一種駐極體(ecm)麥克風用高增益前置放大器的製作方法
2023-04-26 20:23:01
專利名稱：一種駐極體(ecm)麥克風用高增益前置放大器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種CMOS集成電路，特別指的是一種用於通訊系統中的駐極體(ECM)麥克風用高增益前置放大器。
背景技術：
現在語音通訊系統主要還是用駐極體(ECM)麥克風實現聲音信號到電信號的轉變。ECM麥克風是兩個管腳器件，主要包括駐極體電容話筒頭，節型場效應電晶體(JFET)放大器。這種採用JFET的ECM麥克風兩極器件由於易於應用和製作成本低等特點在通訊系統得到廣泛應用。然而，隨著可攜式電子產品體積的減小，駐極體電容話筒頭體積逐步減小，電容由大約IOpF減小到2.0-2.5pF左右。而JFET器件的輸入電容在IOpF量級減弱了駐極體麥克風的靈敏度，導致ECM麥克風信噪比(SNR)變差。因此，需要高增益，低輸入電容器件替代JFET。美國專利6160450，提出了用BiCMOS技術製造的一種雙端高增益前置放大器，見圖2，來替代JFET。這個放大器用PMOS差分放大器作為輸入端，雙極NPN器件作為輸出端。這個放大器的缺點有下列幾點，I)差分放大器作為輸入端增加晶片噪音；2)差分放大器Miller效應引起輸入電容大；3)採用MOS和BJT器件製造技術成本高；4)電路用Roffset產生DC偏壓，差分放大器不對稱同時RofTset增加晶片噪音
發明內容
為了解決以上技術中存在的問題本發明提出了用來降低晶片製造成本，提高增益，使偏置電流易於調節以及降低噪音的前置放大器。本發明採用PMOS源極跟隨器作為輸入端，如圖1所示，PMOS M3尺寸不用很大，輸入電容可以控制在2pF以內，便可增加放大器增益。採用PMOS源極跟隨器作為輸入端，放大器A輸入端易於設置DC偏壓。另外，本發明採用CMOS集成電路製造技術，降低製造成本。本發明詳細電路如圖3所示，晶片電流主要通過NMOS器件Ml，控制了 PMOS M3柵極直流偏壓(VG_M3)，就控制了晶片電流。在差分放大器A的作用下，PMOS M2柵極電壓VG_M2 和 PM0S_M3 柵極電壓 VG_M3 相等，通過 Ml 的電流 Ml = VG_M2/R2 = VG_M3/R2, PMOS M3柵極電壓VG_M3可以通過R4調節，因此可以調節晶片電流。如圖3所示，本發明放大器增益是R1/R2，在應用中Rl —般為固定值2.2ΚΩ，因此通過調節R2，便可調節增益。比如，選擇R2 = IK Ω，放大器增益為6.8dB ;面採用傳統JFET增益一般小於OdB。晶片電流和工作電流可以通過調節R4來控制，因此，增益和電流可以分別通過調節R2和R4來分別控制。如圖4和圖5所示，R3為高阻，是DC偏置電阻，和Cl組成高通信號輸入，Cl可以調節為5pF左右。R3大小應滿足頻率高於50Hz信號要有平帶輸入，低於50Hz受到抑制。這樣晶片頻率響應低到50Hz都會很平坦。同時採用AC耦合輸入，輸入端不存在DC偏壓問題。另外，高阻R3也可以用二極體(Diode)或PMOS處於準反型偏置狀態實現。
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。圖1是本發明放大器等效電路示意圖。圖2是美國專利6160450發明的前置放大器電路對照圖。圖3是本發明採用CMOS技術的前置放大器電路示意圖。圖4是本發明利用二極體實現DC偏置的放大器電路示意5是本發明利用PMOS實現DC偏置的放大器電路示意圖
具體實施例方式如圖1所示，本發明採用PMOS源極跟隨器作為輸入端，PMOS M3尺寸不用很大，輸入電容可以控制在2pF以內，便可增加放大器增益。採用PMOS源極跟隨器作為輸入端，放大器A輸入端易於設置DC偏壓。另外，本發明採用CMOS集成電路製造技術，降低製造成本。如圖3所示，晶片電流主要通過NMOS器件Ml，控制了 PMOS M3柵極直流偏壓(VG_M3)，就控制了晶片電流。由於差分放大器A的作用，PMOS M2柵極電壓VG_M2和PMOS M3柵極電壓VG_M3相等。通過Ml的電流Ml = VG_M2/R2 = VG_M3/R2。通過R4可以調節PMOSM3柵極電壓VG_M3，因此可以調節晶片電流。如圖3所示，本發明放大器增益是R1/R2。應用中Rl —般為2.2K Ω，調節R2，可以調節增益。R2 = 1ΚΩ，放大器增益為6.8dB。調節R4，可以調節晶片電流。因此，增益和電流可以分別控制。如圖3所示，R3為高阻，和Cl組成高通輸入，截止帶寬小於50Hz。這樣晶片頻率響應低到50Hz都會很平坦。Cl可以調節為5pF左右。R3阻值很高，在GQ量級。如圖4所示，本發明放大器中高阻R3也可以用二極體(Diode)在零偏壓實現。如圖5所示，本發明放大器中高阻R3也可以用PMOS處於準反型偏置狀態實現。
權利要求
1.一種駐極體(ECM)麥克風用高增益前置放大器，其特徵是採用PMOS源極跟隨器作為輸入端，PNOS M3尺寸不用很大，輸入電容可以控制在2pF以內，便可增加放大器增益。採用PMOS源極跟隨器作為輸入端，放大器A輸入端易於設置DC偏壓，另外還採用CMOS集成電路製造技術來降低製造成本。
2.由權利要求1所述的一種駐極體(ECM)麥克風用高增益前置放大器，其特徵是在差分放大器A的作用下，PMOS M2柵極電壓VG_M2和PMOS M3柵極電壓VG_M3相等，通過Ml的電流Ml = VG_M2/R2 = VG_M3/R2，PM0S M3柵極電壓VG_M3可以通過R4調節，因此可以調節晶片電流。
3.由權利要求1所述的一種駐極體(ECM)麥克風用高增益前置放大器，其特徵是增益和電流可以分別通過調節R2和R4來分別控制。
全文摘要
一種用於通訊系統中的駐極體(ECM)麥克風用高增益前置放大器，採用PMOS源極跟隨器作為輸入端，PMOS M3尺寸不用很大，輸入電容可以控制在2pF以內，便可增加放大器增益，採用PdOS源極跟隨器作為輸入端，放大器A輸入端易於設置DC偏壓，採用CMOS集成電路製造技術，降低製造成本。
文檔編號H04R19/01GK103107782SQ20111036220
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者孫茂友 申請人:孫茂友