增高。在助聽器行業中，廣為人知的有幾種不同的助聽器類型耳後型(BTE)、耳內型或全耳內型(ITE)、耳道內型(ITC)和完全耳道內型(CTC)。
一般來說，諸如助聽器之類的聆聽裝置包括麥克風組件、放大器和接收器(揚聲器)組件。麥克風組件接收振動能，即，可聽聲頻內的聲波，並且產生代表這些聲波的電信號。放大器獲取該電信號、對該信號進行調整並且將經過調整的信號(例如，經過處理的信號)發送給接收器組件。接收器組件接著將經過放大的信號轉換成聲能，以便發送給用戶。
麥克風組件中產生的電信號易於受到幹擾，這種幹擾的兩個例子是處於1-3GHz範圍之內的來自無線電或蜂窩電話發射機的高頻電磁輻射幹擾，和通常是在接收器(揚聲器)從微型助聽器電池汲取充足的電流時造成的電源噪聲。本公開內容致力於後一種幹擾問題。
微型駐極體麥克風中的阻抗緩衝電路一般來說具有接近26dB的電源抑制(PSR)性能，對於助聽器應用來說，認為這種電路對電源噪聲的抗幹擾能力相當差。在有噪聲的電源的情況下(這種情況在高增益的、微型的助聽器材中相當普遍)，這會造成嚴重的問題，這個問題通常通過從具有非常高的PSR的電壓調節器電子器件對助聽器中的麥克風供電而解決的。典型的助聽電壓調節器具有接近50dB的PSR，這將助聽系統中麥克風的有效PSR提高到了接近75dB。不過，使用電壓調節器在麥克風中實現這種程度的PSR是不理想的，原因有下述三個在助聽器製造所需的原料清單中加入了電壓調節器，從而增加了助聽器製造的成本；增大了小助聽器電池的電量消耗，降低了電池壽命；增加所需部件的數量使得助聽器組裝更加困難，同時佔用了微型助聽器殼體內部的寶貴空間。
麥克風PSR性能的局限性來自於麥克風緩衝電路本身的局限性，同時來自於與混合電路相關的跡線間雜散電容的局限性。由於典型的駐極體換能器具有大約2皮法(10-12F)的源電容，因此60dB的PSR要求這些從緩衝電路輸入端到電源的跡線間雜散電容保持在這一源電容的千分之一或以下，即，大約一飛法(femtofarad)(10-15F)或更小。減小跡線間雜散電容能夠顯著改善整個聆聽裝置的性能。
為了更加完整地理解本公開內容，應當對下面詳細介紹的說明書和附圖進行參閱，其中附圖1是麥克風組件的放大立體圖；附圖2是用於麥克風組件的緩衝電路；附圖3是表示用於麥克風組件的混合電路的頂視圖的平面圖；附圖4是附圖3的混合電路的截面圖；
附圖5是附圖4的混合電路的頂視圖；附圖6是用於麥克風組件的混合電路的另一種實施方式的截面圖；和附圖7是用於麥克風組件的混合電路的又一種實施方式的截面圖。
具體實施例方式
雖然本公開內能夠包容各種修改實施方式和可供替換形式，但是在附圖中用舉例的方法給出了某些實施方式，並且本文將詳細介紹這些實施方式。不過，應當理解，本公開內容無意將本發明限制在所介紹的具體形式上的意思，正相反，本發明意欲涵蓋落在所附的權利要求書限定的本發明的思想和範圍之內的所有修改實施方式、供替換實施方式和等價實施方式。
本文所介紹的實施例給出了減小麥克風組件電路的跡線間耦合電容的機構。多種特徵和優點包括，在保持高生產產量、高現場可靠性和優越產品耐久性的同時，提供簡單的、低成本的麥克風組件。
聆聽裝置的麥克風組件包括主要設置在混合基板(或者簡稱基板)上的麥克風、前置放大電路、射頻幹擾抑制裝置、阻抗緩衝電路。該基板具有設置於其上的導體，用於傳送麥克風中產生的電信號(音頻信號)、控制信號和電源。當這些導體在基板的同一表面上在物理上彼此接近時，分隔這些導體的空氣可以起到電介質的作用，形成雜散電容(straycapacitor)，並且將信號從一個導體耦合到另一個導體。類似地，當兩個導體設置在同一個接地面上方時，基板電介質本身可以形成雜散電容，並且造成信號耦合。如上所述，供電導體上的噪聲可以由這些雜散電容耦合到緩衝電路的信號輸入端，並且降低整個電路的電源抑制效果。
為了解決這種不期望的耦合，提出了多種步驟來減小或消除導體之間的雜散的或寄生的電容。一種方法是在信號導體和供電導體之間放置另一個導體。另一種方法是將接地面放置成不與傳送音頻信號的導體和傳送電源的導體兩者相交疊。第三種方法是屏蔽，仿效同軸電纜的形式，對每一個導體進行屏蔽。這些方法可單獨使用或組合使用。
參照附圖1，給出了示例麥克風組件100的放大立體圖。麥克風組件100包括外殼，該外殼包括上蓋104和下蓋或底座106。麥克風組件100還包括振動膜組件108、背板組件110、安裝架112、前置放大器組件114和入聲口116。背板組件110安裝在振動膜組件108上。背板組件110和振動膜組件108的組合構成了可變電容，該可變電容產生相應於在受到聲波或聲能衝擊時，背板組件110的固定電極與運動的振動膜組件108之間的電容變化的代表性電信號。
連接線118固定地安裝在背板110上，並且穿過安裝架112的開口124與前置放大器組件114的輸入點120電連接。前置放大器組件114通過接地點122接地到振動膜組件108、安裝架108和底座106。
為了進一步降低對低和高射頻幹擾信號的敏感度，前置放大器組件114藉助導電粘接劑126、128經由安裝架112與底座106相連接，以將由通信裝置引起的RFI信號接地。前置放大器組件114此外還藉助導電耦合130(比如具有混懸金屬碎片的環氧樹脂或者點焊點)接地到上蓋104。具體來說，導電耦合130可以是雙成分銀環氧樹脂粘接劑，能夠實現很高的電導率和很強的導電粘接。這樣，存在於由輸出連接線136提供的放大器輸出信號中的RFI得到了抑制。安裝架112、前置放大器組件114和上蓋104共同構建了空氣的後部容積，用於駐極體麥克風的正確操作。
前置放大器組件114可以包括混合電路132，該混合電路132包括阻抗緩衝電路200，比如源極跟隨場效應電晶體(FET)集成電路134，該集成電路適用於降低RFI，比如由通信裝置產生的RFI。RFI抑制在2004年3月26日提交的名稱為《具有前置放大器的麥克風組件及其製造方法(Microphone Assembly with Preamplifier and Manufacturing MethodThereof)》的共同審理中的美國專利申請(代理人案號30521/3073)中進行了詳細說明，通過引用將該申請的全部內容併入本文中，用於所有目的。
附圖2示出了用於麥克風組件100的具有60dB電源抑制(PSR)能力的阻抗緩衝電路。阻抗緩衝電路200包括可操作地與輸入端(Vin)214和輸出端(Vout)216相連接的輸入電晶體212。電源(Vbat)接在電源接頭230上。輸入偏置218與輸入端(Vin)214、輸入電晶體212和輸出端(Vout)216相連接。第一和第二電阻224、226構成分壓器220並且連接在輸出端(Vout)216和地232之間。本領域普通技術人員可以根據所選擇的確切電晶體和電路性能要求計算出分壓電阻224、226的值。在電路200中引入了電晶體222(比如耗盡型NMOS)來提高電路200的總體PSR。在美國專利申請第10/411730號中公開了其它一些可以採用的示例阻抗緩衝電路，該專利申請的全部內容針對所有的用途以引用的方式整體併入本文。
對於附圖3-7而言，介紹的是提高麥克風組件100的PSR性能的各種布局的實施例。利用這些技術可以將PSR性能提高到這樣的程度上可以不需要前面提到的電壓調節器來達到微型麥克風組件100中的期望PSR性能，結果節約了成本，同時增加了電池壽命和可靠性。這些技術也可以與電壓調節器一起使用。
下面的實施方式的基板302、612、712可以是單晶材料的，比如藍寶石，或者是燒結材料的，比如鋁氧化物(Al2O3)或礬土(alumina)。由於礬土相對便宜，並且在這些可用材料中在高頻性能方面非常出眾，因此高頻裝置廣泛採用礬土基板。基板厚度和材料可以依應用的具體要求而變。礬土的厚度通常介於225μm和275μm之間，通常為250μm。基板302、612、712通常是矩形的，具有與安裝架108相當的幾何形狀。根據應用情況，也可以採用其它形狀和尺寸。
形成在基板302上的導體，例如，基板302上的導體306、308、310，可以由導電材料製成，比如銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)之類，並且可以濺鍍或電鍍到基板302上並蝕刻成期望的圖形。這些導體也可以由經絲網印製和熱燒結的導電材料製成，比如銀鉑(AgPt)或銀鈀(AgPd)合金，以限定期望的導體圖形；不過，任何導體材料或包括導電塗層的材料，比如厚銅，都是可以採用的。當採用銀合金時，通常要對其進行絲網印製和熱燒結，最後厚度為10μm-14μm，但也可以依具體應用的要求而變。
附圖3是混合電路300的俯視圖。混合電路300包括基板302，該基板302具有第一表面304和第二表面(未示出)。第一導體306、第二導體308和屏蔽導體310形成在基板302的第一表面304上。第一導體306可操作地與阻抗緩衝電路200的輸入端(Vin)214相連接。第二導體308可操作地與阻抗緩衝電路200的電源，比如電池(Vbat)230相連接。第二導體308可能會發出噪聲，比如，不希望的電源噪聲或其它工作幹擾。為了降低或消除這種噪聲與第一導體306的耦合，將屏蔽導體310定位在第一導體306和第二導體308之間，以減小它們之間的跡線間耦合電容。屏蔽導體310可以與(例如)接地節點312、低阻抗信號節點(比如信號輸出端314)等相接合。這樣做給出了實現明顯改善了的PSR性能、高生產產量、高現場可靠性和優越產品耐久性所需的降低跡線間耦合電容的優點。
附圖4-5是與附圖3形式類似的混合電路400的示意性截面圖(附圖4)和示意性俯視圖(附圖5)。為了清晰解釋所採用的技術，沒有示出混合電路400的整個布局。基板412具有第一側和第二側(分別為414、416)、多個導體418、420、422和接地面424。接地面424形成在基板412的第二表面416上。當沿著垂直於第一表面414的軸觀察時，第二導體420和屏蔽導體422被接地面424完全交疊。第一導體418可以可操作地與例如阻抗緩衝電路200的輸入端(Vin)214相連接。屏蔽導體422可以例如與電路地122、信號節點(比如麥克風緩衝電路200的輸出端216(Vout))等相接合。第三導體420可以與例如阻抗緩衝電路200的電池(Vbat)230相接合。接地面424可以用作地和散熱材料，並且可以可操作地例如通過混合電路400中的通孔或過孔(via)與麥克風組件100的接地連接122相連接。安裝在混合電路400的第一表面414上的電路單元相對於形成在混合電路400的第二表面416上的接地面424得到屏蔽。按照這種結構，由於接地面424和第一導體418的非交疊的布置，減小或消除了加在第一導體418上的寄生電容。這樣做實現了消除通過混合電路400的跡線間耦合電容耦合的噪聲的優點。充分消除這種非理想噪聲耦合同樣也可以通過配置作為防護面424的接地面來實現，就是說，接地面不與地122耦合，卻例如與非接地低阻抗信號節點耦合，比如與附圖2中所示的麥克風緩衝電路的輸出端216(Vout)耦合。導體相對於接地面的其它結構對本領域的技術人員來說是顯而易見的，只要屏蔽導體422和僅僅一個其它導體418、420與接地面424交疊即可。
現在參照附圖6討論和介紹混合電路600。混合電路600在結構上和功能上與附圖4-5中所示的混合電路400類似。混合電路600包括基板612，該基板612具有第一表面614和第二表面616。至少一個電路圖案(未示出)形成在基板612的第一表面614上。
第一導體618和接地面624形成在基板612的第一表面614上。在接地面624的上方形成有絕緣體。絕緣體626一般來說是液體玻璃絲網印製上的，然後進行加熱處理，以便凝固和稠化成最終的厚度10-14μm。第二導體620和屏蔽導體622形成在絕緣體626的上表面上。接地面624可以起到地和散熱材料的作用。安裝在混合電路600的第一表面614上的電路元件(未示出)被混合電路600的接地面624屏蔽。第一導體618可以可操作地與例如阻抗緩衝電路200的輸入端(Vin)214相連接。屏蔽導體622可以可操作地與例如麥克風緩衝電路的輸出端216(Vout)或地相連接。第二導體620可以可操作地與電源相連接，例如，與阻抗緩衝電路200的電池(Vbat)230相連接。第二導體620可能會輻射噪聲，比如，電源噪聲或其它工作幹擾，並且經由與混合電路600相關的寄生雜散電容傳播噪聲。在這種結構中，由於接地面624與第一導體618的非交疊布置，減小或消除了加在第一導體618上的寄生電容。這樣做可以實現下述一種或多種優點減小噪聲從第二導體620到第一導體618的跡線間耦合，從而提高PSR性能、獲得高生產率、高現場可靠性和優越的產品耐用性。
現在參照附圖7討論和介紹混合電路700。混合電路700在結構上和功能上與附圖4-6中所示的混合電路400和600類似。混合電路700包括基板712，該基板712具有第一表面714和第二表面716。至少一個電路圖案(未示出)形成在基板712的第一表面714上。
和前面一樣，第一導體718和第二導體720形成在基板712的第一表面714上。接地面(例如，地或防護面724，剛好與屏蔽導體722、第二導體720和絕緣體726相對)形成在基板712的第二表面716上。絕緣體726和前面一樣，經過絲網印製和熱燒結。屏蔽導體722形成在絕緣體726之上並藉助底腳728與基板712的第一表面718相接。接地面724可以同時起到地和散熱材料的作用。安裝在混合電路700的第一表面714上的電路元件(未示出)是由混合電路700的接地面724屏蔽的。第一導體718可以可操作地與例如阻抗緩衝電路200的輸入端(Vin)214相連接。屏蔽導體722可以可操作地與低阻抗信號節點，例如阻抗緩衝電路200的輸出端216(Vout)相連接。第二導體720可以可操作地與電源相連接，例如，與阻抗緩衝電路200的電池(Vbat)230相連接。第二導體720可能會輻射噪聲，比如，電源噪聲或其它工作幹擾，並且經由與混合電路700相關的寄生雜散電容傳播噪聲。在這種結構中，因屏蔽導體722的屏蔽作用，減小或消除了加在第一導體718上的寄生電容。這樣做可以實現下述一種或多種優點減小噪聲從第二導體720到第一導體718的跡線間耦合，得到提高了的PSR性能、高生產產量、高現場可靠性和優越的產品耐用性。不過，本領域普通技術人員應當理解，任何形式的屏蔽技術都能夠滿足要求，比如，使用同軸屏蔽技術，可以用低阻抗地或低噪聲防護將「有噪聲的」導體完全包圍起來。
應當理解，可以簡便地將基板412、712的第二表面416、716上的接地面424、724與屏蔽導體422、722共同連接起來，尤其是當阻抗緩衝電路倒裝在混合電路400、700上時。很清楚，所介紹的實施例的示例的可供替換的變型和修改也同樣適於屏蔽或防護上述有害的寄生電容，比如，在「有噪聲的」電源導體路徑上方充分鋪設屏蔽或防護導體，同時在它們之間設置絕緣體。其它的變化形式，比如，使用同軸屏蔽技術，可以用低阻抗地或低噪聲防護將「有噪聲的」導體完全包圍起來。
保護性防護導體、屏蔽導體和/或接地面應當避免在極端靈敏的阻抗緩衝輸入節點上產生額外的寄生負載電容，因為這樣會因電容分壓器效果而對整個麥克風組件造成不期望的靈敏度損失。同樣，保護導體或平面的間隔或交疊應當是這樣的使得與連接於阻抗緩衝輸入端的導體的跡線間耦合結果得到最小量的電容負載。
本發明的寄生電容降低方法也能夠在前置放大器組件中存在其它的「有噪聲的」非電源相關信號(例如，數字時鐘信號、混合模式信號(比如電荷泵輸出)或其它數位訊號)時得到應用。利用諸如上面介紹的那樣的技術，應當有助於減小來自非供電電源的、注入到麥克風組件的高靈敏阻抗緩衝電路輸入端的幹擾或噪聲的量。
已經介紹了示例技術的數種優點和益處。應當理解，某些實現方式可能不會提供本文所介紹的任何一種優點，但是可能提供本文沒有介紹的其它優點或益處。
本文所引用的所有的參考文獻，包括出版物、專利申請和專利，都通過引用併入本文中，如同在本文中全文提出一樣。
在所介紹的發明的內容中使用的措辭「一」、「一個」和「該」以及類似的指代用詞要理解成同時涵蓋單數和複數(特別是在權利要求的情況下)，除非文中另有說明或與上下文明顯相悖。本文所列舉的數值範圍僅僅用來起到簡記單獨引用各個落在該範圍內的獨立值的方法的作用，除非另有說明，各個獨立值被併入說明書中，如同在本文中單獨引用一樣。本文所介紹的所有方法可以按照任何適當的順序實施，除非文中另有說明，或者明顯與上下文相悖。本文所給出的任何一個和所有例子和舉例性語言(例如，「比如」)的運用僅僅用來更好地闡述發明，並不造成對本發明的限制，除非另有聲明。說明書中的任何一句話都不得理解為表示實現本發明所必須的任何未聲明的元部件。
本文介紹了本發明的優選實施方式，包括本發明人所知的執行本發明的最佳模式。應當理解，所解釋說明的實施方式僅僅是示範性的，不應拿來限制本發明的範圍。
權利要求
1.一種微型麥克風組件，包括基板，具有第一表面和與第一表面相對的第二表面，該基板是絕緣體；導電面，設置在第一表面和第二表面之一上，該導電面部分覆蓋第一表面和第二表面之一；第一導體，設置在所述第一表面上，不與所述導電面交疊，該第一導體和與麥克風組件相關的音頻信號耦合；和第二導體，設置在第一絕緣層上，該第二導體與所述導電面交疊，該第二導體與用於麥克風組件的電源耦合。
2.根據權利要求1所述的微型麥克風組件，還包括屏蔽導體，設置在所述絕緣層上，該屏蔽導體與所述導電面交疊，該屏蔽導體設置在所述第一導體和第二導體之間。
3.根據權利要求2所述的微型麥克風組件，其中所述屏蔽導體與電路地和緩衝電路的低阻抗信號節點之一相接合。
4.根據權利要求1所述的微型麥克風組件，還包括第二絕緣層，設置在所述第一導體和第二導體之一上；和屏蔽導體，設置在第二絕緣層上，該屏蔽導體至少部分地包圍所述第一導體和第二導體之一。
5.根據權利要求1所述的微型麥克風組件，其中所述基板包括第一絕緣層，並且其中所述導電面設置在所述第二表面上，且所述第一導體和第二導體設置在所述第一表面上。
6.根據權利要求1所述的微型麥克風組件，其中所述第一絕緣層設置在所述導電面上，其中所述導電面設置在第一表面上。
7.根據權利要求6所述的微型麥克風組件，此外還包括屏蔽導體，該屏蔽導體設置在第一絕緣層上，與導電面相交疊，該屏蔽導體設置在第一導體和第二導體之間。
8.根據權利要求1所述的微型麥克風組件，其中所述導電面與電路地相接合。
9.根據權利要求1所述的微型麥克風組件，其中基板是藍寶石、氧化鋁和礬土之一。
10.根據權利要求1所述的微型麥克風組件，其中基板是厚度介於225μm和275μm之間的礬土。
11.一種製造微型麥克風組件中使用的混合電路的方法，包括製備基板，該基板具有第一表面和與第一表面相對的第二表面；在第一表面上設置第一導體，該第一導體用於耦合與駐極體聲換能器相關的信號；在第一表面上設置第二導體，該第二導體用於與微型麥克風組件的電源相耦合；在第一導體和第二導體之間設置第三導體，以減小第一導體和第二導體之間的寄生電容，該第三導體與緩衝放大器的接地節點和低阻抗信號節點之一相耦合；和使包括阻抗緩衝電路的集成電路與基板和所述第一導體和第二導體之一相耦合。
12.根據權利要求11所述的方法，此外還包括在基板上設置導電面，使得該導電面與所述第二導體和第三導體相交疊，並且不與所述第一導體交疊，由絕緣體將該導電面與第二導體和第三導體分隔開。
13.根據權利要求12所述的方法，還包括將導電面設置在所述第二表面上，其中所述絕緣體是基板。
14.根據權利要求12所述的方法，還包括將導電面設置在第一表面上；和在導電面之上設置絕緣層，其中該絕緣層是絕緣體，並且所述第二導體和第三導體設置在該絕緣層上。
15.根據權利要求11所述的方法，其中設置第三導體的步驟還包括將第三導體設置在第一表面上。
16.根據權利要求11所述的方法，其中設置第三導體的步驟還包括在所述第一導體和第二導體之一上設置絕緣層；和在該絕緣層之上設置第三導體，使得第三導體完全與所述第一導體和第二導體之一交疊。
17.一種微型麥克風組件中使用的混合電路，包括基板，具有第一表面和與第一表面相對的第二表面，該基板是絕緣體；第一導體，設置在第一表面上，該第一導體用於耦合駐極體聲換能器；第二導體，設置在第一表面上，該第二導體與微型麥克風組件的電源耦合；和接地面，設置成與第二導體相交疊並且不與所述第一導體相交疊。
18.根據權利要求17所述的混合電路，還包括屏蔽導體，設置在第一表面上，該屏蔽導體設置在所述第一導體和第二導體之間並且與接地面交疊。
19.根據權利要求17所述的混合電路，還包括絕緣層，設置在所述第一導體和第二導體之一之上，包圍所述第一導體和第二導體之一；和屏蔽導體，設置在該絕緣層之上，該屏蔽導體與阻抗緩衝器的電路地和低阻抗信號節點之一相接合。
20.根據權利要求17所述的混合電路，其中基板是厚度介於225μm和275μm之間的礬土。
21.一種微型麥克風組件，包括外殼，具有上蓋和底座；駐極體麥克風，封裝在所述外殼之內；和混合電路，與所述駐極體麥克風相連接，該混合電路包括絕緣基板；緩衝放大器，設置在該絕緣基板上；第一導體，設置在該絕緣基板上，該第一導體用來向所述緩衝放大器傳送音頻信號；第二導體，設置在該絕緣基板上，該第二導體用來將電源耦合到所述緩衝放大器；屏蔽導體，用於減小所述第一導體和第二導體之間的電容耦合，該屏蔽導體設置在所述絕緣基板和另一個絕緣體之一上。
全文摘要
一種微型麥克風組件(100)中使用的混合電路(300)，利用屏蔽導體(422，424)之一或兩者來減小信號(418)和電源(420)導體之間的寄生電容，從而減小阻抗緩衝放大器(200)的音頻信號輸入端(214)上的電源噪聲。有選擇地對接地面(424)、中間插入導體(422)以及它們的組合進行放置並且將其與地(232)或低阻抗信號節點(216)相接合，以減小和消除不希望的寄生電容。
文檔編號H04R25/00GK1781337SQ200480011353
公開日2006年5月31日 申請日期2004年4月28日 優先權日2003年4月28日
發明者史蒂文·E·博爾, 弗蘭克·R·米切爾 申請人:美商樓氏電子有限公司