專(zhuān)利名稱(chēng):Mems麥克風(fēng)電路、上位機(jī)電路以及進(jìn)入編程模式的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于集成電路(Integrated Circuit)的硬件實(shí)現(xiàn),尤其涉及一種可配置參數(shù)的MEMS麥克風(fēng)電路結(jié)構(gòu),以及與其配合的上位機(jī)電路結(jié)構(gòu),還涉及進(jìn)入編程模式的方法。
背景技術(shù):
目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的麥克風(fēng)主要有動(dòng)圈式、電容式、駐極體和最近新興的硅微傳聲器,此外還有液體傳聲器和激光傳聲器等。動(dòng)圈傳聲器音質(zhì)較好,但體積龐大。駐極體ECM (Electret Condenser Microphone,駐極體電容麥克風(fēng))傳聲器體積小巧,成本低廉,在電話、手機(jī)等設(shè)備中廣泛使用?;贑MOS MEMSCMicro Electro Meganetic System,微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)的硅麥克風(fēng)體積更小,特別適合高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用。MEMS麥克風(fēng)包含一個(gè)MEMS聲電傳感器和一個(gè)信號(hào)預(yù)放大電路。電容型的MEMS聲電傳感器將聲壓轉(zhuǎn)換為電容容值的變化,由于儲(chǔ)存的電荷數(shù)一定,這種變化會(huì)反應(yīng)為電容兩端的電壓的變化。電壓的變化通過(guò)信號(hào)預(yù)放大電路的處理,轉(zhuǎn)化為后續(xù)電路可用的輸出信號(hào)。同時(shí)信號(hào)預(yù)放大電路給MEMS聲電傳感器提供所需的偏置電壓。MEMS麥克風(fēng)的靈敏度指的是在IPa的聲壓下,電路輸出的電信號(hào)幅度,單位是mV/ Pa,他由MEMS傳感器的靈敏度和放大器的增益組成。傳統(tǒng)的ECM麥克風(fēng)由于本身工藝的局限性,即使是同一批次的產(chǎn)品,靈敏度也有較大的偏差。MEMS麥克風(fēng)由于基于的是硅工藝, 一致性遠(yuǎn)好于ECM麥克風(fēng),但是仍然存在偏差。在很多應(yīng)用中對(duì)麥克風(fēng)的靈敏度的偏差都有一定的要求,偏差過(guò)大會(huì)導(dǎo)致過(guò)低的良率。因此,能對(duì)成品進(jìn)行靈敏度的修正變的很有需要,目前在芯片的制造過(guò)程中,往往會(huì)通過(guò)修改幾層掩膜,或者是在晶圓級(jí)測(cè)試過(guò)程中,通過(guò)額外的引腳,通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)放大器電路參數(shù)的修改。鑒于產(chǎn)品的可靠性和制造成本考慮一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可直接對(duì)已完成封裝的麥克風(fēng)成品進(jìn)行參數(shù)配置,而不需要修改掩膜的MEMS麥克風(fēng)就成為一種需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可配置參數(shù)的MEMS麥克風(fēng)電路,同時(shí)提供一種與 MEMS麥克風(fēng)電路相配合的上位機(jī)電路,還提供一種MEMS麥克風(fēng)電路進(jìn)入編程模式的方法。 本發(fā)明可對(duì)已完成封裝的麥克風(fēng)成品進(jìn)行參數(shù)的修改,通過(guò)對(duì)部分由于工藝偏差引起的不良產(chǎn)品進(jìn)行參數(shù)修正,使其達(dá)到規(guī)范要求。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明提供一種MEMS麥克風(fēng)電路,包括MEMS聲電傳感器和信號(hào)預(yù)放大電路,所述信號(hào)預(yù)放大電路包括放大器、電荷泵、接口控制電路和OTP存儲(chǔ)器;所述電荷泵與MEMS聲電傳感器連接,用于為MEMS聲電傳感器提供偏置電壓;所述放大器與MEMS聲電傳感器連接,用于放大MEMS聲電傳感器產(chǎn)生的電信號(hào);所述OTP存儲(chǔ)器與放大器連接,用于程序的存儲(chǔ); 所述接口控制電路與放大器以及OTP存儲(chǔ)器連接,用于實(shí)現(xiàn)輸出引腳的復(fù)用并和上位機(jī)通訊,以及對(duì)OTP存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)以配置內(nèi)部電路。其進(jìn)一步的技術(shù)方案為所述放大器由電流源偏置電路、第一級(jí)放大電路和第二級(jí)驅(qū)動(dòng)電路組成;所述電流源偏置電路上連接有第一開(kāi)關(guān),所述第二級(jí)驅(qū)動(dòng)電路包括PMOS 管和NMOS管,所述PMOS管的漏極和柵極之間連接有密勒補(bǔ)償電路和第二開(kāi)關(guān),所述NMOS 管的源極和柵極之間連接有第三開(kāi)關(guān),所述PMOS管的源極和柵極之間連接有第四開(kāi)關(guān)。本發(fā)明同時(shí)提供一種與MEMS麥克風(fēng)電路相配合的上位機(jī)電路,包括相互連接的時(shí)序發(fā)生器電路和驅(qū)動(dòng)電路;所述時(shí)序發(fā)生器電路用于產(chǎn)生可被MEMS麥克風(fēng)內(nèi)部的接口電路所識(shí)別的時(shí)序信號(hào);所述驅(qū)動(dòng)電路由三態(tài)門(mén)和上拉電阻組成,所述三態(tài)門(mén)的編程引腳通過(guò)所述上拉電阻與電源連接。本發(fā)明更提供一種MEMS麥克風(fēng)電路進(jìn)入編程模式的方法,包括以下步驟1) MEMS麥克風(fēng)電路上電,上位機(jī)處于強(qiáng)上拉狀態(tài);2):等待高電平檢測(cè);3) :MEMS麥克風(fēng)電路通過(guò)其接口電路中的比較器判斷此時(shí)輸出引腳的狀態(tài)是否為高電平,若為高電平,則轉(zhuǎn)入步驟4);若為低電平,則轉(zhuǎn)入步驟7) ;4):密碼序列的輸入;5):判斷輸入的密碼序列是否正確,若密碼序列輸入完全正確,則轉(zhuǎn)入步驟6);若密碼序列輸入錯(cuò)誤,則轉(zhuǎn)入步驟7) ;6) MEMS麥克風(fēng)電路進(jìn)入編程模式;7) =MEMS麥克風(fēng)電路正常啟動(dòng),進(jìn)入普通工作模式。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是
本發(fā)明能在成品測(cè)試階段通過(guò)復(fù)用信號(hào)輸出引腳,通過(guò)一定的編程時(shí)序,實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片內(nèi)部寄存器的控制,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電路增益,電荷泵電壓等其他參數(shù)的修改。和傳統(tǒng)的方法相比,本發(fā)明最大的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)已完成封裝的麥克風(fēng)成品進(jìn)行參數(shù)的修改,使對(duì)部分由于工藝偏差引起的不良產(chǎn)品,通過(guò)進(jìn)行參數(shù)的修正,達(dá)到規(guī)范要求。另外不需要修改掩膜,僅通過(guò)對(duì)芯片的編程即可實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格要求的產(chǎn)品(例如不同的靈敏度)。
圖I是MEMS麥克風(fēng)電路的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是MEMS麥克風(fēng)電路中的放大器在編程模式下的配置示意圖。圖3是MEMS麥克風(fēng)電路在編程模式下和上位機(jī)的連接示意圖。圖4是進(jìn)入編程模式的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步說(shuō)明。圖I是本發(fā)明的MEMS麥克風(fēng)電路的結(jié)構(gòu)框圖,其包括一個(gè)MEMS聲電傳感器I和一個(gè)信號(hào)預(yù)放大電路2。信號(hào)預(yù)放大電路2和傳統(tǒng)的芯片結(jié)構(gòu)不同,除了包括主要功能模塊如放大器3、電荷泵4以外,還包括接口控制電路6和OTP (One Time Programmable, — 次性可編程)存儲(chǔ)器5。電荷泵4用來(lái)給MEMS聲電傳感器I提供偏置電壓,放大器3放大 MEMS聲電傳感器I產(chǎn)生的電信號(hào)。接口控制電路6用來(lái)實(shí)現(xiàn)OUT弓丨腳的復(fù)用并且完成和上位機(jī)的通訊,通過(guò)接口控制電路6對(duì)OTP存儲(chǔ)器5進(jìn)行讀寫(xiě),達(dá)到配置內(nèi)部電路的目的。圖2是放大器3增益級(jí)的簡(jiǎn)略圖,其可以等效為一個(gè)兩級(jí)運(yùn)算放大器。左邊是電流源偏置電路,中間的第一級(jí)放大電路圖中未畫(huà)出。右邊是第二級(jí)驅(qū)動(dòng)級(jí)電路。當(dāng)處于正常工作模式時(shí),開(kāi)關(guān)SI閉合,電流源偏置正常工作;開(kāi)關(guān)S2閉合,密勒補(bǔ)償電路工作;開(kāi)關(guān)S3和開(kāi)關(guān)S4處于斷開(kāi)狀態(tài),此時(shí)放大器3的增益級(jí)即一個(gè)正常工作的二級(jí)運(yùn)算放大器。當(dāng)處于編程模式時(shí),由于此時(shí)輸出引腳被復(fù)用為編程引腳,為了避免出現(xiàn)外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)和內(nèi)部放大器雙驅(qū)動(dòng)情況,內(nèi)部放大器對(duì)外需進(jìn)入一個(gè)高阻狀態(tài)。此時(shí)開(kāi)關(guān)SI斷開(kāi),電流源偏置被切斷;開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi);開(kāi)關(guān)S3和開(kāi)關(guān)S4閉合,使上端的PMOS管和下端的NMOS管都處于截止?fàn)顟B(tài),如此從OUT端往放大器看便呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。通過(guò)上述開(kāi)關(guān)的控制,放大器3在正常情況下完成普通運(yùn)算放大器的功能;在編程模式下,通過(guò)配置開(kāi)關(guān)對(duì)外實(shí)現(xiàn)高阻的狀態(tài)。圖3是本發(fā)明的MEMS麥克風(fēng)電路和上位機(jī)的連接示意圖,其中上位機(jī)包含一個(gè)時(shí)序發(fā)生器7,其用于產(chǎn)生滿足一定要求的時(shí)序信號(hào),此信號(hào)會(huì)被麥克風(fēng)內(nèi)部的信號(hào)預(yù)放大電路內(nèi)部的接口控制電路識(shí)別。另外,上位機(jī)還包含驅(qū)動(dòng)電路8。驅(qū)動(dòng)電路8由三態(tài)門(mén)和上拉電阻組成。三態(tài)門(mén)可以控制電路是否強(qiáng)上拉到電源,以及是否下拉到地,或者三態(tài)門(mén)處于高阻狀態(tài),輸出PRG引腳通過(guò)一電阻弱上拉到電源。需要此三種模式是為了被芯片所識(shí)別完成相對(duì)應(yīng)的任務(wù)。在對(duì)麥克風(fēng)內(nèi)部芯片編程的時(shí)候。由于是單線協(xié)議,沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào),為了區(qū)分O和I。在芯片內(nèi)部有一振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘基準(zhǔn)。當(dāng)外部脈沖寬度大于此時(shí)鐘基準(zhǔn)時(shí),即被認(rèn)為是1,當(dāng)脈沖寬度小于時(shí)候基準(zhǔn)的時(shí)候即被認(rèn)為是O。圖3中的MEMS麥克風(fēng)和上位機(jī)除電源線和地線外,通過(guò)單線連接。驅(qū)動(dòng)電路可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)上拉、強(qiáng)下拉和高阻并由電阻實(shí)現(xiàn)弱上拉三種邏輯狀態(tài)。在和芯片通信的過(guò)程中,強(qiáng)下拉為低電平,弱上拉為高電平,并由高電平的長(zhǎng)短區(qū)分O和I。之所以要采用弱上拉,是可以讓芯片從內(nèi)部通過(guò)下拉晶體管下拉OUT引腳以實(shí)現(xiàn)讀出芯片內(nèi)部狀態(tài)的目的。圖4是本發(fā)明進(jìn)入編程模式的流程圖。為了使麥克風(fēng)進(jìn)入編程狀態(tài),上電時(shí)由內(nèi)部比較器判斷是否引腳狀態(tài)為高電平,若為高,等待密碼序列的輸入,若密碼序列正確,則進(jìn)入編程狀態(tài)。若上電時(shí)狀態(tài)不為高或者密碼輸入錯(cuò)誤,麥克風(fēng)均進(jìn)入正常工作模式。具體步驟為在麥克風(fēng)上電的時(shí)候(步驟SI),上位機(jī)處于強(qiáng)上拉狀態(tài)。此時(shí)在上電后的IOms 內(nèi)(步驟S2),麥克風(fēng)通過(guò)接口電路中的比較器檢測(cè)是否此時(shí)OUT引腳處于強(qiáng)上拉狀態(tài)(步驟S3)。如果是則等待密碼的輸入(步驟S4)。如果不是則正常啟動(dòng)(步驟S7)。密碼是由多位0,I序列組成的驗(yàn)證碼,為了防止在實(shí)際使用過(guò)程中誤觸發(fā)而進(jìn)入編程狀態(tài)。如果密碼輸錯(cuò),狀態(tài)機(jī)自動(dòng)跳出,芯片正常啟動(dòng)(步驟S7)。如果密碼輸入完全正確(步驟S5),則芯片進(jìn)入編程狀態(tài)(步驟S6)。通過(guò)長(zhǎng)短脈沖的方式給芯片內(nèi)部寫(xiě)入0,I信號(hào)。可實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部 OTP的配置和燒寫(xiě)。以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,本發(fā)明不限于以上實(shí)施例。可以理解,本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的基本構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進(jìn)和變化, 均應(yīng)認(rèn)為包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種MEMS麥克風(fēng)電路,其特征在于包括MEMS聲電傳感器(I)和信號(hào)預(yù)放大電路 (2 ),所述信號(hào)預(yù)放大電路(2 )包括放大器(3 )、電荷泵(4 )、接口控制電路(6 )和OTP存儲(chǔ)器 (5 );所述電荷泵(4)與MEMS聲電傳感器(I)連接,用于為MEMS聲電傳感器(I)提供偏置電壓;所述放大器(3)與MEMS聲電傳感器(I)連接,用于放大MEMS聲電傳感器(I)產(chǎn)生的電信號(hào);所述OTP存儲(chǔ)器(5)與放大器(3)連接,用于程序的存儲(chǔ);所述接口控制電路(6)與放大器(3)以及OTP存儲(chǔ)器(5)連接,用于實(shí)現(xiàn)輸出引腳的復(fù)用并和上位機(jī)通訊,以及對(duì)OTP 存儲(chǔ)器(5)進(jìn)行讀寫(xiě)以配置內(nèi)部電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述MEMS麥克風(fēng)電路,其特征在于所述放大器(3)由電流源偏置電路、第一級(jí)放大電路和第二級(jí)驅(qū)動(dòng)電路組成;所述電流源偏置電路上連接有第一開(kāi)關(guān)(SI),所述第二級(jí)驅(qū)動(dòng)電路包括PMOS管和NMOS管,所述PMOS管的漏極和柵極之間連接有密勒補(bǔ)償電路和第二開(kāi)關(guān)(S2 ),所述NMOS管的源極和柵極之間連接有第三開(kāi)關(guān)(S3 ),所述 PMOS管的源極和柵極之間連接有第四開(kāi)關(guān)(S4)。
3.—種與MEMS麥克風(fēng)電路相配合的上位機(jī)電路,其特征在于包括相互連接的時(shí)序發(fā)生器電路(7)和驅(qū)動(dòng)電路(8);所述時(shí)序發(fā)生器電路(7)用于產(chǎn)生可被MEMS麥克風(fēng)內(nèi)部的接口電路所識(shí)別的時(shí)序信號(hào);所述驅(qū)動(dòng)電路(8)由三態(tài)門(mén)和上拉電阻組成,所述三態(tài)門(mén)的編程引腳通過(guò)所述上拉電阻與電源連接。
4.一種MEMS麥克風(fēng)電路進(jìn)入編程模式的方法,其特征在于包括以下步驟步驟I) =MEMS麥克風(fēng)電路上電,上位機(jī)處于強(qiáng)上拉狀態(tài);步驟2):等待高電平檢測(cè);步驟3):MEMS麥克風(fēng)電路通過(guò)其接口電路中的比較器判斷此時(shí)輸出引腳的狀態(tài)是否為高電平,若為高電平,則轉(zhuǎn)入步驟4);若為低電平,則轉(zhuǎn)入步驟7);步驟4):密碼序列的輸入;步驟5):判斷輸入的密碼序列是否正確,若密碼序列輸入完全正確,則轉(zhuǎn)入步驟6);若密碼序列輸入錯(cuò)誤,則轉(zhuǎn)入步驟7);步驟6) =MEMS麥克風(fēng)電路進(jìn)入編程模式;步驟7) :MEMS麥克風(fēng)電路正常啟動(dòng),進(jìn)入普通工作模式。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種MEMS麥克風(fēng)電路,包括MEMS聲電傳感器和信號(hào)預(yù)放大電路,信號(hào)預(yù)放大電路包括放大器、電荷泵、接口控制電路和OTP存儲(chǔ)器;電荷泵與MEMS聲電傳感器連接,放大器與MEMS聲電傳感器連接,OTP存儲(chǔ)器與放大器連接,接口控制電路與放大器以及OTP存儲(chǔ)器連接。本發(fā)明同時(shí)提供與MEMS麥克風(fēng)電路相配合的上位機(jī)電路,以及MEMS麥克風(fēng)電路進(jìn)入編程模式的方法。本發(fā)明可對(duì)已完成封裝的麥克風(fēng)成品進(jìn)行參數(shù)的修改,通過(guò)對(duì)部分由于工藝偏差引起的不良產(chǎn)品進(jìn)行參數(shù)修正,使其達(dá)到規(guī)范要求。
文檔編號(hào)H04R19/01GK102611974SQ201210060600
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者朱瀟挺, 蔣振雷 申請(qǐng)人:無(wú)錫納訊微電子有限公司