採用寬帶止濾波器並具有增強抗靜電放電性的電容式麥克風的製作方法
2023-10-29 09:06:12 3
專利名稱：採用寬帶止濾波器並具有增強抗靜電放電性的電容式麥克風的製作方法
技術領域：
本發明涉及電容式麥克風，更具體地，涉及一種不僅能夠抑制電磁(EM)噪聲，並且能夠增強對於從外部施加的靜電放電(ESD)的抵抗力的電容式麥克風。
背景技術：
通常，根據將機械振動轉換為電信號的方法對麥克風進行如下分類利用碳顆粒的電阻特性的碳麥克風；利用羅謝爾鹽(Rochelle Salt)的壓電效應的晶體麥克風；通過使其中安裝有線圈的振動膜在磁場中振動而產生感應電流的移動線圈麥克風；利用當安裝在磁場中的金屬膜接收到聲波並振動時所產生的感應電流的速度麥克風；以及利用隨著由聲波導致的振動膜的振動而改變的電容的電容式麥克風。
此處，電容式麥克風普遍用作小型麥克風，但是具有以下問題必需使用DC電源向電容器施加電壓。近來，為了解決這個問題，使用了駐極體電容麥克風，其使用具有半永久性電荷的駐極體，駐極體電容麥克風具有以下優點，由於無需偏置電源，所以前置放大器的結構得到簡化，並且能夠以低成本來提高其性能。
同時，移動終端的發送部通過天線發出瞬時功率很大的射頻信號，該瞬時功率在幾mW到幾W的範圍內。該射頻信號被感應到麥克風和外部聲壓信號處理電路之間的線路上，然後施加給安裝在麥克風內部或外部的結型場效應電晶體(以下稱為「JFET」)，該結型場效應電晶體是一種場效應電晶體(以下稱為「FET」)。
此時，如果施加給JFET的射頻信號的功率大於預定級別，則該JFET非線性地進行工作，從而產生相對於峰值包絡的噪聲分量以及諧波。由於峰值包絡的頻帶通常與聲頻的聲壓信號相重疊，所以噪聲分量的信號被聲壓信號放大，並被輸入至聲壓信號處理電路，由此形成了麥克風的最大噪聲。
因此，為了消除這種噪聲，在單模的情況下，移動終端中使用的麥克風包括陷波濾波器，以阻斷預定頻率範圍的射頻信號，其中該陷波濾波器內部使用由單片式電容器實現的LC諧振器。
同時，如圖1所示，在雙模移動終端中使用的傳統麥克風1包括濾波器14，其使用兩個片式電容器C1和C2產生兩個頻帶的諧振。即，可以將目前廣泛使用的移動通信終端分類為900MHz波段的移動用戶無線電話以及1800MHz波段的個人通信系統(PCN)。因此，雙模終端必須具有能夠同時阻斷900MHz波段和1800MHz波段的射頻信號的功能。
參照圖1，聲學模塊等價地表示為可變電容器CECM，並且與由JFET實現的FET 12的柵極G相連。由第一和第二電容器C1和C2實現的濾波器14並聯連接在FET 12的漏極D和源極S之間。此處，第一電容器C1具有大約10pF的電容，並且用於去除1800MHz的頻率分量，而第二電容器C2具有大約33pF的電容，並且用於去除900MHz的頻率分量。
在移動終端中使用這種麥克風的情況下，FET 12的輸出在經過設計有並聯連接的電容器C1和C2的濾波器14之後被發送至聲壓信號處理電路16，並且聲壓信號處理電路16的輸出經過射頻/中頻電路(RF/IF電路)18，然後通過天線發射到空中。此處，並聯連接的電容器C1和C2由片式電容器C1和C2設計而成，並且電容器C1和C2中的每一個都與內部存在的相應寄生電感L一起構成LC諧振電路，由此用作陷波濾波器。
圖2是表示在通過一個電容器或兩個電容器實現圖1所示的濾波器的幾種情況下，各個濾波器的傳輸特性的曲線圖。
在圖2所示的曲線圖中，水平軸表示以GHz為單位的頻率，垂直軸表示衰減級別。虛線g1表示僅具有33pF的第二電容器C2的情況下的傳輸特性，並且示出了在大約900MHz波段處信號的迅速衰減，而實線g2表示在僅具有10pF的第一電容器C1的情況下的傳輸特性，並且示出了在大約1800MHz波段處信號的迅速衰減。另外，點劃線g3表示在具有彼此並聯連接的第一和第二電容器C1和C2的情況下的傳輸特性，並且示出了在大約900MHz和大約2.2GHz處信號的極大衰減。
然而，這種傳統的多波帶低噪聲麥克風不僅存在下述問題兩個電容器之間的距離的很小變化也會影響諧振濾波器的1800MHz的中心而使其移動，而且存在另一個問題在超射頻模式下，不能有效地去除或阻斷噪聲。即，在使用諸如用於IMT-2000業務的新頻帶(例如，2000MHz波段或2400MHz波段)的新模式的情況下，由於具有限制在預定頻帶內的窄帶阻斷特性，所以傳統的電路可以僅對預定頻帶內的電磁噪聲進行衰減，而不能對預定頻帶以外的其他頻帶內產生的射頻(RF)噪聲和電磁噪聲進行衰減。在低於1800MHz頻帶的模式中也會出現這種問題。
此外，為了提高移動終端的可靠性，要求該終端的各個元件都具有很強的抗靜電放電性。然而，傳統麥克風的問題在於，傳統麥克風容易受到從外部施加的靜電放電的影響。換句話說，移動終端在其麥克風接地的狀態下，被施加了15kV電壓的空氣中的靜電放電之後，或者在其與用於靜電放電的節點直接接觸的狀態下，被施加了8kV電壓的靜電放電之後，必須完全沒有受損的內部電路元件。然而，傳統麥克風不能滿足關於從外部施加的ESD的上述要求。
發明內容
因此，鑑於上述問題而提出本發明，並且本發明的一個目的是提供一種電容式麥克風，其包括能夠有效阻斷包括移動通信中使用的低頻和射頻在內的寬帶信號的寬帶止濾波器，由此可以用於多波段。
本發明的另一目的是提供一種電容式麥克風，其具有加寬的電磁噪聲去除範圍、提高的濾波阻斷級別，以及增強的對於從外部施加的靜電放電的抵抗能力。
根據本發明的一個方面，提供了一種電容式麥克風，其通過阻斷對於移動終端的射頻幹擾來降低噪聲，該電容式麥克風包括聲學模塊，用於將聲壓轉換為電信號的變化；放大裝置，用於對從聲學模塊輸入的電信號進行放大；以及EM噪聲濾波/ESD阻斷部分，用於阻斷從放大裝置輸出的包括低頻和射頻在內的寬帶信號，並且用於阻斷從外部進入的電磁波/射頻噪聲以及靜電放電。
該放大裝置是FET，並且該EM噪聲濾波/ESD阻斷部分包括根據頻帶而選擇性地連接在該FET的柵極G和源極S和/或該FET的漏極D和源極S之間的電容器和電阻器。
另外，該電容器可以根據頻帶在1pF到100μF的範圍內變化，並且該電阻器可以根據頻帶在10Ω到1GΩ的範圍內變化。該電阻器可以由諸如電感的磁感應元件來代替，並且可以根據頻帶選擇性地改變串聯連接或並聯連接的電阻器的值。對於以下說明中的各個實施例，這些都同樣適用。
根據以下結合附圖的詳細說明，本發明的前述和其他目的、特徵及優點將變得更加明了，附圖中圖1是傳統移動終端中所使用的具有電容器陣列的多頻帶低噪聲麥克風的示意圖；圖2是表示在圖1所示的濾波器的電容發生不同變化的幾種情況下，各個濾波器的傳輸特性的曲線圖；圖3是表示根據本發明第一實施例的麥克風的電路圖，該麥克風具有由一個電容器和一個電阻器實現的EM噪聲濾波/ESD阻斷部分；圖4A至4D是電路圖，分別表示根據本發明第二實施例的具有由兩個電容器和一個電阻器實現的多種EM噪聲濾波/ESD阻斷部分之一的麥克風；圖4E是用於比較根據本發明的電容式麥克風與使用直接RF注入的傳統麥克風的噪聲特性的曲線圖；圖5A和5B是電路圖，分別表示根據本發明第三實施例的具有由兩個電容器和兩個電阻器實現的多種EM噪聲濾波/ESD阻斷部分之一的麥克風；圖6是表示根據本發明第四實施例的麥克風的電路圖，該麥克風具有僅由三個電容器實現的EM噪聲濾波/ESD阻斷部分；以及圖7A和7B是電路圖，分別表示根據本發明第五實施例的具有由三個電容器和一個電阻器實現的多種EM噪聲濾波/ESD阻斷部分之一的麥克風。
具體實施例方式
下面將詳細說明本發明的優選實施例。
首先，根據本發明的電容式麥克風包括聲學模塊，其具有根據輸入到其中的聲信號而變化的電容；FET，用於將聲學模塊的變化電容轉換並放大為電信號；以及EM噪聲濾波/ESD阻斷部分，其與FET的輸出埠相連，用於去除電磁噪聲(EM噪聲)並且用於提供阻斷靜電放電的功能。為了易於理解，下面將根據以用於實現EM噪聲濾波/ESD阻斷部分的電阻器和電容器的數量，對實施例進行分類和描述。
實施例1圖3是表示根據本發明的麥克風的電路圖，該麥克風具有由一個電容器C11和一個電阻器R11實現的EM噪聲濾波/ESD阻斷部分。
參照圖3，聲學模塊36具有根據輸入到其中的聲信號而變化的電容，該聲學模塊36等價地表示為可變電容器CECM並與FET 30的柵極G相連。另外，用於去除電磁噪聲以及阻斷靜電放電的EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32並聯連接在FET 30的源極S和漏極D之間。根據第一實施例，EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32由電阻器R11和電容器C11構成，其中電阻器R11串聯連接到FET 30的漏極D，使得電阻器R11的一端與FET 30的漏極D相連，而電容器C11連接在電阻器R11的另一端和FET 30的源極S之間。
利用這種結構，用戶的聲壓使振動膜(未示出)振動，以改變可變電容器CECM的電容，而這種電容變化導致FET 30的柵極G處的電壓變化。
FET 30包括JFET或者內置增益麥克風的放大器，由此對輸入信號進行放大，該JFET具有與可變電容器CECM相連的柵極G；與公共地相連的源極S；以及與EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32相連的漏極D。這種FET30具有非常高的輸入阻抗以及非常低的輸出阻抗，因此其用作聲學模塊和電路部分的阻抗變換器匹配阻抗。
FET 30的輸出在經過EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32之後被輸出到輸出埠34a和34b。此處，EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32用作寬帶止濾波器，對通過用於將麥克風連接至外部設備的輸出埠34a和34b進入的高頻無線電信號或EM噪聲進行阻斷，同時用於阻斷從外部施加的靜電放電。即，通過輸出埠34a和34b從外部施加的高壓靜電放電通過大電容的電容器C11釋放到地，並且電阻器R11防止了靜電放電直接施加在內部電路部分上。為了實現這個結果，電容器C11必須具有大電容，足夠存儲由高壓靜電放電所導致的電流，即，電容器C11必須至少為1nF。
根據第一實施例，電容器C11的電容可以根據條件從1nF到100μF選擇性地變化。例如，電容器C11可以具有從以下組中選出的電容1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF，而電阻器R11可以具有從以下組中選出的電阻100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
在具有根據上述第一實施例構造的電路的電容式麥克風中，可以對包括低頻和射頻在內的寬頻帶上的電磁噪聲進行阻斷。此外，當根據第一實施例的電容式麥克風接地並且直接向輸出埠施加高壓靜電放電時，該麥克風具有足以抵抗從外部施加的甚至高於8KV的靜電放電的增強的阻斷能力(抵抗力)。
實施例2圖4A至4D是電路圖，分別表示根據本發明第二實施例的具有選擇性地包括兩個電容器C21和C22以及一個電阻器R21的多種EM噪聲濾波/ESD阻斷部分之一的麥克風。根據第二實施例的EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32通過將電阻器R21連接在彼此相對的兩個電容器C21和C22之間來形成字符「∏」的形狀，或者字符「倒∏」的形狀，其中，字符「倒∏」的形狀是指通過顛倒字符「∏」的形狀的頂部和底部而形成的形狀。另外，在FET 30的柵極G與聲學模塊36之間選擇性地添加用於對輸入到FET 30中的電磁噪聲進行阻斷的噪聲阻斷電阻器R22。
根據第二實施例，圖4A是表示以下情況的電路，其中EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32具有字符「∏」的形狀，並且FET 30的柵極G和聲學模塊36之間沒有用於防止電磁噪聲輸入到FET 30的噪聲阻斷電阻。圖4B是表示以下另一情況的另一電路，其中EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32具有字符「∏」的形狀，並且FET 30的柵極G和聲學模塊36之間連接有用於防止電磁噪聲輸入到FET 30的噪聲阻斷電阻R22。
參照圖4A和4B，根據本發明第二實施例的電容式麥克風包括聲學模塊36，具有根據輸入到其中的聲信號而變化的電容；FET 30，用於將聲學模塊的變化電容轉換和放大為電信號；以及EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32，其與FET 30的漏極D相連，用於去除電磁噪聲(EM噪聲)，以及用於提供阻斷靜電放電的功能。
聲學模塊36等價地表示為可變電容器CECM並與FET 30的柵極G相連。另外，用於去除電磁噪聲以及阻斷靜電放電的EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32並聯連接在FET 30的源極S和漏極D之間。
該FET 30包括JFET或者內置增益麥克風的放大器，由此對輸入信號進行放大，該JFET具有與可變電容器CECM相連的柵極G；與公共地相連的源極S；以及與EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32相連的漏極D。這種FET 30具有非常高的輸入阻抗以及非常低的輸出阻抗，因此其用作聲學模塊和電路部分的阻抗變換器匹配阻抗。
圖4A和4B所示的根據第二實施例的EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32由以下部分實現連接在FET 30的漏極D和源極S之間的第一電容器C21；與第一電容器C21並聯連接的第二電容器C22；以及串聯連接在第一電容器C21的上信號線端和第二電容器C22的上信號線端之間的第一電阻器R21，由此形成字符「∏」的形狀。
通過第二實施例的這種結構，聲學模塊36和FET 30與第一實施例的聲學模塊和FET相同地進行工作，因此省略對聲學模塊36和FET 30的詳細說明，以避免重複說明，並且以下說明將圍繞根據第二實施例的EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32來進行。
在第二實施例中，通過第一電容器C21和第二電容器C22來執行EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32的濾波操作，由此對通過輸出埠34a和34b從外部輸入的高頻噪聲或電磁噪聲進行阻斷。另外，第一電阻器R21不僅執行使第一電容器C21和第二電容器C22分離的退耦功能，而且執行防止靜電放電直接施加給內部電路的靜電放電阻斷功能。第二電容器C22使通過輸入埠34a和34b施加的靜電放電電壓旁通至地，由此防止內部元件被靜電放電損壞。為了實現這種結果，第二電容器C22必須具有大電容，足夠存儲由高壓靜電放電的而導致的電流，即，第二電容器C22必須至少為1nF。
同時，在圖4B中，串聯連接在聲學模塊36和FET的柵極G之間的第二電阻器R22是噪聲阻斷電阻器，用於防止電磁噪聲輸入到FET 30中。
通過第二實施例，第一電容器C21和第二電容器C22的電容可以根據條件在10pF到100μF之間選擇性地變化。例如，第一電容器C21可以是10pF或33pF，而第二電容器C22可以具有從以下組中選出的電容1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF。另外，優選地，第一電阻器R21具有從以下組中選出的電阻100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ，並且優選地，第二電阻器R22具有從以下組中選出的電阻100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ以及1MΩ。
在具有根據上述第二實施例構造的電路的電容式麥克風中，可以對包括低頻和射頻在內的寬頻帶上的電磁噪聲進行阻斷。此外，當根據第二實施例的電容式麥克風接地並且直接向輸出埠施加高壓靜電放電時，該麥克風具有足以抵抗從外部施加的甚至高於8KV的靜電放電的增強的阻斷能力(抵抗力)。
根據第二實施例，圖4C是表示以下情況的另一電路，其中EM噪聲濾波部分32具有字符「倒∏」的形狀，並且FET 30的柵極G和聲學模塊36之間沒有用於防止電磁噪聲輸入到FET 30的噪聲阻斷電阻。圖4D是表示另一情況的另一電路，其中EM噪聲濾波部分32具有字符「倒∏」的形狀，並且FET 30的柵極G和聲學模塊36之間連接有用於防止電磁噪聲輸入到FET 30的噪聲阻斷電阻R22。
圖4C和4D所示的根據第二實施例的EM噪聲濾波部分32包括連接在FET 30的漏極D和源極S之間的第一電容器C21；與第一電容器C21並聯連接的第二電容器C22；以及串聯連接在第一電容器C21的下接地線端和第二電容器C22的下接地線端之間的第一電阻器R21，由此形成字符「倒∏」的形狀。
通過第二實施例的這種結構，聲學模塊36和FET 30與第一實施例的聲學模塊和FET相同地進行工作，因此省略對聲學模塊36和FET 30的詳細說明，以避免重複說明，並且以下說明將圍繞根據第二實施例的EM噪聲濾波部分32來進行。
在第二實施例中，由第一電容器C21和第二電容器C22來執行EM噪聲濾波部分32的濾波操作，由此對通過輸出埠34a和34b從外部輸入的高頻噪聲或電磁噪聲進行阻斷。另外，第一電阻器R21執行使第一電容器C21和第二電容器C22分離的退耦功能。為了實現這種結果，必須由具有能夠有效阻斷包括低頻和射頻在內的寬帶信號的大電容的寬帶止濾波器來實現第二電容器C22，即，第二電容器C22必須至少為1nF。
同時，在圖4D中，串聯連接在聲學模塊36和FET的柵極G之間的第二電阻器R22是噪聲阻斷電阻，用於防止電磁噪聲輸入到FET 30。
根據該第二實施例，第一電容器C21和第二電容器C22的電容可以根據條件在10pF到100μF選擇性地變化。例如，第一電容器C21可以是10pF或33pF，而第二電容器C22可以具有從以下組中選出的電容1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF。另外，優選地，第一電阻器R21具有從以下組中選出的電阻100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ，並且優選地，第二電阻器R22具有從以下組中選出的電阻100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ以及1MΩ。
在具有根據上述第二實施例構造的電路的電容式麥克風中，可以對包括低頻和射頻在內的寬頻帶上的電磁噪聲進行阻斷。
在根據第二實施例的電路中，在FET 30中對通過FET 30的柵極G和第二電阻器R22輸入的麥克風的電信號進行放大，以具有低的噪聲，該電信號的射頻波段被阻斷，從而去除了噪聲，然後通過輸出埠34a和34b將該電信號發送至移動終端的聲音處理電路。
圖4E是表示對傳統的商用電容式麥克風和根據本發明第二實施例的電容式麥克風的RF噪聲特性進行比較的結果的曲線圖。
參照圖4E，(a)是表示傳統麥克風的濾波特性的曲線圖，而(b)是表示根據本發明第二實施例的麥克風的濾波特性的曲線圖。在所示曲線圖中，各個水平軸都表示以MHz為單位的頻率，而各個垂直軸都表示以dB為單位的衰減級別，其中較大的負(一)值表示較高的衰減級別。
在從0.125MHz到3.0GHz的頻率範圍內的商用電容式麥克風的直接RF注入方法中，麥克風模塊的RF噪聲特性(a)在900MHz(GSM)和1.8MHz(DCS)處通常表現出-40dB的RF噪聲衰減級別。然而，RF噪聲特性在其他頻率範圍內表現出比-40dB小得多的RF噪聲衰減級別。上述測試中使用的測量設備上顯示的垂直軸具有-40dB的最小值，因此使得所有低於-40dB的值都僅能夠表示為-40dB。
另一方面，在從0.125MHz到3.0GHz的頻率範圍內對根據本發明第二實施例的電容式麥克風應用直接RF注入方法的情況下，麥克風模塊的RF噪聲特性(b)在所有頻帶上表現出-40dB的RF噪聲衰減級別，這是可測量範圍內的最小值。也就是，根據第二實施例的麥克風表現出以下結果與商用駐極體電容式麥克風相比，其RF噪聲級別提高至最大45dB或更多。
這說明根據本發明的電容式麥克風用作出色的EMI濾波器。
實施例3圖5A和5B是電路圖，分別表示根據本發明第三實施例的具有包括兩個電容器C31和C32以及兩個電阻器R31和R32的多種EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32之一的麥克風。根據第三實施例的EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32通過彼此相對的兩個電容器C31和C32以及分別連接在電容器C31和C32的兩個相鄰端部之間的兩個電阻器R31和R32形成字符「#」的形狀。另外，在FET 30的柵極G和聲學模塊36之間選擇性地添加有用於防止電磁噪聲輸入到該FET中的噪聲阻斷電阻器R33。
如圖5A和5B所示，根據本發明第三實施例的電容式麥克風包括連接在執行放大功能的FET 30的柵極G和源極S之間的等效電容器CECM，並且還包括連接在FET 30的漏極D和源極S之間的EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32，其中等效電容器CECM表示麥克風的電容。在圖5B的情況下，在聲學模塊36和FET 30的柵極G之間連接有第三電阻器R33。另外，根據第三實施例的EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32以下述方式形成字符「#」的形狀第一電容器C31和第二電容器C32彼此並聯連接，並且第一電阻器R31和第二電阻器R32分別連接在電容器C31和C32的端部之間。
參照圖5A和5B，用戶的聲壓使聲音模塊(未示出)的振動膜振動，以改變可變電容器CECM的電容，而這種電容變化導致FET 30的柵極G處的電壓變化。
FET 30包括JFET或者內置增益麥克風的放大器，由此對輸入信號進行放大，該JFET具有與可變電容器CECM相連的柵極G；與公共地相連的源極S；以及與EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32相連的漏極D。這種FET30具有非常高的輸入阻抗以及非常低的輸出阻抗，因此其用作聲學模塊和電路部分的阻抗變換器匹配阻抗。
FET 30的輸出在經過EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32之後被輸出至輸出埠34a和34b。此處，EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32用作寬帶止濾波器，對通過用於將麥克風連接至外部設備的輸出埠34a和34b進入的高頻無線電信號或EM噪聲進行阻斷，同時用於阻斷從外部施加的靜電放電。
在第三實施例中，通過第一電容器C31和第二電容器C32來執行EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32的濾波操作，由此對通過輸出埠34a和34b從外部輸入的高頻噪聲或電磁噪聲進行阻斷。另外，第一電阻器R31和第二電阻器R32不僅執行使第一電容器C31和第二電容器C32分離的退耦功能，而且執行防止靜電放電直接施加給內部電路的靜電放電阻斷功能。第二電容器C32使通過輸出埠34a和34b施加的靜電放電電壓旁通至地，由此防止內部元件被靜電放電損壞。為了實現這種結果，第二電容器C32必須具有大電容，足夠存儲由高壓靜電放電而導致的電流，即，第二電容器C32必須至少為1nF。
同時，在圖5B中，串聯連接在聲學模塊和FET 30的柵極G之間的第三電阻器R33是噪聲阻斷電阻，用於防止電磁噪聲輸入到FET 30。
第一電容器C31和第二電容器C32的電容可以根據條件從10pF到100μF選擇性地變化。例如，第一電容器C31可以是10pF或33pF，而第二電容器C32可以具有從以下組中選出的電容1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF。另外，優選地，第一電阻器R31和第二電阻器R32中的每一個都具有從以下組中選出的電阻100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ，並且優選地，第三電阻器R33具有從以下組中選出的電阻100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ以及1MΩ。
在具有根據上述第三實施例構造的電路的電容式麥克風中，可以對包括低頻和射頻在內的寬頻帶上的電磁噪聲進行阻斷。此外，當根據第一實施例的電容式麥克風接地並且直接向輸出埠施加高壓靜電放電時，該麥克風具有足以抵抗從外部施加的甚至高於8KV的靜電放電的增強的阻斷能力(抵抗力)。
實施例4圖6是表示根據本發明第四實施例的麥克風的電路圖，該麥克風具有僅由三個電容器C41到C43實現的EM噪聲濾波部分。
參照圖6，大部分的結構與上述實施例的相同，因此省略對其的詳細說明，並且以下說明將圍繞EM噪聲濾波部分32來進行，其具有與上述實施例不同的結構。
根據第四實施例的EM噪聲濾波部分32包括並聯連接在FET 30的漏極D和源極S之間的第一電容器C41、第二電容器C42，以及第三電容器C43。
在第四實施例中，通過第一至第三電容器C41至C43來執行EM噪聲濾波部分32的濾波操作，由此對通過輸出埠34a和34b從外部輸入的高頻噪聲或電磁噪聲進行阻斷。為了實現這種結果，必須由具有能夠有效阻斷包括低頻和射頻在內的寬帶信號的大電容的寬帶止濾波器來實現第三電容器C43，即，第三電容器C43必須至少為1nF。
電容器C41至C43的電容可以根據條件從10pF到100μF選擇性地變化。優選地，第一電容器C41被選擇為根據條件具有10pF到20pF之間的電容，第二電容器C42被選擇為根據條件具有20pF到1nF之間的電容，而第三電容器C43被選擇為根據條件具有1nF到100μF之間的電容。更優選地，第三電容器C43具有從以下組中選出的電容1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF。
在具有根據上述第四實施例構造的電路的電容式麥克風中，可以對包括低頻和射頻在內的寬頻帶上的電磁噪聲進行阻斷。
實施例5圖7A和7B是電路圖，分別表示根據本發明第五實施例的具有由三個電容器C41至C43和一個電阻器R51實現的多種EM噪聲濾波/ESD阻斷部分之一的麥克風。圖7A表示其中EM噪聲濾波/ESD阻斷部分的電阻器R51與FET 30的漏極D串聯連接的結構，而圖7B表示其中EM噪聲濾波/ESD阻斷部分的電阻器R51與FET 30的源極S串聯連接的結構。
參照圖7A，根據本發明第五實施例的電容式麥克風包括連接在執行放大功能的FET 30的柵極G和源極S之間的等效電容器CECM。另外，根據第五實施例的電容式麥克風包括並聯連接在FET 30的源極S和漏極D之間的第一電容器C41、第二電容器C42，以及第三電容器C43，並包括連接在第二電容器C42和第三電容器C43的漏極連接端之間的第一電阻器R51，由此形成EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32。
另外，參照圖7B，以如下方式來實現EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32第一電容器C41、第二電容器C42，以及第三電容器C43並聯連接在FET 30的源極S和漏極D之間，並且第一電阻器R51連接在第二電容器C42和第三電容器C43的源極連接端之間。
在本發明的第五實施例中，將省略對與上述實施例相同的結構和操作的重複說明，並且以下說明將圍繞EM噪聲濾波部分32的操作來進行。
在根據本發明第五實施例的圖7A所示的EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32中，第一至第三電容器C41至C43執行濾波功能，阻斷通過輸出埠34a和34b從外部輸入的高頻噪聲或電磁噪聲，而第一電阻器R51不僅執行使第二電容器C42和第三電容器C43分離的退耦功能，而且執行防止從外部施加的靜電放電直接影響內部電路的阻斷功能。另外，第三電容器C43使通過輸出埠34a和34b施加的靜電放電電壓旁通至地，由此防止內部元件被靜電放電損壞。為了實現這種結果，第三電容器C43必須具有大電容，足夠存儲由高壓靜電放電而導致的電流，即，第三電容器C43必須至少為1nF。
電容器C41至C43的電容可以根據條件從10pF到100μF選擇性地變化。優選地，第一電容器C41被選擇為根據條件具有10pF到20pF之間的電容，第二電容器C42被選擇為根據條件具有20pF到1nF之間的電容，而第三電容器C43被選擇為根據條件具有1nF到100μF之間的電容。更優選地，第三電容器C43具有從以下組中選出的電容1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF。另外，優選地，第一電阻器R51具有從以下組中選出的電阻100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
在具有根據上述第五實施例構造的電路的電容式麥克風中，可以對包括低頻和射頻在內的寬頻帶上的電磁噪聲進行阻斷。此外，當根據第一實施例的電容式麥克風接地並且直接向輸出埠施加高壓靜電放電時，該麥克風具有足以抵抗從外部施加的甚至高於8KV的靜電放電的增強的阻斷能力(抵抗力)。
在圖7B所示的根據本發明第五實施例的EM噪聲濾波部分32中，第一至第三電容器C41至C43執行濾波功能，阻斷通過輸出埠34a和34b從外部輸入的高頻噪聲或電磁噪聲，而第一電阻器R51執行使第二電容器C42和第三電容器C43分離的退耦功能。為了實現這種結果，必須由具有能夠有效阻斷包括低頻和射頻在內的寬帶信號的大電容的寬帶止濾波器來實現第三電容器C43，即，第三電容器C43必須至少為1nF。
電容器C41、C42和C43的電容可以根據條件從10pF到100μF選擇性地變化。優選地，第一電容器C41被選擇為根據條件具有10pF到20pF之間的電容，第二電容器C42被選擇為根據條件具有20pF到1nF之間的電容，而第三電容器C43被選擇為根據條件具有1nF到100μF之間的電容。更優選地，第三電容器C43具有從以下組中選出的電容1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF。另外，優選地，第一電阻器R51具有從以下組中選出的電阻100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
在具有根據上述第五實施例構造的電路的電容式麥克風中，可以對包括低頻和射頻在內的寬頻帶上的電磁噪聲進行阻斷。
實施例6同時，可以將上述第一至第五實施例應用於多種電路，用於去除包括下一代移動通信系統(IMT2000)在內的1.8GHz或更高頻帶中產生的噪聲。即，用於去除1.8GHz或更高頻帶中產生的噪聲的電路具有與上述用於去除與900MHz和1.8GHz的頻帶相對應的噪聲的電路相同的結構，其不同特徵僅在於，用於執行濾波功能的電容器C1和C2是通過具有1pF到100μF之間的電容的電容器來實現的。具有1pF到100μF之間的電容的電容器可以對5KHz到6GHz的電磁噪聲進行濾波。
例如，在將如圖7A所示的使用三個電容器和一個電阻器的EM噪聲濾波/ESD阻斷部分32應用於用來去除1.8GHz或更高的噪聲的電路的情況下，可以根據條件將用於執行濾波功能的第一至第三電容器C41、C42和C43選擇為具有1pF到100μF之間的電容。例如，根據條件將第一電容器C41選擇為具有1pF到5pF之間的電容，優選為4.7pF，根據條件將第二電容器C42選擇為具有5pF到1nF之間的電容，優選為5.6pF，根據條件將第三電容器C43選擇為具有1nF到100μF之間的電容，優選為從以下組中選出的電容1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF，並且，優選地，第一電阻器R51具有從以下組中選出的電阻100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
在上述示例中，電容器C41、C42和C43以及電阻器R51構成了寬帶止濾波器，同時用於提高對於靜電放電的抵抗力。通過輸出埠從外部施加的高壓靜電放電通過具有最大電容的第三電容器C43放電至接地埠34b，並且第一電阻器R51防止靜電放電直接施加給內部電路部分。為了實現這種結果，第三電容器C43必須具有大電容，足夠存儲由高壓靜電放電導致的電流，即，第三電容器C43必須至少為1nF。
在具有根據上述示例構造的電路的電容式麥克風中，可以減少包括低頻和射頻在內的寬頻帶上的電磁噪聲。此外，根據本發明的電容式麥克風具有在該麥克風接地並且高壓靜電放電直接施加給輸出埠時足以抵抗從外部施加的甚至高於8KV的靜電放電的增強的抵抗力。
在第六實施例中，在FET 30中對通過FET 30的柵極G輸入的麥克風的電信號進行放大，以具有低噪聲，然後通過輸出埠34a和34b將其發送至移動終端的聲音處理電路，並由阻斷射頻波段的信號的寬帶止濾波器來去除噪聲，其中寬帶止濾波器由第一電容器C41、第二電容器C42、第三電容器C43，以及第一電阻器R51來實現。
工業適用性從上文可以看出，根據本發明的電容式麥克風具有更多的優點，其能夠去除電磁噪聲；利用僅包括電容器和電阻器的電路在包括低頻和射頻在內的寬頻帶內獲得優異的電磁噪聲濾波效果；以及極大地增強了對於從外部施加的靜電放電的阻斷能力(抵抗力)。
儘管結合目前認為最實用和優選的實施例對本發明進行了描述，但是應該理解，本發明並不限於所公開的實施例和附圖，相反，本發明旨在涵蓋落入所附權利要求的精神和範圍內的各種修改和變化。
權利要求
1.一種電容式麥克風，其採用針對低頻和射頻的寬帶信號的寬帶止濾波器，該電容式麥克風對於從外部施加的靜電放電具有增強的抵抗力，並且防止射頻幹擾以降低噪聲，該電容式麥克風包括聲學模塊(36)，用於將聲壓轉換為電信號的變化；放大裝置，用於對從所述聲學模塊(36)輸入的電信號進行放大；以及EM噪聲濾波/ESD阻斷部分(32)，用於阻斷從所述放大裝置輸出的具有低頻和射頻的寬帶信號，阻斷導入的電磁波、無線電波噪聲以及靜電放電，該EM噪聲濾波/ESD阻斷部分包括設置在所述放大裝置的輸入埠與所述聲學模塊(36)之間和/或設置在所述放大裝置的輸出埠與地之間的電阻器和電容器之一或者其組合，所述電阻器和電容器彼此並聯或串聯連接。
2.根據權利要求1所述的電容式麥克風，其中所述電容器和所述電阻器分別具有1pF到100μF之間的電容以及10Ω到1GΩ之間的電阻，可以根據頻帶對它們中的每一個選擇性地進行調整。
3.根據權利要求1所述的電容式麥克風，其中所述EM噪聲濾波/ESD阻斷部分(32)包括電阻器(R11)，其串聯連接在所述放大裝置的輸出埠與信號輸出埠(34a)之間；以及電容器(C11)，其連接在所述電阻器(R11)的一個端部與地(GND)之間。
4.根據權利要求3所述的電容式麥克風，其中所述電容器(C11)具有從以下組中選出的電容1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF；並且所述電阻器(R11)具有從以下組中選出的電阻100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
5.根據權利要求1所述的電容式麥克風，其中所述EM噪聲濾波/ESD阻斷部分(32)包括第一電容器(C21)，其並聯連接在所述放大裝置的輸出埠與接地埠之間，以用作濾波器；第二電容器(C22)，其與所述第一電容器(C21)並聯連接，以執行EM噪聲濾波和ESD阻斷功能；以及第一電阻器(R21)，其串聯連接在所述第一電容器(C21)的輸出埠與所述第二電容器(C22)的輸出埠之間，以執行退耦功能，從而所述EM噪聲濾波/ESD阻斷部分具有字符「∏」的形狀。
6.根據權利要求5所述的電容式麥克風，其中所述第一電容器(C21)具有10pF或33pF的電容；所述第二電容器(C22)具有從以下組中選出的電容1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF；並且所述第一電阻器(R21)具有從以下組中選出的電阻100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
7.根據權利要求1所述的電容式麥克風，其中所述EM噪聲濾波/ESD阻斷部分(32)包括第一電容器(C21)，其並聯連接在所述放大裝置的輸出埠與接地埠之間，以用作濾波器；第二電容器(C22)，其與所述第一電容器(C21)並聯連接，以執行EM噪聲濾波功能；以及第一電阻器(R21)，其串聯連接在所述第一電容器(C21)的接地埠(GND)與所述第二電容器(C22)的接地埠(GND)之間，以執行退耦功能，從而所述EM噪聲濾波/ESD阻斷部分具有字符「倒∏」的形狀。
8.根據權利要求7所述的電容式麥克風，其中所述第一電容器(C21)具有10pF或33pF的電容；所述第二電容器(C22)具有從以下組中選出的電容1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF；並且所述第一電阻器(R21)具有從以下組中選出的電阻100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
9.根據權利要求5或7所述的電容式麥克風，還包括所述聲學模塊(36)與所述放大裝置的輸入埠之間的噪聲阻斷電阻器(R22)，以阻斷電磁噪聲的輸入。
10.根據權利要求9所述的電容式麥克風，其中所述噪聲阻斷電阻器具有從以下組中選出的電阻100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ以及1MΩ。
11.根據權利要求1所述的電容式麥克風，其中所述EM噪聲濾波/ESD阻斷部分(32)包括第一電容器(C31)和第二電容器(C32)，其並聯連接在所述放大裝置的輸出埠與接地埠之間；以及第一電阻器(R31)和第二電阻器(R32)，其分別連接在兩個電容器(C31)和(C32)的相鄰端部之間，從而所述EM噪聲濾波/ESD阻斷部分具有字符「#」的形狀，其中所述第一電容器(C31)執行濾波功能，與所述第一電容器(C31)相對的所述第二電容器(C32)執行EM噪聲濾波和靜電放電阻斷功能，而所述電阻器(R31)和(R32)執行退耦功能和靜電放電阻斷功能。
12.根據權利要求11所述的電容式麥克風，其中所述第一電容器(C31)具有10pF或33pF的電容；所述第二電容器C32具有從以下組中選出的電容1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF；並且所述第一電阻器(R31)和第二電阻器(R32)中的每一個都具有從以下組中選出的電阻100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
13.根據權利要求11所述的電容式麥克風，還包括所述聲學模塊(36)與所述放大裝置的輸入埠之間的噪聲阻斷電阻器(R33)，以阻斷電磁噪聲的輸入。
14.根據權利要求13所述的電容式麥克風，其中所述噪聲阻斷電阻器(R33)具有從以下組中選出的電阻100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ以及1MΩ。
15.根據權利要求1所述的電容式麥克風，其中所述EM噪聲濾波部分(32)包括彼此並聯連接在接地埠與所述放大器的輸出埠之間的第一電容器(C41)、第二電容器(C42)，以及第三電容器(C43)。
16.根據權利要求15所述的電容式麥克風，其中可以對所述第一電容器(C41)選擇性地進行調節，使其具有10pF到20pF之間的電容；可以對所述第二電容器(C42)選擇性地進行調節，使其具有20pF到1nF之間的電容；並且可以對所述第三電容器(C43)選擇性地進行調節，使其具有1nF到100，之間的電容。
17.根據權利要求15所述的電容式麥克風，其中，在所述EM噪聲濾波/ESD阻斷部分(32)中，在所述第二電容器(C42)的信號輸出端與所述第三電容器(C43)的信號輸出端之間還串聯連接有電阻器(R51)。
18.根據權利要求17所述的電容式麥克風，其中對所述第一電容器(C41)選擇性地進行調節，使其具有10pF到20pF之間的電容；對所述第二電容器(C42)選擇性地進行調節，使其具有20pF到1nF之間的電容；所述第三電容器(C43)具有從以下組中選出的電容1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF；並且所述電阻器(R51)具有從以下組中選出的電阻100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
19.根據權利要求15所述的電容式麥克風，其中，在所述EM噪聲濾波部分(32)中，在所述第二電容器(C42)的接地端與所述第三電容器(C43)的接地端之間還串聯連接有電阻器(R51)。
20.根據權利要求19所述的電容式麥克風，其中對所述第一電容器(C41)選擇性地進行調節，使其具有10pF到20pF之間的電容；對所述第二電容器(C42)選擇性地進行調節，使其具有20pF到1nF之間的電容；所述第三電容器(C43)具有從以下組中選出的電容1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF；並且所述電阻器(R51)具有從以下組中選出的電阻100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
21.根據權利要求1或2所述的電容式麥克風，其中，所述電容器是溫度補償電容器或者高介電常數電容器。
22.根據權利要求1所述的電容式麥克風，其中，所述放大裝置是內置增益麥克風中使用的放大器以及場效應電晶體之一。
全文摘要
公開了一種採用寬帶止濾波器的電容式麥克風，其對於從外部施加的靜電放電具有增強的抵抗力。本發明的目的是通過包括能夠有效阻斷包括低頻和移動通信中使用的射頻在內的寬帶信號的寬帶止濾波器，來提供一種能夠用於多波段的電容式麥克風。為此，一種電容式麥克風包括聲學模塊，用於將聲壓轉換為電信號的變化；FET，用於對從聲學模塊輸入的電信號進行放大；以及寬帶止濾波器，用於阻斷從FET輸出的包括低頻和射頻在內的寬帶信號，並且通過根據射頻波段選擇性地連接在FET的漏極D與源極S之間的任意一個或更多個電阻器和電容器來實現。根據這種結構的電容式麥克風具有以下優點能夠去除更大範圍的EM噪聲、獲得了優異的噪聲濾波效果，以及極大增強了對於從外部施加的靜電放電的抵抗力。
文檔編號H04R3/00GK1771758SQ03826482
公開日2006年5月10日 申請日期2003年6月10日 優先權日2003年3月20日
發明者宋清淡, 鄭益周, 金賢浩 申請人:寶星電子株式會社