具有寬動態範圍的靈敏矽麥克風的製作方法

2023-07-26 06:40:51

專利名稱：具有寬動態範圍的靈敏矽麥克風的製作方法
技術領域：
本發明涉及麥克風，並且更具體地涉及在半導體襯底上製造的靜電麥克風。
背景技術：
正對微型麥克風進行越來越多的研究和開發工作。已提出了各種方法。在曰本專利申請特開No.2001-169395中公開了一種方法。該日本專利申請特 開中公開的現有技術微型麥克風屬於將極薄的振動片的振動光學轉換為電信 號的類型，並因此被稱為"光學麥克風"。下文中描述現有技術的光學麥克風。在包裝(package)內限定內部空間， 並通過遮光壁將該內部空間劃分為多個腔室。分別將腔室分配給原聲換能器， 即，原聲波-電信號轉換器，並且每個原聲換能器由砷化鎵的襯底和極薄振動 片構成。在砷化鎵村底上集成雷射二極體和光電二極體，並且它們對著極薄 振動片。雷射二極體向極薄振動片發出光，並且從其反射光。反射光入射到 光電二極體上，並被轉換為光電流。原聲波引起極薄振動片的振動，並使得 入射光的量在腔室中發生變化。因此，光電流的量隨著振動片的振動一起變 化。現有技術光學麥克風旨在對寬頻率範圍中的聲波進行響應。原聲換能器 具有與相鄰頻率範圍部分重疊的不同頻率範圍，以便使得現有技術光學麥克 風響應於寬頻率範圍。MEMS(微電機械系統)技術的近來的發展使得可以在矽晶片上製造靜電 麥克風。微型靜電麥克風被稱為"矽麥克風"。矽麥克風的典型例子具有均通 過微製造技術而在矽晶片上形成的膜片(diaphragm)和背板。膜片通過空氣間 隙而與背板分開，以便與背板一起形成電容器。當聲波正對膜片施加力時， 膜片變形，因此，電容器隨著聲壓改變電容。從電容器取出表示電容的電信 號。由此，矽麥克風將聲波轉換為電信號。只要聲壓不超過臨界值，矽麥克風就使得電信號的幅度很好地與聲壓成 比例。然而，矽麥克風在聲壓超出臨界值之後不增大電信號的幅度。換言之，電信號飽和了。臨界值上的聲壓稱為"飽和聲壓"。術語"不飽和聲壓範圍，，表示小於飽 和聲壓的聲壓的範圍，並且是"動態範圍，，的同義詞。當聲壓正施加等於或大於飽和聲壓的聲壓時，矽麥克風進入"飽和狀態"。在以下描述中，術語"聲壓"表示壓強的幅度或者壓強的最高值和壓強 的下一最低值之間的差，並且對應於從理想麥克風取出的電信號的幅度，這 使得電信號的幅度與聲壓成比例而不具有飽和狀態。另一方面，術語"幅度" 是從實際矽麥克風輸出的電信號的最低峰值和最高峰值之間的差。術語"靈敏度"是表示矽麥克風的能力的另一數值，並且被定義為"電信號的幅度對於(in terms of)聲音傳播介質的單位壓強的變化率"。具有高靈敏 度的矽麥克風能夠將微弱的聲音轉換為電信號。然而，矽麥克風在相對小的 飽和聲壓值上進入飽和狀態。另一方面，具有低靈敏度的矽麥克風具有寬動 態範圍。然而，其難以將微弱的聲音轉換為電信號。由此，在動態範圍和靈 敏度之間存在折衷。對於應用設計者而言，重要的是在被置於矽麥克風的操作環境中的應用 中將矽麥克風保持為不飽和狀態。然而，通用矽麥克風的設計者難以準確預 料所有的操作環境。儘管發現多個原聲換能器形成現有技術的麥克風裝置以便向現有技術麥 克風裝置給出方向性(directionality),但是多個原聲換能器使得現有技術定向 麥克風裝置體積太大。換言之，難以從多個原聲換能器製造緊湊的定向麥克 風裝置。發明內容因而，本發明的一個重要目的是提供具有寬動態範圍以及相對低的聲壓 範圍內的高靈敏度的半導體麥克風。本發明的另一重要目的是提供形成該半導體麥克風的一部分的信號處理 系統。本發明的再一重要目的是提供緊湊的定向半導體麥克風。 為達到該目的，本發明提出根據從靈敏度和飽和聲壓不同的多個原聲換 能器輸出的中間原聲信號產生表示聲波的複合原聲信號。器，用於將聲波轉換為多個中間原聲信號，該信號處理器對所迷中間原聲信號執行信號處理以便產生複合原聲信號，所述半導體麥克風包括外殼，具 有內部空間，並且被形成有允許聲波進入所述內部空間的音孔；以及多個原 聲換能器，被容納在所述內部空間中，具有彼此不同的靈敏度的各個值和彼 此不同的所述聲波的飽和聲壓的各個值，分別將所述聲波轉換為所述多個中 間原聲信號，並且向信號處理器提供所述多個中間原聲信號。根據本發明的另 一方面，提供了 一種用於將聲波轉換為複合原聲信號的 半導體麥克風，包括外殼，具有內部空間，並且被形成有允許聲波進入所 述內部空間的多個音孔；分隔壁結構，被提供於所述內部空間中，以便將所 述內部空間劃分為多個隔間(compartment),所述多個隔間通過所述多個音孔 而選擇性地向所述外殼的外部開放；多個原聲換能器，分別被提供於所述多 個隔間中，並且將所述聲波轉換為多個中間原聲信號；以及信號處理器，連 接到所述多個原聲換能器，將延遲引入到所述多個中間原聲信號中的所選的 一些中間原聲信號中以便產生延遲原聲信號，並且從所述延遲原聲信號形成 複合原聲信號，由此對半導體麥克風給出方向性。


根據以下結合附圖進行的描述，將更清楚地理解矽麥克風的特徵和優點, 附圖中圖1A是示出本發明的矽麥克風的組件的布置的平面圖， 圖1B是示出矽麥克風的系統配置的框圖，圖2是沿圖lA的線III-in截取的且示出矽麥克風的結構的橫截面視圖， 圖3是示出矽麥克風中合併的原聲換能器的結構的橫截面視圖， 圖4是示出原聲換能器的膜片的平面圖，圖5A到5C是示出用於製造矽麥克風裝置的工藝(process)的橫截面視圖， 圖6是示出另一矽麥克風中合併的原聲換能器的結構的橫截面視圖， 圖7是示出矽麥克風中合併的信息處理系統的功能的框圖， 圖8是示出原聲信號和聲壓之間的關係的曲線圖， 圖9是示出交叉衰落係數對於時間的曲線圖，圖IOA到IOC是示出通過執行電腦程式而實現的作業序列的流程圖， 圖ll是示出本發明的另一矽麥克風的功能的框圖，圖12是示出矽麥克風的中間原聲信號和從中間原聲信號產生的複合原 聲信號的圖，圖13是示出本發明的再一矽麥克風的功能的框圖， 圖14是示出本發明的再一矽麥克風的功能的框圖， 圖15是示出矽麥克風中的標準化(normalizing)功能的框圖， 圖16A是示出本發明的再一矽麥克風的布置的平面圖， 圖16B是示出矽麥克風的集成電路裝置的系統配置的框圖， 圖17是沿圖16A的線V-V截取的且示出矽麥克風的結構的橫截面視圖， 圖18是示出矽麥克風的集成電路裝置的功能的框圖， 圖19是示出方向性的賦予(endowment)的構思的圖,以及 圖20是示出在本發明的再一矽麥克風中合併的信息處理系統的功能的 框圖。
具體實施方式
實施本發明的半導體麥克風被用於將聲波轉換為中間原聲信號。信號處 理器對中間原聲信號執行信號處理以便產生複合原聲信號。該半導體麥克風包括外殼和多個原聲換能器。外殼具有內部空間，並且被形成有音孑L(sound hole)。所述多個原聲換能器被容納在該內部空間中。因 為音孔允許聲波進入內部空間，所以聲波到達所述多個原聲換能器，並通過 所述多個原聲換能器而被轉換為多個中間原聲信號。所述多個原聲換能器具有彼此不同的各個靈敏度值和彼此不同的各個飽 和聲壓值。即，所述多個原聲換能器在靈敏度和飽和聲壓上彼此不同。所述 多個中間原聲信號的特定電勢電平代表不同的聲壓值。將所述多個中間原聲 信號從所述多個原聲換能器提供給信號處理器，並且通過數據處理而從所述 多個中間原聲信號產生複合原聲信號。因為所述多個中間原聲換能器在飽和聲壓上彼此不同，所以複合原聲信 號具有比所述多個中間原聲信號的每一個更寬的不飽和區。由此，實施本發 明的半導體麥克風使得可以產生具有寬不飽和區的複合原聲信號。此外，將 所述多個原聲換能器集成到外殼內，使得半導體麥克風緊湊。實施本發明的另一半導體麥克風大體上包括外殼、分隔壁結構、多個原 聲換能器和信號處理器，並且將聲波轉換為複合原聲信號。外殼具有內部空間，並且被形成有多個音孔。在外殼內部提供分隔壁結構，使得將內部空間 分為多個隔間。多個音孔允許聲波進入內部空間，即，所述多個隔間。換言 之，所述多個隔間通過所述多個音孔而在聲音上對外殼外部開放。所述多個原聲換能器分別被提供於所述多個隔間中，並且將聲波轉換為 多個中間原聲信號。信號處理器連接到多個原聲換能器，使得將所述多個中 間原聲信號從所述多個原聲換能器提供到信號處理器以進行信號處理。信號 處理器將延遲？ 1入到所述多個中間原聲信號中的所選的 一些中間原聲信號中 以便產生延遲原聲信號。信號處理器從延遲原聲信號產生複合原聲信號。因 為所述多個音孔被與聲波源不同地隔開，所以音孔對半導體麥克風給出方向 性。在以下對本發明的實施例的描述中，術語"聲壓"表示壓強的幅度或者 壓強的最高值和壓強的下 一最低值之間的差，並且對應於從理想麥克風取出 的電信號的幅度，這使得電信號的幅度與聲壓成比例而不具有飽和狀態。另 一方面，術語"幅度，，是從實際矽麥克風輸出的電信號的最低峰值和最高峰 值之間的差。術語"靈敏度"是表示矽麥克風的能力的另一數值，並且被定義為"電 信號的幅度對於聲音傳播介質的單位壓強的變化率"。第一實施例首先參照附圖的圖1A和圖1B,實施本發明的矽麥克風la大體上包括 矽麥克風裝置10、集成電路裝置20a和單個包裝30a。例如，在行動電話和 PDA(個人數字助理)中提供矽麥克風la。在包裝30a中限定內部空間，並且在包裝30a中容納矽麥克風裝置10和 集成電路裝置20a。包裝30a被形成有音孔34a。因為從圖1A所示的包裝30a 中移除了蓋子32a,所以點劃線表示音孔34a的位置。聲波通過音孔34a進入 內部空間，併到ii^圭麥克風裝置10。矽麥克風10電連接到集成電路裝置20a。通過矽麥克風裝置10將聲波 轉換為4個中間原聲信號Sl、 S2、 S3和S4，並且將中間原聲信號S1、 S2、 S3和S4從矽麥克風裝置10提供到集成電路裝置20a。在矽麥克風裝置10在 不同的四個值之間改變其靈敏度的情況下，在矽麥克風裝置10中產生中間原 聲信號S1、 S2、 S3和S4。集成電路裝置20a基於中間原聲信號Sl、 S2、 S3和S4產生複合原聲信號S5。當聲波正呈現相對低的聲壓值時，複合原聲信 號S5相當於通過具有高靈敏度的矽麥克風產生的原聲信號。另一方面，當聲 波具有相對高的聲壓值，複合原聲信號S5相當於通過具有低靈敏度的矽麥克 風產生的原聲信號。由此，矽麥克風la呈現出可變靈敏度。因而，矽麥克風 la通過可變靈敏度而實現寬動態範圍。圖2示出了矽麥克風la的結構。包裝30a分解為電路板31和蓋子32a。 平板(flat)部分31a、壁部分31b和導電引線(未示出)一起形成包裝30a。導電 圖案31c被印刷在平板部分上，並且連接到導電引線(lead)。在平板部分31a 的內表面上安裝矽麥克風裝置10和集成電路裝置20a，並且壁部分31b從平 板部分31a的外圍沿上表面的垂直方向伸出。由此，壁部分31b形成開口。 用蓋子32a封閉該開口 ，使得矽麥克風裝置10和集成電路裝置20a被容納在 內部空間中。蓋子32a與矽麥克風裝置10的上表面以及集成電路裝置20a的 上表面隔開。音孔34a位於集成電路裝置20a的上方，並且矽麥克風裝置IO偏離音孔 34a。這是因為呼吸中的溼氣和唾液容易侵入音孔34a下方的空間。該偏離布 置防止矽麥克風裝置IO碰到溼氣和唾液。在矽麥克風裝置10的上表面以及集成電路裝置20a的上表面上形成導電 襯墊(pad)(未示出)。矽麥克風裝置10上的幾個導電村墊通過導電線22而連 接到集成電路裝置20a的、充當信號輸入節點的導電襯墊，並且充當信號輸 出節點的其它導電襯墊通過導電圖案31c而連接到導電引線。通過其它導電 引線向矽麥克風裝置IO和集成電路裝置20a提供電力和地電勢。由此，在襯底31上集成矽麥克風裝置10和集成電路裝置20，並且通過 矽麥克風裝置10和集成電路裝置20之間的協作，將聲波轉換為到包裝30a 外部的複合原聲信號S5。矽麥克風裝置的結構通過MEMS技術來在矽襯底上製造矽麥克風裝置10。矽麥克風裝置10 大體上包括框架結構10a和原聲換能器IIA、 IIB、 IIC和IID。在此實例中， 在矽麥克風裝置10中集成了四個原聲換能器IIA、 IIB、 11C和11D。 4個圓 柱中空(hollow)空間14A、 14B、 14C和14D被形成於框架結構10a的四分之 一部分中，並且平行於框架結構10a的垂直方向而延伸。4個圓柱中空空間 (space)14A到14D分別被分配給4個原聲換能器11A到IID，並且由框架結構10a支撐4個原聲換能器llA到IID。4個原聲換能器IIA到IID彼此獨立，並且分別將聲波轉換為中間原聲 信號S1到S4。換言之，4個原聲換能器IIA到IID彼此並行地操作，以產 生中間原聲信號S1到S4。原聲換能器11A到IID屬於通過電容變化來將聲 波轉換為中間原聲信號S1到S4的類型。原聲換能器IIA到IID在靈敏度上 彼此不同，使得傳播到四個原聲換能器IIA到IID的聲波使得中間原聲信號 Sl到S4具有彼此不同的幅度。如圖3和圖4所示，框架結構10a包括半導體襯底12和在半導體襯底 12上生長的支撐層13。在此實例中，半導體襯底12由單晶矽製成，支撐層 13由氧化矽製成。如前所述，以穿透支撐層13和矽襯底12的方式來在框架 結構10a中形成圓柱中空空間14A到14D，並且所述圓柱中空空間14A到14D 在直徑上;f皮此不同。原聲換能器14A到14D中的每一個包括膜片15和背板16。膜片15和 背板16由矽製成。在背板16中形成多個小通孔17,並且由支撐層13相互 平行地支撐膜片15和背板16。膜片15通過極窄的間隙18而與背板16隔開， 並且膜片15和背板16充當電容器的電極。膜片15與支撐層13無關地振動， 背板16相對於支撐層13靜止。原聲換能器11A到IID的靈敏度取決於糹支暴 露給聲波的膜片15的面積。因為膜片15的外圍部分4皮嵌入到支撐層13中， 所以膜片15的振動部分在面積上等於圓柱中空空間14A、 14B、 14C和14D 的橫截面，並且圓柱中空空間14A到14D在橫截面面積上^皮此不同。由此， 圓柱中空空間14A到14D使得原聲換能器IIA到IID在靈敏度上彼此不同。當激勵矽麥克風la時，使膜片15向相關聯的背板16偏移，並且在膜片 15和相關聯的背板16之間產生電勢差。假設聲波到達原聲換能器11A到11D。 當聲波正對膜片15施加聲壓時，聲壓引起膜片15的振動。振動的膜片15使 得與相關聯的背板16的間隙18反覆變化，因此原聲換能器11A到IID的電 容根據與相關聯的背板16的間隙18而變化。從原聲換能器11A到IID取出 變化的電容，作為中間原聲信號Sl到S4。如前所述，振動部分的直徑彼此不同。儘管聲波在膜片15的所有振動部 分上均勻地施加聲壓(假設膜片的抗撓剛度彼此相等)，但是由於直徑的差異， 在膜片15之間振動幅度不同。電容根據間隙18以及因此根據振動幅度而變 化。由此，中間原聲信號Sl到S4在存在相同聲波的情況下具有不同的幅度值。換言之，四個原聲換能器14A到14D呈現出彼此不同的靈敏度。 原聲換能器的製造工藝如下製造矽麥克風裝置10。圖5A到圖5C示出了用於製造矽麥克風裝 置IO的工藝。該工藝以單晶矽的襯底111的製備開始。在襯底111的主表面的整個表 面上方沉積二氧化矽Si02,以便形成氧化矽層112，之後，在氧化矽層112 的整個表面上方沉積多晶矽，以便在氧化矽層112上形成多晶矽層113。氧化矽層112充當犧牲層。在此實例中，通過化學氣相沉積技術來生長 氧化矽和多晶矽。當正沉積多晶矽時，例如，通過使用原位(insitu)摻雜技術 來將諸如磷的n型雜質摻雜到多晶矽中。在多晶矽的沉積之後，熱擴散P20s, 使得用n型雜質重摻雜多晶矽。在引入n型雜質時，可採用離子注入。將抗光(photo-resist)溶液旋塗(spin)到多晶矽層113上，並將其烘乾以便 形成抗光層。將蝕刻掩模114的潛像從光掩模(未示出)光學轉印到抗光層上， 並且顯影該潛像，使得在多晶矽層113上留下蝕刻掩模114,如圖5A所示。蝕刻掩模114具有四個圓盤部分，它們對應於膜片15。在存在蝕刻劑的 情況下部分地蝕刻掉多晶矽層113，並且蝕刻掩衝莫114防止膜片15接觸到蝕 刻劑。結果，在氧化矽層112上留下膜片15。剝除蝕刻掩模114。接著，在所得的結構的整個表面上沉積二氧化矽，以便形成氧化矽層 115，之後，在氧化矽層115上方沉積多晶矽。還通過原位摻雜技術來將硼摻 雜到多晶矽中。膜片15被氧化矽層115所覆蓋，氧化矽層115又被多晶矽層 116所覆蓋。將抗光溶液旋塗到多晶矽層116的整個表面上，並且將其烘乾以形成抗 光層。將蝕刻掩模117的潛像從光掩模光學轉印到抗光層上，並且將其顯影 以使得在多晶矽層116上留下蝕刻掩模117,如圖5B所示。在要形成小通孔 17的區域上方，蝕刻掩模117被形成有通孔。蝕刻掩模117具有對應於背板16的圓盤部分。所得的結構被暴露給蝕刻 劑。儘管在存在蝕刻劑的情況下部分地去除多晶矽層116，但蝕刻掩模117 防止背板16接觸蝕刻劑，並且在氧化矽層115上留下背板16。剝除蝕刻掩 模117。接著，在襯底111的反面上形成抗光蝕刻掩模(未示出)，並且要形成圓 柱中空空間14A到14D的區域不被抗光蝕刻掩模覆蓋。襯底111受到深RIE(反應離子蝕刻)，即，各向異性乾式蝕刻，以實現大的縱橫比(aspect radio)。將 襯底111部分地蝕刻掉，直到露出氧化矽層112為止。這樣，在襯底111中 形成圓柱中空空間14A到14D。剝除蝕刻掩模。所摹制(pattern)的襯底111充 當襯底12。接著，在背板16上摹制抗光蝕刻掩模118。儘管背板16的外圍區域和 背板16周圍的氧化矽層115的外圍區域被抗光蝕刻掩模118所覆蓋，但背板 16的中央區域未被抗光蝕刻掩模118所覆蓋。在背板16的中央區域中形成 小通孔17。所得的結構被浸入溼蝕刻劑(例如氟酸溶液)中。氟酸溶液透入小 通孔17,並且從所得的結構中去除背板16下方的氧化矽。結果，膜片15與 背板16由間隙18隔開。還從所得的結構中去除暴露給圓柱中空空間14A到 14D的氧化矽，並且將膜片15暴露給圓柱中空空間14A到14D。剝除抗光蝕 刻掩模118，並且完成由框架結構10a支撐的原聲換能器IIA到IID。所摹 制的氧化矽層112和115 —起形成支撐層13。儘管在上述實施例中在襯底12上集成原聲換能器IIA到IID，但如圖6 所示，可在各個支撐結構IOA、 ...IOC、...的襯底上分別形成另一矽麥克風 1A1的、在靈敏度上彼此不同的原聲換能器11A，、…11C，、…。矽麥克風1Aa 還包括集成電路裝置20Aa和包裝30Aa。在原聲換能器11A，、 ...11C，、...上 方形成音孔34Aa，並且由於在物理上獨立的原聲換能器11A，、 ...11C，、...， 導電圖案31Ac不同於導電圖案31c。儘管原聲換能器IIC，直接連接到集成電 路裝置20Aa,但其它原聲換能器IIA，...通過導電線33和導電圖案31Ac而 連接到集成電路裝置20Aa。然而，包裝30Aa的其它特徵類似於包裝30a的 特徵。用指定包裝30a的相應組成部分的參考標記來標記包裝30Aa的其它組 成部分，而不加詳細描述。集成電路裝置20Aa與集成電路裝置20a相同。集成電^各裝置如前所述，原聲換能器11A到IID在靈敏度上彼此不同。中間原聲信號 Sl、 S2、 S3和S4基本與膜片15的振動幅度成比例地波動，因此與聲壓成比 例。所有中間原聲信號Sl到S4在特定值上飽和。換言之，在所有中間原聲 信號Sl到S4中找到共同的動態範圍。不同的靈敏度值表示中間原聲信號Sl 到S4具有對於單位聲壓值的中間原聲信號Sl到S4的幅度變化率的各個值。 由於這一原因，中間原聲信號的飽和幅度表示不同的聲壓值，即，不同的飽 和聲壓PA、 PB、 PC和PD的值。飽和聲壓PA、 PB、 PC和PD分別對應於可由原聲換能器IIA、 IIB、 11C 和IID檢測到的聲壓的最大值。原聲換能器IIA、 IIB、 11C和11D的靈敏 度分別帶有"SA"、 "SB"、 "SC，，和"SD"。原聲換能器IIA呈現最高的靈敏 度，原聲換能器IID呈現最低的靈敏度。靈敏度SA之後是靈敏度SB，靈敏 度SB之後是靈敏度SC,即，SA>SB>SC>SD。換言之，膜片越寬，則靈敏 度越高。集成電路裝置20a從原聲換能器IIA到11D接收中間原聲信號S1、 S2、 S3和S4，並且對聲壓數據執行數據處理，以產生複合原聲信號S5。當聲壓 較小時，根據從具有最高靈敏度SA的原聲換能器IIA輸出的聲壓數據產生 複合原聲信號S5。當聲壓從小聲壓區域增大時，原聲換能器從11A通過11B 和11C改變到IID，並且根據從原聲換能器IIB、 11C和11D中所選的原聲 換能器輸出的聲壓數據產生複合原聲信號S5。由此，增寬了複合原聲信號S5 的動態範圍，而不犧牲小聲壓區域中的高靈每文度。集成電路裝置20a基於中間原聲信號Sl到S4產生複合原聲信號S5。模 數轉換器21和信息處理系統22a被合併到集成電路裝置20a中，如圖1B所 示。原聲換能器11A到11D連接到衝莫數轉換器21，使得以採樣間隔周期性地 採樣中間原聲信號Sl到S4的波形上的離散值，並將該離散值轉換為數字原 聲信號DS1、 DS2、 DS3和DS4。儘管在附圖中未示出，但信息處理系統22a包括微處理器、信號輸入電 路、程序存儲器、非易失性數據存儲裝置、工作存儲器、外圍處理器、信號 輸出電路和共享總線系統。微處理器、輸入電路、程序存儲器、工作存儲器、 外圍處理器和信號輸出電路連接到共享總線系統，使得微處理器通過共享總 線系統而與外圍處理器、信號輸入電路、程序存儲器、工作存儲器和信號輸 出電路通信。由此，微處理器充當中央處理單元，以便監管其它系統組件。對應於飽和聲壓的幅度臨界值被存儲在用於原聲換能器11A、11B和11C 的非易失性數據存儲裝置中。原聲換能器IIA具有最小的飽和聲壓值。原聲 換能器11B的飽和聲壓值比原聲換能器11A的飽和聲壓值更大，且比原聲換 能器IIC的飽和聲壓值更小。因此，原聲換能器IIA的臨界值最小，原聲換 能器11B的臨界值比原聲換能器IIA的臨界值大而比原聲換能器11C的臨界 值小。原聲換能器IID在原聲信號S4的動態範圍內不進入飽和狀態。還在用於四個原聲換能器11A到11D的非易失性存儲器中存儲交叉衰落係數和時間之間的關係。下面將詳細描述交叉衰落的係數。 信息處理系統的功能電腦程式被存儲在程序存儲器中，並且在微處理器上運行，以便實現圖7所示的功能。下面參照圖7描述通過執行電腦程式而實現的功能。模數轉換器21將數字原聲信號DS1到DS4提供到信號輸入電路。微處 理器周期性地從信號輸入電路提取由數字原聲信號DS1到DS4表示的離散 值，並且該離散值被臨時存儲在工作存儲器中。所述功能被分解為稱為"複合(composition)控制221a"、"標準化 (normalization)226aA、 226aB和226aC，，、以及"複合227a，，的多個子功能。 複合控制221a還分解為稱為"聲壓數據的獲取222"、"原聲換能器的選擇 223a"、"飽和聲壓數據的獲取224"和"交叉衰落係數的確定"的子功能。下 面詳細描述子功能。通過標準化226aA、 226aB和226aC來標準化原聲^:字信號DS1、 DS2 和DS3。如前所述，原聲換能器IIA到IID具有不同的靈敏度值SA、 SB、 SC和SD。圖8示出相對於聲壓的原聲信號Sl到S4的幅度。線條(plot)llA，、 11B，、 IIC，和IID，代表從原聲換能器IIA到IID輸出的聲音信號Sl到S4 的幅度與聲壓之間的關係。如將從線條11A，到IID，理解的，即使在某一值上 找到聲壓，原聲信號Sl到S4也具有不同的幅度值。線條11A，、 11B，、 IIC， 和IID，上的比例關係在值PA、 PB和PC處被破壞，並且飽和聲壓在原聲換 能器11A到IID之間也不同。"PA"、 "PB"和"PC"分別表示原聲換能器 11A、 11B和11C的飽和聲壓，並且對應於原聲信號Sl到S3的幅度的臨界 值THA、 THB和THC。飽和聲壓數據表示臨界值THA、 THB和THC。轉回圖7,在原聲換能器IIA、 IIB和IIC在靈敏度上與原聲換能器11D 相等的假設下，標準化226aA、226aB和226aC使得數字原聲信號DS1到DS4 的離散值變為標準化離散值。標準化是複合227a之前的初步數據處理。通過 放大或乘以靈敏度的比率而標準化數字原聲信號DS1到DS4的離散值。例如， 將數字原聲信號DS1的離散值放大或乘以比率SD/SA。類似地通過SD/SB和 SD/SC來放大其它數字原聲信號的離散值。由此，原聲換能器IID充當標準。 由於這一原因，不對數字原聲信號DS4執行標準化。通過複合227a產生複合原聲信號S5。如後面結合原聲換能器的選擇223a 將描述的，在複合控制221a的監管下，部分地從數字原聲信號DS1到DS4中的每一個並且部分地從數字原聲信號DS1到DS4中所選的兩個來產生複合 原聲信號S5。為了控制所述複合，首先通過聲壓數據的獲取222來確定聲波的聲壓。 原聲換能器IID具有最寬的聲壓的可檢測範圍，使得基於數字原聲信號DS4 的離散值的包絡線來確定表示聲壓的當前(current)離散值A，即幅度A。如前所述，臨界值THA、 THB和THC被存儲在非易失性數據存儲裝置 中。通過飽和聲壓數據的獲取224,從非易失性數據存儲裝置讀出臨界值 THA、 THB和THC。將聲壓的當前值A與表示飽和聲壓PA、 PB和PC的臨 界值THA、 THB和THC進行比較，以查看要選擇原聲換能器IIA、 IIB、 11C 還是IID。當數字原聲信號DS4的當前值A小於對應於飽和聲壓PA的臨界 值THA,即A〈THA時，將選擇原聲換能器IIA。當該當前值A落入等於大 於臨界值THA且小於臨界值THB的範圍內，即THA^A〈THB時，從四個中 選擇原聲換能器IIB。如果該當前值A落入等於大於臨界值THB且小於臨界 值THC的範圍內，即THBSA〈THC,則從四個中選擇原聲換能器IIC。當該 當前值A等於或大於臨界值THC,即THC^A時，從四個中選擇原聲換能器 IID。當未在臨界值THA、 THB和THC的鄰域(vicinity)中找到當前值A時， 從信息處理系統22A輸出數字原聲信號DS1、 DS2、 DS3或DS4的標準化值， 作為複合原聲信號S5。然而，如果在臨界值THA、 THB和THC之一的鄰域 中找到當前值A,則通過交叉衰落技術產生複合原聲信號S5的相應部分。換 言之，當在臨界值THA、 THB或THC的鄰域中找到當前值A時，離散原聲 信號DS1、 DS2或DS3的標準化值漸弱(fadeout)，並且離散原聲信號DS2、 DS3或DS4的標準化值漸顯(fade in)。交叉衰落需要係數，通過子功能"交 叉衰落係數的確定"來確定該係數。圖9示出了相對於時間的交叉衰落係數。線條S1代表要施加到當前使用 的原聲換能器11A、 IIB或IIC的標準化值的係數，而線條S2代表要施加到 將從當前使用的原聲換能器IIA、 11B或11C改變的原聲換能器IIB、 11C 或IID的標準化值的係數。線條S1上的係數隨時間減小，而線條S2上的系 數隨時間增大。圖IOA到IOC示出電腦程式的作業序列。該電腦程式具有主例程和 子例程。通過計時器中斷，主例程周期性地分支到子例程。每個計時器中斷在預定時間段期滿時發生。計時器中斷以近似等於藉助於模數轉換器21進行 的模數轉換的採樣間隔的預定時間間隔發生。當對矽麥克風加電時，電腦程式開始在^f效處理器上運行。首先，如圖IOA的步驟SI,微處理器執行系統初始化。當微處理器正初始化系統時，將 工作存儲器中的預定存儲位置分配給新的離散值，並且在工作存儲器的另一 存儲位置處定義地址指針。地址指針表示存儲係數值的地址。從由地址指針 之一表示的地址讀出線條S1上的係數值，並且從由其它地址指針表示的地址 讀出線條S2上的係數值。(見圖9)。地址指針被遞增，使得線條S1上的值和 線條S2上的值隨著時間分別減小和增大。當地址指針遞增到"1"時，地址 計數器表示存儲了 tl處的係數值的地址。在完成系統初始化時，如步驟Sll，微處理器檢測工作存儲器，以查看 是否在預定存儲位置中存儲新的離散值。當步驟Sll處的答覆被給出為否定"否"時，微處理器重複步驟S11處 的作業，並等待步驟Sll處的答覆改變。當在預定存儲位置中存儲了新的離 散值時，步驟Sll處的答覆變為肯定"是"。由於步驟Sll處的肯定答覆"是，，，如步驟S12,微處理器從工作存儲器 讀出新的離散值，並且如步驟S13,標準化數字原聲信號DS1到DS3的新離 散值。已經結合圖7中的框226aA、 226aB和226aC處的功能"標準化"描 述了標準化。如步驟S14,微處理器在工作存儲器中存儲標準化值。接著，如步驟S15,微處理器從工作存儲器讀出關於數字原聲信號DS4 的新離散值A，並如步驟S16，將新離散值A與臨界值THA、 THB和THC 比較，以查看新離散值落入什麼範圍。已經結合框223a和224描述了臨界值 THA、 THB和THC和比較。當發現新離散值A在小於臨界值THA的範圍內時，如步驟S17，微處 理器從四個中暫時選擇原聲換能器IIA和IIB。當發現新離散值A在等於臨 界值THA且小於臨界值THB的範圍內時，如步驟S18，微處理器從四個中 暫時選擇原聲換能器IIA、 11B和11C。當發現新離散值A在等於臨界值THB且小於臨界值THC的範圍內時， 如步驟S19，微處理器從四個中暫時選擇原聲換能器IIB、 11C和11D。當發 '現新離散值A在等於或大於臨界值THC的範圍內時，如步驟S20，微處理器 從四個中暫時選擇原聲換能器IIC和IID。假設在步驟S17處選擇原聲換能器11A和IIB。如步驟S21，微處理器 檢查新離散值A,以查看新離散值A是否落入臨界值THA的鄰域中。如果 新離散值A落入臨界值THA的鄰域中，則步驟S21處的答覆被給出為肯定 "是"，微處理器前進到步驟S32。另一方面，當發現離散值A在臨界值THA 的鄰域之外時，步驟S21處的答覆被給出為否定"否"，微處理器前進到步驟 S31。假設在步驟S18處選擇原聲換能器IIA、 11B和11C。如步驟S23，微處 理器4企查新離散值A,以查看新離散值A是否落入臨界值THA或THB的鄰 域。如果新離散值A落入臨界值THA或THB的鄰域，則步驟S23處的答覆 被給出為肯定"是"，並且如步驟S25，微處理器放棄原聲換能器IIA或IIC。 具體地，當發現新離散值A在臨界值THA的鄰域中時，微處理器放棄原聲 換能器11C。另一方面，當發現新離散值A在臨界值THC的鄰域中時，微處 理器放棄原聲換能器IIA。然而，如果發現新離散值A在臨界值THA和THB 的鄰域之外，則步驟S23處的答覆被給出為否定"否"，並且如步驟S24,微 處理器放棄原聲換能器IIA和IIC這兩者。在完成步驟S24處的作業時，微 處理器前進到步驟S31。另一方面，當微處理器完成步驟S25處的作業時， 微處理器前進到步驟S32。假設在步驟S19處選擇原聲換能器IIB、 11C和11D。如步驟S26,微處 理器檢查新離散值A,以查看新離散值A是否落入臨界值THB或THC的鄰 域。如果新離散值A落入臨界值THB或THC的鄰域，則步驟S26處的答覆 被給出為肯定"是"，並且如步驟S28，微處理器放棄原聲換能器IIB或IID。 具體地，當發現新離散值A在臨界值THB的鄰域中時，微處理器放棄原聲 換能器11D。另一方面，當發現新離散值A在臨界值THC的鄰域中時，微處 理器放棄原聲換能器IIB。然而，如果發現新離散值A在臨界值THB和THC 的鄰域之外，則步驟S26處的答覆被給出為否定"否"，並且如步驟S27,微 處理器放棄原聲換能器IIB和IID這兩者。在完成步驟S24處的作業時，微 處理器前進到步驟S31。另一方面，當微處理器完成步驟S28處的作業時， 微處理器前進到步驟S32。假設微處理器在步驟S20處選擇原聲換能器11C和IID。如步驟S29, 微處理器檢查新離散值A，以查看是否發現新離散值A在臨界值THC的鄰域 中。如果發現新離散值A在THC的鄰域中，則步驟S29處的答覆被給出為肯定"是"，微處理器前進到步驟S32。另一方面，如果發現離散值A在臨界 值THC的鄰域之外，則步驟S29處的答覆被給出為否定"否"，並且如步驟 S30,微處理器放棄原聲換能器IIC。在完成步驟S30處的作業時，微處理器 前進到步驟S31。由此，在發現新離散值A在臨界值THA、 THB和THC的 鄰域之外的條件下，微處理器前進到步驟S31,並且在發現新離散值A在臨 界值THA、 THB或THC的鄰域中的條件下，前進到步驟S32。當發現新離散值A在臨界值THA、 THB和THC的鄰域之外時，不需要 任何交叉衰落。由於這一原因，在步驟S31,微處理器將新離散值從工作存 儲器傳輸到信號輸出電路。另一方面，如果發現新離散值A在臨界值THA、THB或THC的鄰域中， 則微處理器如下執行交叉衰落。首先，如步驟S32，微處理器檢查工作存儲器，以查看前一離散值是否 落入鄰域中。如果步驟S32處的答覆被給出為否定"否"，則如步驟S33,微 處理器將地址指針重置為0，並遞增地址指針。當地址指針從O遞增到"1" 時，地址指針表示存儲tl處的係數值的地址。另一方面，當發現前一離散值在鄰域中時，要隨著時間從tl推移而遞增 地址。由於這一原因，微處理器前進到步驟S34，並且遞增地址指針。由此，如步驟S35,從非易失性存儲器中的地址連續讀出係數值。如步 驟S36,微處理器從工作存儲器讀出新離散值，並且如步驟S37,基於新離散 值和係數計算複合原聲信號S5的值。在完成計算時，如步驟S38,微處理器 將複合原聲信號的值傳輸到信號輸出電路。微處理器從步驟S31或S38返回 步驟Sll。因此，微處理器重複由步驟Sll到S38組成的循環。當要改變原 聲換能器時，原聲換能器在鄰域中相互重疊，並且通過交叉衰落產生複合原 聲信號的值。如將從圖IOA到IOC所示的流程圖理解的，通過執行電腦程式來實現 功能"標準化"、"複合控制"和"複合"。本發明的矽麥克風la具有靈敏度不同的多個原聲換能器IIA到IID,並 且通過複合，從原聲信號S1、 S2、 S3和S4產生複合原聲信號S5。當聲壓相 對低時，根據從具有相對高的靈敏度的原聲換能器IIA、 11B或11C輸出的 原聲信號S1、 S2或S3產生複合原聲信號S5。當表示聲壓的離散值等於或大 於原聲信號S3的臨界值THC時，根據從具有最低靈敏度的原聲換能器11D輸出的原聲信號S4產生複合原聲信號S5。然而，原聲換能器響應於最寬的 聲壓範圍。結果，本發明的矽麥克風la實現寬聲壓範圍中的線性聲音-信號 轉換特性，而不損失相對低的聲壓處的靈敏度。當改變原聲換能器時，第一實施例的矽麥克風la對在臨界值THA、THB 或THC兩側的從原聲換能器輸出的聲音信號執行交叉衰落，使得複合原聲信 號S5沒有不期望的噪聲。因為聲壓-電信號特性部分地彼此重疊，所以矽麥 克風la使得可以執行交叉衰落。相對於從具有最低靈敏度的原聲換能器11D輸出的聲壓數據來標準化來 自原聲換能器IIA、 11B和11C的聲壓數據。原聲換能器呈現出寬的動態範 圍，使得從多個原聲換能器中選擇最佳的 一個或多個原聲換能器。在單個襯底上集成原聲換能器IIA到IID，使得簡化製造工藝。第二實施例轉到附圖的圖11,實施本發明的另一矽麥克風lb大體上包括多個原聲 換能器IIA、 IIB、 11C和11D以及集成電路裝置22b。原聲換能器11A到 11D與第一實施例中的那些相同，並且為了簡單起見，下文中不進行進一步 的描述。集成電路裝置22b被適配為實現功能"複合227b"，通過其，中間原聲 信號Sl到S4複合成複合原聲信號DS5a。對於複合227b,集成電路裝置22b 計算表示中間原聲信號Sl到S4的幅度的值的總和、或者平方值的總和的平 方根。在此實例中，在單個半導體晶片上集成模數轉換器和微處理器，並且 通過執行電腦程式實現以下功能。圖12示出集成電路裝置22b的功能。PLll、 PL12、 PL13和PL14代表 聲壓和中間原聲信號S1、 S2、 S3和S4的幅度之間的關係。儘管實際的中間 原聲信號Sl到S4具有如圖8所示的比例區域和非比例區域，但為了簡單， 將圖12所示的中間原聲信號的幅度線性增大，直到飽和狀態為止。當模數轉換器正周期性地將線條PLll到PL14上的離散值輸出到微計算 機時，微計算機與模數轉換同步地提取離散值，並且將離散值臨時存儲在內 部工作存儲器中。從內部工作存儲器順序地讀出離散值，並將其彼此相加。 結果，在內部寄存器中留下離散值的總和。從微計算機輸出如PL15a所示的 總和。17另外，對離散值求平方，並將平方值彼此相加。從平方值的總和提取平方根的值。從微計算機輸出如PL15b所示的平方值的總和的平方根。將線條PL11到PL14相互比較，可理解，特定聲壓上的中間原聲信號 S1到S4的幅度隨著靈敏度一起增加。靈敏度越大，則幅度越高。線條PLll 上的離散值佔據線條PL15a上的總和的大部分，以及線條PL15b上的平方值 的總和的平方根的大部分，直到線條PLll飽和為止。在線條PLll飽和之後， 線條PL12上的離散值對總和以及平方值的總和的平方根的影響比其它線條 PLll、 PL13和PL14上的離散值更大，直到線條PL12飽和為止。然而，在 線條PL13飽和之後，所述總和以及平方值的總和的平方根隨著線條PL4上 的離散值一起增加。由此，當將相對低的聲壓輸入到矽麥克風中時，具有相 對大的靈敏度的原聲換能器對所述總和以及平方值的總和的平方根的影響比 具有相對小的靈敏度的原聲換能器更大，從而在相對大的靈敏度的條件下產 生複合原聲信號DS5a。儘管具有相對大的靈敏度的原聲換能器的影響隨著聲 壓的增加而減小，但所述總和以及平方值的總和的平方根一直增加到線條 PL14飽和為止。換言之，在線條PL14飽和之前，線條PL15a和線條15b不 飽和。由此，矽麥克風響應於寬的聲壓範圍，而不犧牲相對低的聲壓區域中 的靈敏度。離散值的加法或平方值的總和的平方根的計算是期望的，因為在所述總 和或平方值的總和的平方根中，由於隨機噪聲而產生的值的權重較小。第三實施例轉到附圖的圖13,實施本發明的另一矽麥克風lc大體上包括多個原聲 換能器IIA到11D以及集成電路裝置22c。原聲換能器IIA到IID與第一實 施例中的那些相同，並且由於這一原因而不在下面進行描述。框221b、 222、 223b、 224、 225、 226aA到226aC、 227c、 229A到229C和230以及圓228A 到228C代表集成電路裝置22c的功能。標準化226aA、 226aB和226aC類似於第一實施例中的那些，並且用復 合227c和複合控制221b分別代替複合227a和複合控制221a。由於這一原因， 將描述集中於複合227c和複合控制221b。複合控制221b分解為子功能"聲壓數據的獲取222"、"原聲換能器的選 擇223b"、"飽和聲壓數據的獲取224"和"交叉衰落係數的確定225"。子功能"聲壓數據的獲取222"、"飽和聲壓數據的獲取224"和"交叉衰落係數的 確定225"類似於第一實施例中的那些，為避免重複，下文中不進行進一步 的描述。當通過聲壓數據的獲取而確定了當前離散值A時，通過飽和聲壓數據的 獲取224,將圖8所示的臨界值THA、 THB和THC傳輸到原聲換能器的選 擇223b,並且將當前離散值與臨界值THA、 THB和THC進行比較，以便選 擇原聲換能器11A到11D中的一個或多個。當該當前離散值A小於臨界值 THA ，即A<THA時，通過原聲換能器的選擇223b選擇所有的原聲換能器11A 到11D。如果該當前離散值A等於或大於臨界值THA且小於臨界值THB， 即THA^A〈THB,則從四個中選擇原聲換能器11B、 11C和11D。如果當前 離散值A等於或大於臨界值THB且小於臨界值THC，即THB^A〈THC,則 從四個中選擇原聲換能器11C和11D。如果當前值A大於臨界值THC,即 THCSA,則僅僅從四個中選擇原聲換能器11D。功能"複合"分解為子功能"加法"228A、 228B和228C，"除法"229A、 229B和229C以及"交叉衰落230"。通過子功能228C將關於數字原聲信號 DS4的離散值加到關於數字原聲信號DS3的離散值上，並且通過子功能228B 將關於數字原聲信號DS2的離散值加到關於數字原聲信號DS4和DS3的離 散值的總和上。通過子功能228A將關於數字原聲信號DS1的離散值加到關 於數字原聲信號DS4、 DS3和DS2的離散值的總和上。根據通過子功能223b 選擇的原聲換能器來選擇性地實現子功能228A、 228B和228C。通過子功能229A、229B或229C將離散值的總和除以被彼此相加的離散 值的數目。儘管商(quotient)本身是從集成電路裝置22d輸出的，但是在當前 離散值A落入臨界值THA、 THB和THC的鄰域內的條件下，使得商經受交 叉衰落230。交叉衰落230類似於結合複合227a描述的交叉衰落，並且為避 免重複而省略詳細描述。當發現聲波在小聲壓區域中時，從具有高靈敏度的原聲換能器的中間原 聲信號Sl產生複合原聲信號S5b。這是因為原聲信號Sl對從原聲信號Sl到 S4產生的複合原聲信號S5b具有期望的影響的事實。原聲換能器IIA到11D 被選擇性地用於在PA和PC之間的聲壓區域中產生複合原聲信號S5b。然而， 當聲波具有比飽和值PC更大的聲壓值時，從具有最寬的動態範圍的原聲換 能器IID的中間原聲信號S4產生複合原聲信號。如將從前述描述中理解的，第三實施例的矽麥克風響應於寬的聲壓範圍， 而不犧牲小聲壓區域中的高靈敏度。因為在加法228A、 228B和228C之後是除法229A、 229B或229C，所 以複合原聲信號S5b在相對窄的數值範圍內變化，使得容易在應用裝置中處 理複合原聲信號S5b。通過多個離散值的加法減少了隨機噪聲。交叉衰落使得從複合原聲信號S5b中消除噪聲。第四實施例圖14示出了實施本發明的再一矽麥克風ld的功能。實施本發明的再一 矽麥克風ld大體上包括多個原聲換能器IIA到11D以及集成電路裝置22d。 原聲換能器11A到IID與第一實施例中的那些相似，並且由於這一原因而在 下文中不詳細描述。框221b、 222、 223b、 224、 225、 226bA到226bC、 227c、 229A到229C和230以及圓228A到228C代表集成電路裝置22d的功能。複合227c和複合控制221b類似於第三實施例中的那些，並且用標準化 226bA、 226bB和226bC代替標準化226aA、 226aB和226aC。由於這一原因， 將描迷集中於標準化226bA到226bC。儘管在標準化226aA、 226aB和226aC中，將數字原聲信號DS1、 DS2 和DS3的離散值放大了比率SD/SA、 SD/SB、 SD/SC的固定值，但是比率 SD/SA、 SD/SB、 SD/SC在標準化226bA、 226bB和226bC中是可變的。具體地，圖15示出了標準化226bA的功能。其它標準化226bB和226bC 在功能上與標準化226bA相同。標準化226bA的功能分解為放大2261A、數 字原聲信號的離散值的確定2262A和》丈大因子的確定2263A。如下確定放大因子。將數字原聲信號DS4的當前離散值從子功能"聲壓 數據的獲取222"轉發到子功能"放大因子的確定2263A",並且將數字原聲 信號DS1的標準化離散值從子功能"離散值的讀出2262A"轉發到子功能"放 大因子的確定2263A"。通過子功能"放大因子的確定2263A"將比率SD/SA 乘以增益，即比率DDS4/DDS1，其中DDS4和DDS1代表數字原聲信號DS4 的當前離散值和數字原聲信號DS1的標準化離散值。將乘積 (SD/SAxDDS4/DDSl)從子功能"放大因子的確定2263A"提供到子功能"放大 2261A"，作為放大因子。通過子功能"放大2261A，，將數字原聲信號DS1的離散值乘以放大因子(SD/SAxDDS4/DDSl), 並且將乘積 (DDSlx(SD/SAxDDS4/DDSl))從子功能"放大2261A"提供到子功能"加法 228A"。如將從前述描述中理解的，類似於第一到第三實施例，矽麥克風ld響應 於寬的聲壓範圍中的聲波，而不犧牲小聲壓區域中的高靈敏度。此外，通過比率(SD/SA)和比率(DDS4/DDS 1 )之間的放大來校正放大因 子。比率(SD/SA)是由於原聲換能器IID和原聲換能器IIA之間的靈敏度差 異導致的校正因子，並且比率(DDS4/DDS1)是由於數字原聲信號DS4和DS1 所表示的當前聲壓的差異導致的另一校正因子。由此，相對於數字原聲信號 DS4的離散值而準確地標準化數字原聲信號DS1、 DS2和DS3的離散值。第五實施例轉到附圖的圖16A和16B,另一矽麥克風le大體上包括矽麥克風裝置 10b、集成電路裝置20b和包裝30b。類似於第一實施例的矽麥克風裝置10a， 矽麥克風裝置10b具有多個原聲換能器IIA、 IIB、 11C和11D,並且通過原 聲換能器IIA到11D同時將聲波轉換為中間原聲信號Sl、 S2、 S3和S4。中 間原聲信號Sl到S4被從矽麥克風裝置10b提供到集成電路裝置20b,並且 在集成電路裝置20b中經受預定信號處理。基於中間原聲信號Sl到S4,通 過該預定信號處理而產生複合原聲信號，並將其從矽麥克風le輸出。儘管對於所有原聲換能器11A到11D而在包裝30a中形成單個音孔34a, 但是如圖17所示，通過分隔壁36、 37和38將包裝30b的內部空間分為多個 子空間。包裝30b分為電路板31和蓋子32b。分隔壁30b從電路板31向上 伸出，並且在如圖16A中的點劃線所示的橫向方向上延伸。分隔壁37從蓋 子32b的內表面向下伸出，並且保持與分隔壁36的上表面接觸。由此，包裝 30b的內部空間被分為兩個子空間，並且矽麥克風裝置10和集成電路裝置20b 被分別分配給所述子空間。原聲換能器11A到11D通過聯接(bonding)線33 連接到電路板31上的導電圖案31ec,並且導電圖案31ec進一步通過其它聯 接線33連接到集成電路裝置20b上的襯墊。分隔壁38從矽麥克風裝置10上方的蓋子32b的內表面向下伸出，並且 以直角相互交叉。分隔壁38的下表面與矽麥克風10的上表面保持接觸。結 果，分配給矽麥克風裝置10的子空間被進一步分為四個隔間。由此，通過分隔壁38而將每個隔間與其它隔間隔離開。這四個隔間分別;波分配給原聲換能 器IIA到IID。儘管在單個矽襯底上集成四個原聲換能器IIA到11D,但可 將多於一個的矽襯底用於矽麥克風裝置10b。在蓋子32b中形成音孔34bA、 34bB、 34bC和34bD，並且將所述音孔 34bA、 34bB、 34bC和34bD在與分隔壁38的中心隔開的方向上分別輕微偏 離四個原聲換能器11A到11D。偏離布置的原因是在聲波到達原聲換能器11A 到11D之間引入時間延遲。四個隔間通過四個音孔34bA到34bD分別對空氣 開放。聲波穿過四個音孔34bA到34bD,並且到達原聲換能器IIA到IID。 包裝30b的其它特徵類似於包裝30a的相應特徵，並且為簡單起見，下文中 不進行進一步的描述。集成電路裝置20b包括模數轉換器21和信息處理系統22E,如圖16B 所示。電腦程式在信息處理系統22E的微處理器上運行，並且實現功能"動 態範圍的擴展22a"和另一功能"方向性的賦予23"。功能"動態範圍的擴展 22a，，類似於結合第一實施例、第二實施例、第三實施例或第四實施例描述的 集成電路裝置的功能。下文中詳細描述功能"方向性的賦予23"。如圖18所示，功能"方向性的賦予23"分為子功能"標準化231"、"方 向性控制232"、"延遲的引入233A、 233B、 233C和233D"以及"延遲信號 的選擇和複合234"。功能23向矽麥克風le賦予(endow)方向性，使得複合原 聲信號S5的幅度根據聲波源的方向而變化。原聲換能器IIA到11D的物理 上分開的布置使得可以向矽麥克風le賦予方向性。通過將延遲引入到數字原聲信號DS1到DS4來實現方向性的賦予。具體 地，首先相對於數字原聲信號DS4來標準化數字原聲信號DS1到DS3，好像 原聲換能器IIA、 11B和11C具有與原聲換能器11D的靈敏度相等的靈敏度 一樣。子功能"標準化231"類似於子功能226aA/226aB/226aC或226bA/226bB/ 226bC，由於這一原因，為避免重複，下文中不進行進一步的描述。通過子功能"方向性控制232"來從四個原聲換能器IIA到11D中選擇 要參與方向性的賦予的原聲換能器，並且還通過子功能"方向性控制232"來確定方向性的方向。之後，通過子功能"方向性控制232",基於方向性的 方向來確定要引入到所選原聲換能器的延遲量。將該延遲量從子功能"方向性控制232"轉發到子功能"延遲的？ 1入233A、 233B、 233C和233D"。將標準化離散值從子功能"標準化231"轉發到所選的子功能"延遲的引入233A、 233B、 233C和233D"，並且將延遲量引入每 個標準化離散值的傳播中。由此，將數字延遲原聲信號DS1，、 DS2'、 DS3， 和DS4，從子功能"延遲的引入233A、 233B、 233C和233D"轉發到子功能 "延遲信號的選擇和複合234"。因為子功能"方向性控制"向子功能"延遲信號的選擇和複合234"通 知所選的原聲換能器，所以通過子功能"延遲信號的選擇和複合234"，從數 字延遲原聲信號DS1，到DS4，中所選的一些產生複合原聲信號S5e。通過波束 控制(beam steering)或零控制(null steering)而向複合原聲信號S5e賦予方向性。 波束控制使得特定方向上的聲波強化，而零控制使得特定方向上的聲波減弱。 具體地，圖19示出了在從四個原聲換能器IIA到IID選擇原聲換能器 IIA和11B的假設下賦予方向性的構思。原聲換能器11A的膜片15的中心 與另一原聲換能器11B的膜片15的中心隔開距離"d"。為簡單起見，假設聲 波在平面上傳播，即平面波。平面波在方向DR上從聲源傳播到原聲換能器 11A和11B。當平面波到達原聲換能器IIA的膜片15時，在到達原聲換能器 11B的膜片之前仍有距離(d sine)。將延遲時間表達為(d sine)/c，其中c是聲速。 由此，原聲換能器11B的膜片15的激發比原聲換能器11A的膜片15的激發 延遲了(d sin0)/c。當對於子功能"延遲的引入233A",將延遲量調整為(dsine)/c時，抵消 了原聲換能器IIA和原聲換能器IIB之間的延遲時間。結果，延遲(dsin6)/c 的引入使得數字延遲原聲信號DS1，和DS2，表示在方向DR上傳播的平面波， 好像平面波同時到達原聲換能器IIA和IIB這兩者一樣。當然，延遲(dsin0)/c 的引入僅僅適合於方向DR上的平面波。在不同於方向DR的方向上的平面 波的傳播中仍有延遲時間，或者，當e是大約90度時，對於在其它方向上傳 播的平面波，延遲時間增加。子功能"延遲信號的選擇和複合"等效於子功能"加法"和/或"替換 (substitution)"。當通過波束控制而在方向DR上向複合原聲信號S5e賦予方 向性時，將數字延遲原聲信號DS2，加到數字延遲原聲信號DS1，上。結果， 複合原聲信號S5e的離散值是數字原聲信號DSl的離散值的兩倍大。另一方 面，由於不同於延遲時間(d sin9)/c的實際延遲時間，表示從不同於方向DR 的方向上傳播的聲波的複合原聲信號S5e的離散值小於表示在方向DR上傳 播的聲波的複合原聲信號S5e的離散值。由此，通過波束控制，強化了在方向DR上傳播的聲波。另一方面，當通過零控制來向複合原聲信號S5e賦予方向性時，將子功 能"減法，，用於方向性的賦予。從數字延遲原聲信號DS1，的離散值中減去數字 延遲原聲信號DS2，的離散值，使得將複合原聲信號S5e的離散值最小化為0。 另一方面，由於剩餘的延遲時間，複合原聲信號S5e的離散值大於0。在極 端情況下，複合原聲信號S5e的離散值大於數字延遲原聲信號DSl，的離散值。 由此，通過零控制強化了方向DR上的聲波。可通過子功能"方向性控制232"來從四個中選擇另一組原聲換能器， 例如原聲換能器IIC和IID。如將從前述描述中理解的，類似於第一到第四實施例，矽麥克風使得可 以響應於寬的聲壓範圍中的聲波，而不犧牲小聲壓區域中的高靈敏度。此外，將原聲換能器IIA到IID容納在物理上彼此分離的隔間中，並且 隔間分別通過各個音孔34bA、 34bB、 34bC和34bD而對空氣開放。由於這 一原因，聲波在不同的時刻引起膜片25的激發，並且子功能"方向性的賦予" 使得可以強化從特定方向傳播的聲波。由此，矽麥克風le從中間原聲信號 Sl到S4產生有方向的複合原聲信號S5e。另外，原聲換能器IIA、 IIB、 11C和IID使得矽麥克風緊湊。期望使 用本發明的緊湊的定向麥克風來替代現有技術的大體積定向麥克風。儘管原聲換能器IIA、 IIB、 11C和11D在靈敏度上彼此不同，但可以 從在靈敏度上彼此近似相等的多個原聲換能器來形成半導體定向麥克風。第六實施例參照附圖的圖20,實施本發明的另一矽麥克風lf大體上包括矽麥克風 裝置10F、集成電路裝置20f和包裝(未示出)。矽麥克風裝置10F具有在結構 上類似於矽麥克風裝置10的原聲換能器的多個原聲換能器IIA、 IIB、 11C 和IID。由於這一原因，為簡單起見，不對原聲換能器11A、 IIB、 11C和11D 進行詳細描述。集成電路裝置20f包括模數轉換器(未示出)和信息處理系統22f。除了均 衡器250a、 250b、 250c和250d之外，信息處理系統22f在系統配置上類似 於信息處理系統22a。由於這一原因，為避免重複，將描述集中於均衡器250a 到250d。通常，具有低靈敏度的原聲換能器適合於從響亮的聲音到電信號的轉換，並且對低頻聲音分量(component)(而不是對高頻聲音分量)呈現出良好的聲音-信號轉換特性。另一方面，當以小響度產生聲音時，具有高靈敏度的原聲換 能器較好地響應於該聲音，並且對高頻聲音分量(而不是對低頻聲音分量)呈現 出良好的靈敏度。在原聲換能器11A、 IIB、 IIC和11D中觀察到此現象。如結合矽麥克風la所述，從根據聲音的響度而從中間原聲信號Sl到S4 中選擇的一個或兩個來產生複合原聲信號S5。當微弱的聲音到達矽麥克風la 時，信息處理系統22a選擇原聲換能器IIA或IIB。所選的原聲換能器11A 或IIB傾向於強化微弱聲音的高頻分量。另一方面，當響亮的聲音被輸入到 矽麥克風la時，信息處理系統22a選擇原聲換能器IID或IIC。所選的原聲 換能器11D或11C傾向於強化響亮聲音的低頻分量。當將複合原聲信號S5 轉換為聲音時，用戶感覺到所再現的聲音略微不同於原來的聲音。為了改善所再現的聲音的質量，在標準化226aA到226aC和複合227a 之間連接均衡器250a到250c，並且在模數轉換器(未示出)和複合227a之間 連接均衡器250d。均衡器250a到250d中的每一個響應於中間原聲信號DS1、 DS2、 DS3或DS4的多個頻帶，並且通過不同的增益值來放大中間原聲信號 的信號分量。例如，在諸如行動電話的應用商品中存儲不同的增益值，作為 默認值。用戶可通過應用商品的人機接口來將增益從默認值變為用戶自己的 值。在此實例中，均衡器250a在諸如100Hz到500Hz的低頻帶分量上具有 比高頻帶分量上的增益值更大的增益值，並且均衡器250d在諸如語音的 1.5kHz到2kHz和樂器聲音的2kHz到10kHz的高頻帶分量上具有比低頻帶分 量上的增益值更大的增益值。由此，均衡器250a到250d補償由於原聲換能 器250a到250d的聲音-信號轉換特性而引起的失真。均衡器250a到250d的另 一功能是通過頻帶分量的調節而使得從原聲換 能器IIA到11D輸出的多個頻帶分量在複合227a處被均衡或平衡。在該調 節中，特定聲壓值充當原聲換能器IIA到IID共用的"參考值(reference)"。 語音的預定頻帶中的聲壓平均值可充當用於原聲換能器11A到11D的參考 值。用於語音的預定頻帶可以是500Hz到10kHz。另外，lkHz處的聲壓值可 充當參考值。在調節之後，將中間原聲信號DS1到DS4從均衡器250a到250d提供到複合227a，並且複合227a從經調節的中間原聲信號DSl到DS4產生複合原 聲信號S5。頻帶分量的調節是期望的，因為複合227a使得複合原聲信號S5 在從中間原聲信號DS1到DS4之一改變為另一中間原聲信號時保持穩定。由 此，通過中間原聲信號DS1到DS4之間的頻帶分量的調節，用戶在改變原聲 換能器IIA到IID時感覺到所再現的聲音是自然的。儘管已經示出和描述了本發明的特定實施例，但本領域技術人員將清楚 可進行各種改變和修改，而不會脫離本發明的精神和範圍。可將矽麥克風裝置10和集成電路裝置20a安裝在多層板上。在此實例中， 導電襯墊連接到多層板的多層互連線(interconnection)。多層板的導電層和蓋 子充當屏蔽結構。在上述實施例中，按照原聲換能器IIA、 IIB、 11C和11D的順序縮小 膜片15的面積，以便使得原聲換能器11A到11D的靈敏度SA到SD不同。 然而，對振動幅度有影響的其它設計因素使得靈敏度SA到SD不同。由於這 一原因，膜片15可以在抗撓剛度(即，幾何慣性矩)和/或材料上彼此不同。膜 片越厚，則靈敏度越低。膜片中的應力越大，則靈壽文度越低。儘管集成電路裝置22b通過電腦程式實現複合，但可用有線邏輯電路 來代替微計算機和電腦程式。例如，可藉助於來自頻率倍增器的定時控制 信號而彼此同步地將數字原聲信號DS1到DS4提供到加法器。DSP(數字信 號處理器)可用於信息處理系統。可在功能227b之前對數字原聲信號DS1到DS4執行標準化226aA到 226aC。在此實例中，標準化使得可以增強複合原聲信號S5a的保真度。所述總和以及平方值的總和的平方根不對本發明的技術範圍設置任何限 制。在集成電路計算平方值的總和的平方根的情況下，從平方值中消除了中 間原聲信號Sl到S4的極性(polarity)。為了在複合原聲信號PL15b中保持極 性數據，集成電路裝置可通過以下步驟確定複合原聲信號。1. 在工作存儲器的存儲位置中保持表示被加到數字原聲信號DS1到DS4 的離散值上的正號或負號的極性數據；2. 對正離散值和/或負離散值求平方；3. 將極性數據加到平方值上；4. 將正平方值和/或負平方值彼此相加；5. 在工作存儲器的存儲位置中保持平方值的總和的極性數據；6. 求出該總和的絕對值的平方根；以及7. 將極性數據加到平方根上。矽不對本發明的技術範圍設置任何限制。術語"矽"是半導體材料的典 型例子。其它種類的半導體麥克風裝置可形成本發明的半導體麥克風的一部 分。在曰本專利申請特開No.2001-169395中公開的砷化鎵襯底上的光學聲波 -電信號轉換器可與集成電路裝置20a或20b —起形成半導體麥克風。儘管光 學聲波-電信號轉換器用於擴展帶寬，但可以為了不同靈敏度值而重新設計振 動片。用具有重新設計的振動片的光學聲波-電信號轉換器來代替原聲換能器 IIA到IID。兩個原聲換能器、三個原聲換能器或四個以上的原聲換能器可並聯連接 到集成電路裝置。可將矽麥克風裝置10和10A/10C裝在與用於集成電路裝置20a/20b的包 裝不同的包裝內。子功能"交叉衰落，，不是本發明的必要技術特徵。可在複合原聲信號中簡 單地形成數字原聲信號的離散值，而不進行交叉衰落。可在臨界值THA、 THB 和THC的鄰域中採用插值。可在一個以上的原聲換能器IIA到IID之間共享單個均衡器。在此實例 中，該單個均衡器配有選擇器，並且將控制信號從原聲換能器的選擇223a提 供到選擇器。當原聲換能器的選擇223a控制選擇器從一個中間原聲信號到另 一個時，該單個均衡器對新選^^的中間原聲信號進行調節的補償。單個均衡 器使得系統配置筒單，並且製造商降低了生產成本。實施例中描述的組成部分和作業與權利要求語言如下相關。包裝30a; 30Aa; 30b充當"外殼"。矽麥克風la、 1Aa、 lb、 lc、 ld和 le充當"半導體麥克風，，，並且集成電路裝置20a、 20Aa和20b以及在集成電 路裝置20a和20b的微處理器上運行的電腦程式作為整體構成"信號處理 器"。中間信號S1、 S2、 S3和S4以及數字中間原聲信號DS1、 DS2、 DS3和 DS4充當"中間原聲信號"，並且複合原聲信號S5、 S5a、 S5b和S5e對應於 "複合原聲信號"。通過子功能"原聲換能器的選擇223a/223b"選擇的數字 原聲信號DS1到DS4中的一個或兩個是"最佳原聲信號"。通過子功能"聲 壓數據的獲取222"獲得"所述聲波的聲壓的當前值"。信息處理系統22a/22b/22c/22d/22E和實現子功能"聲壓數據的獲取222"、 "原聲換能器的選擇223a/223b"、"飽和聲壓數據的獲取224"、"交叉衰落系 數的確定225"的電腦程式的一部分作為整體而構成"複合控制器"，並且 信息處理系統22a/22b/22c/22d/22E和實現子功能"標準化226aA/226aB/226aC 或226bA/226bB/226bC"和"複合/交叉衰落227a/227b/230"的電腦程式的 另一部分作為整體而構成"複合器"。信息處理系統22a/22b/22c/22d/22E和實現子功能"聲壓數據的獲取222"、 "原聲換能器的選擇223a/223b，，和"飽和聲壓數據的獲取224"的計算機程 序的 一 部分作為整體而構成"選擇器"，並且信息處理系統 22a/22b/22c/22d/22E和實現子功能"交叉衰落係數的確定225"的電腦程式 的一部分作為整體而構成"確定器"。交叉衰落係數是"參數"。信息處理系統22a/22b/22c/22d/22E和實現子功能"標準化 226aA/226aB/226aC或226bA/226bB/226bC"的電腦程式的一部分作為整體 而構成"標準化單元"，並且信息處理系統22a/22b/22c/22d/22E和實現子功能 "複合/交叉衰落227a/227b/230"的電腦程式的另一部分作為整體而構成 "合併單元"。信息處理系統22E和實現子功能"方向性控制232"、"延遲的引入233A、 233B、 233C和233D"和"延遲信號的選擇和複合234"的電腦程式的一 部分作為整體而構成"賦予器"。信息處理系統22E和實現子功能"方向性控 制232"的電腦程式的一部分作為整體而構成"方向性控制單元，，，並且信 息處理系統22E和實現子功能"延遲的引入233A、 233B、 233C和233D"的 電腦程式的另一部分作為整體而構成"延遲單元"。信息處理系統22E和實 現子功能"延遲信號的選擇和複合234"的電腦程式的再一部分作為整體 而構成"強化單元"。方向"DR"對應於"特定方向"。背板16充當"靜止電極"，並且膜片15充當"振動電極"。
權利要求
1、一種半導體麥克風(1a；1Aa；1b；1c；1d；1e；1f)，連接到信號處理器(20a；20Aa；20b)，用於將聲波轉換為多個中間原聲信號(S1，S2，S3，S4，DS1，DS2，DS3，DS4)，所述信號處理器(20a；20Aa，20b；20f)對所述多個中間原聲信號(S1，S2，S3，S4，DS1，DS2，DS3，DS4)執行信號處理以便產生複合原聲信號(S5；S5a；S5b；S5e)，所述半導體麥克風(1a；1Aa；1b；1c；1d；1e)包括用於將所述聲波轉換為所述中間原聲信號(S5；S5a；S5b；S5e)的原聲換能器單元(10；10A/10C)，其特徵在於還包括外殼(30a；30Aa；30b)，具有內部空間，並且被形成有允許所述聲波進入所述內部空間的音孔(34a；34Aa；34bA，34bB，34bC，34bD)，並且其特徵在於所述原聲換能器單元(10；10A/10C)包括多個原聲換能器(11A，11B，11C，11D；11A』，11C』)，所述多個原聲換能器(11A，11B，11C，11D；11A』，11C』)被容納在所述內部空間中，具有彼此不同的靈敏度的各個值和彼此不同的所述聲波的飽和聲壓的各個值，分別將所述聲波轉換為所述多個中間原聲信號(S1，S2，S3，S4，DS1，DS2，DS3，DS4)，並且向所述信號處理器(20a；20Aa；20b)提供所述多個中間原聲信號(S1，S2，S3，S4，DS1，DS2，DS3，DS4)。
2、 如權利要求1所述的半導體麥克風，其中所述信號處理器(20a; 20Aa; 20b)與所述多個原聲換能器(llA， 11B, IIC， 11D; 11A，， IIC，)一起被容納 在所述內部空間中。
3、 如權利要求2所述的半導體麥克風，其中所述信號處理器(20a; 20Aa; 20b)包括複合控制器(22a/22b/22c/22d/22E/22f， 222， 223a/223b, 224, 225),基 於所述聲波的聲壓的當前值而從所述多個中間原聲信號(Sl, S2, S3， S4, DS1， DS2, DS3， DS4)中選擇至少一個最佳原聲信號(DS1/DS2/DS3/DS4), 並且根據所迷聲壓的所述當前值來改變所述至少一個最佳原聲信號(DS1， DS2, DS3, DS4)，以及複合器(22a/22b/22c/22d/22E/22f， 226aA, 226aB， 226aC/226bA, 226bB,226bC)，連接到所述複合控制器(22a/22b/22c/22d/22E/22f, 222, 223a/223b， 224， 225),並根據所述至少一個最佳原聲信號(DS1/DS2/DS3/DS4)而產生所 述複合原聲信號(S5; S5a; S5b; S5e)。
4、 如權利要求3所述的半導體麥克風，其中所述複合控制器 (22a/22b/22c/22d/22E/22f， 222, 223a/223b, 224， 225)包括選擇器(22a/22b/22c/22d/22E/22f， 222, 223a/223b, 224),在除了所述飽 和聲壓的值(THA(PA)， THB(PB), THC(PC))的鄰域之外的聲壓範圍中，選擇 所述多個中間原聲信號(S1， S2, S3, S4， DS1, DS2， DS3， DS4)中的一個 作為所述至少一個最佳原聲信號(DS 1/DS2/DS3/DS4),並且在所述飽和聲壓的 所述值(THA(PA), THB(PB)， THC(PC))的所述郊域中，選擇超過一個的中間 原聲信號(Sl, S2, S3, S4， DS1， DS2, DS3, DS4)作為所述至少一個最佳 原聲信號(DS1/DS2/DS3/DS4),以及確定器(22a/22b/22c/22d/22E/22f , 225)， 連接到所述選擇器 (22a/22b/22c/22d/22E/22f, 222 , 223a/223b , 224)，並且向所述複合器 (22a/22b/22c/22d/22E/22f, 226aA, 226aB, 226aC/226bA， 226bB, 226bC)提 供用於將所述超過一個的最佳原聲信號(DS1/DS2/DS3/DS4)合併為所述複合 原聲信號(S5; S5a; S5b; S5e)的參數。
5、 如權利要求4所述的半導體麥克風，其中當發現所述聲壓的所述當前 值在所述飽和聲壓的所述值(THA(PA)， THB(PB), THC(PC))的所述鄰域中時， 所述參數使得所述複合器(22a/22b/22c/22d/22E/22f ， 226aA , 226aB ， 226aC/226bA, 226bB, 226bC)通過衰落技術而將所述超過一個的最佳原聲信 號(DS1/DS2/DS3/DS4)合併為所述複合原聲信號(S5; S5a; S5b; S5e)。
6 、如權利要求3所述的半導體麥克風，其中所述複合器 (22a/22b/22c/22d/22E/22f， 226aA, 226aB, 226aC/226bA, 226bB, 226bC)包 括標準化單元(22a/22b/22c/22d/22E/22f ,226aA/226aB/226aC ; 226bA/226bB/226bC),基於所述靈敏度的所述值，相對於所述多個中間原聲 信號中的充當參考信號的 一個中間原聲信號(DS4)來標準化所述中間原聲信 號(DS1/DS2/DS3/DS4),以及合併單元(22a/22b/22c/22d/22E/22f， 227a/227b/230)，在除了所述飽和聲 壓的值(THA(PA), THB(PB), THC(PC》的鄰域之外的聲壓範圍中，從標準化的中間原聲信號中的一個產生所述複合原聲信號(S5; S5a; S5b; S5e),並且 在所述飽和聲壓的所述值(THA(PA)， THB(PB), THC(PC))的所述鄰域中，從 超過一個的標準化的中間原聲信號產生所述複合原聲信號(S5; S5a; S5b; S5e)。
7、 如權利要求6所述的半導體麥克風，其中所述合併單元將所述標準化 的中間原聲信號(DSl/DS2/DS3)的值加(22b/22c， 227b/227c)到所述參考信號 (DS4)的值上以確定總和，並且將所述總和除以所述中間原聲信號 (DS1/DS2/DS3/DS4)的數目，以便確定所述複合原聲信號(S5a， S5b)的當前值。
8、 如權利要求6所述的半導體麥克風，其中所述標準化單元(22d， 226bA/226bB/226bC)還基於所述參考信號(DS4)的值和除了所述參考信號 (DS4)之外的標準化的中間原聲信號(DS1/DS2/DS3)的值來執行標準化。
9、 如權利要求3所述的半導體麥克風，其中所述信號處理器還包括賦予 器(22E， 232， 233A/233B/233C/233D, 234),所述賦予器(22E, 232, 233A/233B/233C/233D， 234)向所述複合原聲信號(S5e)賦予方向性。
10、 如權利要求9所述的半導體麥克風，其中所述賦予器包括 方向性控制單元(22E, 232)，確定參與從特定方向(DR)傳播的聲波的所述方向性的賦予的所述多個原聲換能器(11A, 11B, IIC， IID)中的超過一個 的原聲換能器，並且計算直到所述聲波到達除了所述多個原聲換能器中的充 當參考換能器的一個原聲換能器以外的、所述多個原聲換能器(11A, 11B, IIC， IID)中的所述超過一個的原聲換能器為止多消耗的延遲時間量，延遲單元(22E, 233A/233B/233C/233D),連接到所述方向性控制單元 (22E， 232),並且將所述延遲時間量引入所述中間原聲信號(DS1， DS2， DS3， DS4)的傳播中，以便使得所述聲波同時到達所蜂多個原聲換能器(11A， IIB， IIC， IID)中的所述超過一個的原聲換能器，以及強化單元(22E, 234),連接到所述方向性控制單元(22E, 232)和所述延遲 單元(22E, 233A/233B/233C/233D),並且對經延遲的中間原聲信號執行計算 以強化在所述特定方向(DR)上傳播的聲波。
11、 如權利要求2所述的半導體麥克風，其中所述多個原聲換能器(11A, IIB， IIC， 11D; IIA，， 11C，)是具有靜止電極(16)和與所述靜止電極(16)隔開 的振動電極(15)的類型，並且通過所述靜止電極(16)和所述振動電極(15)之間 的電容變化來使得所述聲波被轉換為所述中間原聲信號(S1， S2, S3, S4)。
12、 如權利要求11所述的半導體麥克風，其中在單個半導體晶片(10)上 製造所述多個原聲換能器(11A， IIB，1C， IID)。
13、 如權利要求12所述的半導體麥克風，其中與另一半導體晶片一起封 裝所述單個半導體晶片(10),在所述另 一半導體晶片上製造了所述信號處理器 (22a， Sl到S37)。
14、 如權利要求11所述的半導體麥克風，其中所述多個原聲換能器(11A, 11B, IIC， 11D; 11A，， 11C，)的振動電極(15)在尺寸上彼此不同，以便使得 所述靈敏度的所述值彼此不同。
15、 如權利要求1所述的半導體麥克風，還包括與所述多個原聲換能器 (IIA， 11B, IIC， 11D)相關聯地提供的至少一個均衡器(250a， 250b, 250c， 250d)，用於補償所述多個原聲換能器的聲音-信號轉換特性的失真。
16、 一種用於將聲波轉換為複合原聲信號的半導體麥克風(le)，包括 外殼(30b)，具有內部空間；多個原聲換能器(11A， 11B, IIC， 11D),被提供於所述內部空間中，並 且將所述聲波轉換為多個中間原聲信號；以及信號處理器(20b),連接到所述多個原聲換能器(11A, 11B, 11C, 11D),用於產生複合原聲信號， 其特徵在於還包括分隔壁結構(36, 37， 38)，被提供於所述內部空間中，以便將所述內部 空間劃分為多個隔間，所述多個隔間通過在所述外殼(30b)中形成的多個音孔 (34bA, 34bB, 34bC, 34bD)而選擇性地向所述外殼(30b)的外部開放，並且其特徵在於所述信號處理器具有賦予器(23)，其將延遲引入到所述多個中間原聲信 號中的所選的一些中間原聲信號中以便產生延遲原聲信號，並且從所述延遲 原聲信號形成所述複合原聲信號，由此對所述半導體麥克風給出方向性。
全文摘要
一種矽麥克風包括其上集成了四個原聲換能器(11A，11B，11C，11D)的矽麥克風裝置(10)、集成電路裝置(20a)、以及用於在其中限定的內部空間中容納這些裝置(10，20a)的包裝(30a)，並且四個原聲換能器具有不同的靈敏度值，因此具有不同的動態範圍值；模擬原聲信號(S1，S2，S3，S4)被從四個原聲換能器(11A，11B，11C，11D)提供到集成電路裝置(20a)並被轉換為數字原聲信號(DS1，DS2，DS3，DS4)；相對於從具有最低靈敏度的原聲換能器(11D)輸出的數字原聲信號(S4)來標準化從具有相對高靈敏度的原聲換能器(11A，11B，11C)輸出的數字原聲信號(S1，S2，S3)，並且根據聲波的聲壓而將標準化的數字原聲信號選擇性地形成為複合原聲信號(S5)，使得擴展動態範圍而不犧牲低聲壓範圍中的高靈敏度。
文檔編號H04R19/04GK101257738SQ20081008201
公開日2008年9月3日 申請日期2008年2月26日 優先權日2007年2月26日
發明者吉村克二, 大村昌良, 平出誠治, 鳥居順司 申請人:山葉株式會社