電容性傳感器的製作方法

2023-07-06 19:49:21 2

專利名稱：電容性傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及對來自電容性傳感器的信號的放大。
背景技術：
諸如電容器型麥克風等電容性傳感器通過電容的改變來對接收信號作出響應。可 以通過在傳感器的電容性元件上施加偏置電壓並放大由接收信號引起的電容性元件兩端 的電壓變化，來將這種電容的改變轉化成電壓信號。圖1的示意性電路圖示出了利用與DC基準電壓3 (U串聯的偏置電阻器2 (Rbias) 來偏置具有靜態電容值C的電容性麥克風1的一般方式。將偏置電阻器2的值選擇為使得 傳感器和偏置電阻器組合的截止頻率(由RbiasC的時間常數的倒數決定)遠低於感興趣的 頻帶，這裡該感興趣的頻帶是音頻頻帶。將電容器充電到偏置電壓V&，儘管電容值根據激 勵麥克風的聲壓的改變而改變(ΔΟ，然而由於較高的Rbias(典型地在100ΜΩ的量級上或 更高)，所以很少的電流從電容器1洩漏出。因此，電容器1上的實際電量(由Q = VC給 出)保持幾乎不便，這意味著麥克風的輸出電壓根據輸入聲壓電平而改變。放大器4連接 至電容器1以放大該輸出電壓信號，從而提供放大後的輸出信號V。ut。圖1所示的這種現有偏置方案的問題在於該現有偏置方案對麥克風輸出處的寄 生電容敏感。圖2的示意性電路圖中示出了這種現有配置方案的圖示，其中，麥克風電容被 示為分成恆定部分Cs和變化部分ACS，其中附加寄生電容由另一併聯電容值Cp給出。在典 型的麥克風中，電容的變化部分△(；與其固定部分Cs相比非常小。當在較大的電容(V = Q/C)中發生電荷重新分布時，這在麥克風的輸出處引起較小的輸出電壓變化。此外，由於 麥克風輸出與關聯的電子裝置之間的連接不趨向於處於相同的晶片或電路板上，所以麥克 風與放大器4的連接處的任何寄生電容也都會降低這種靈敏度。與麥克風的輸出相連的放 大器4的輸入電容進一步降低了靈敏度(為了簡明起見，可以假定該輸入電容也包含在圖 2所示的寄生電容Cp中)。這產生了輸入至放大器4的電壓信號AV1的以下關係AC - V f_5]叫=^ (等式。因此，電壓信號AV1的幅度根據電容性傳感器的靜態電容Cs的幅度和任何寄生電 容的總幅度Cp而減小。這導致靈敏度降低，需要通過提高放大器4的放大因子來補償這種 靈敏度降低，而這可能導致噪聲提高。

發明內容
本發明的目的是解決上述問題。根據本發明，提供了一種電容性傳感器放大器電路，包括電容性傳感器；偏置電壓源，經由偏置電阻器連接在電容性傳感器兩端；運算放大器，具有連接至電容性傳感器的輸入；以及
反饋電容器，連接在放大器的輸入和輸出之間，所述放大器的輸入和輸出符號相 同。本發明的優點是，反饋電容器連接在放大器兩端，使得該反饋電容器有效地抵銷 或消除了電容性傳感器的靜態電容以及放大器輸入處的任何寄生電容的一部分。從而提高 了傳感器的靈敏度。反饋電容器的值Cf可以被選擇為使得(A-I)Cf在由(；+(；給出的電容值的10%之 內而不等於由Cs+cp給出的電容值，其中A是放大器的放大因子，Cs是電容性傳感器的靜態 電容值，Cp是放大器輸入處寄生電容的總和。在特定實施例中，(A-I)Cf的值等於或大於0. 9(CS+Cp)而同時小於Cs+Cp。以這種方式選擇反饋電容器值的優點在於，根據傳感器的電容以及任何關聯的寄 生電容的值，使傳感器的靈敏度最大化。這還降低了使寄生電容最小的需要，因為反饋電容 器可以被選擇為抵銷這些寄生電容，從而使電路設計可以更靈活。在優選實施例中，放大器的輸入和輸出均是非反相的。在備選實施例中，輸入和輸 出均是反相的。本發明尤為適於電容性傳感器，所述電容性傳感器是聲傳感器，然而本發明也可 以應用於任何其他類型的電容性傳感器。


以下參考附圖以示例的方式更詳細地描述了本發明，附圖中圖1是已知類型電容性傳感器放大器電路的示意性電路圖；圖2是圖1的電路的備選示意性電路圖；圖3是根據本發明實施例的電容性傳感器放大器電路的示意性電路圖。
具體實施例方式在本發明的背景技術中已經描述了圖1和圖2。圖3的示意性電路圖中示出了本發明的實施例。使用正反饋將反饋電容器5 (Cf) 連接在放大器兩端，即，反饋電容器的一個極板連接至放大器4的非反相輸入6，而另一個 極板連接至放大器4的非反相輸出7。在備選實施例中，反饋電容器可以連接在放大器的反 相輸入與放大器的反相輸出之間。因此，一般而言，反饋電容器連接在放大器的輸入與輸出 之間，其中放大器的輸入和輸出符號相同。在反饋迴路中在用於對來自電容性傳感器的信號進行放大的運算放大器兩端提 供電容器的其他已知布置是已知的，如美國申請2008/025531和2009/086992中公開的。如 下所述，將反饋電容器連接在放大器的反相輸入和非反相輸出之間的這種布置不會導致本 發明特性的消除。通過使用正反饋環路，輸出電壓信號V。ut的一部分被反饋至電容性傳感器1。放大 器4如Miller型運算放大器一樣工作，但是具有正反饋。放大器4和反饋電路5的組合在 放大器4的輸入6處引起有效負電容。因此，在放大器輸入6處從靜態電容Cs和寄生電容 Cp中減去該有效負電容。根據以下關係，放大器輸入6處的電壓信號AV2因此而增大
權利要求
1.一種電容性傳感器放大器電路，包括電容性傳感器(1)；偏置電壓源(3)，經由偏置電阻器( 連接在電容性傳感器(1)兩端；運算放大器G)，具有連接至電容性傳感器(1)的輸入；以及反饋電容器(5)，連接在放大器的輸入與輸出之間，所述放大器的輸入和輸出 符號相同。
2.根據權利要求1所述的電容性傳感器放大器電路，其中，反饋電容器(5)的值(^被 選擇為使得(A-I)Cf在由(；+(；給出的電容值的10%的範圍內，但是不等於所述由(；+(；給 出的電容值，其中A是放大器(4)的放大因子，Cs是電容性傳感器⑴的靜態電容值，Cp是 放大器的輸入處的寄生電容的總和。
3.根據權利要求2所述的電容性傳感器放大器電路，其中，反饋電容器( 的值被選擇 為使得 0. 9 (Cs+Cp)彡(A-I) Cf < Cs+Cp。
4.根據前述任一項權利要求所述的電容性傳感器放大器電路，其中，輸入(6)是非反 相輸入。
5.根據前述任一項權利要求所述的電容性傳感器，其中，電容性傳感器(1)是聲傳感
全文摘要
本發明提出了一種電容性傳感器放大器電路，包括電容性傳感器(1)；偏置電壓源(3)，經由偏置電阻器(2)連接在電容性傳感器(1)兩端；運算放大器(4)，具有連接至電容性傳感器(1)的輸入；以及反饋電容器(5)，連接在放大器(4)的輸入(6)與輸出(7)之間，所述放大器(4)的輸入(6)與輸出(7)符號相同。
文檔編號H04R3/00GK102045630SQ20101051271
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月8日 優先權日2009年10月16日
發明者羅伯特·H·M·范費爾德溫 申請人:Nxp股份有限公司