相關申請

本專利要求享有2014年9月10日提交的在先提交的共同待決的美國臨時專利申請?zhí)?2/048,571的益處；其完整內(nèi)容特此通過引用而被并入。

背景技術：

本專利涉及mems麥克風，其并入針對用于麥克風偏置節(jié)點的高電壓高阻抗網(wǎng)絡的重置從而允許mems麥克風的更快、更高效的測試。

mems電容式麥克風利用電荷的守恒而進行操作。通常包括兩個反并聯(lián)二極管的高阻抗網(wǎng)絡用于跨電容器的兩個板而施加固定電荷。感測節(jié)點上的高阻抗網(wǎng)絡對于創(chuàng)建電荷守恒模式是必要的。偏置節(jié)點上的高阻抗開關網(wǎng)絡之后是對地電容器，其相比于從感測節(jié)點到地的電容是大的。該電容器服務兩個目的。第一，該電容器在傳感器的偏置側(cè)上創(chuàng)建ac地，使得在存在聲學信號的情況下，感測節(jié)點上的電壓改變。第二，電容器連同高阻抗網(wǎng)絡一起創(chuàng)建針對由偏置電路生成的噪聲的低通濾波器。

從高阻抗偏置節(jié)點到地的漏電流可能使麥克風的性能降級。從偏置到地的漏電流降低高阻抗網(wǎng)絡的阻抗，并且如果足夠高則可能使偏置電路的噪聲濾波受損，最終使整個麥克風的噪聲性能降級。類似地，從偏置節(jié)點到感測節(jié)點的漏電流流動到感測節(jié)點二極管中，從而造成散粒噪聲，該散粒噪聲同樣使整個麥克風的噪聲性能降級?？赡苡捎陬w粒、表面污染或體塊材料缺陷所致的這些高阻抗節(jié)點附近的缺陷可能造成這些漏電流，其將影響高阻抗網(wǎng)絡。另外，這些缺陷可能通過可靠性和環(huán)境應力而惡化，使得早期檢測對確保麥克風的質(zhì)量甚至更加重要。

美國專利申請?zhí)?3/040,466描述了用于實現(xiàn)高電壓高阻抗電路的許多實現(xiàn)方式中的一個。

技術實現(xiàn)要素：

本專利描述了一種麥克風設計和用于對高阻抗節(jié)點的缺陷的早期檢測的對應測試。其中附接到傳感器的兩個高阻抗網(wǎng)絡在啟動期間進行開關的麥克風的設計允許可以標識造成受損的麥克風性能的高阻抗節(jié)點中的缺陷的測試。

在一個實施例中，本專利提供了一種檢測mems麥克風傳感器接口電路的高阻抗網(wǎng)絡中的缺陷的方法。該方法包括向高電壓高阻抗網(wǎng)絡添加高電壓重置開關，在mems麥克風傳感器接口電路的啟動階段期間閉合高電壓重置開關，在啟動階段期間同時閉合低電壓高阻抗網(wǎng)絡的低電壓重置開關，在啟動階段的結尾處使高電壓重置開關和低電壓重置開關同時開路，以及在使高電壓重置開關和低電壓重置開關開路之后立即檢測高電壓高阻抗網(wǎng)絡或低電壓高阻抗網(wǎng)絡中的缺陷。

在另一實施例中，本專利提供了一種高電壓重置mems麥克風傳感器接口電路。該電路包括電荷泵、低電壓高阻抗網(wǎng)絡、高電壓高阻抗網(wǎng)絡、感測電容器、高阻抗放大器和輸出電容器。低電壓高阻抗網(wǎng)絡耦合到直流電位和感測節(jié)點。低電壓高阻抗網(wǎng)絡包括一組反并聯(lián)二極管和低電壓重置開關。高電壓高阻抗網(wǎng)絡耦合到電荷泵和偏置節(jié)點。高電壓高阻抗網(wǎng)絡包括一組反并聯(lián)二極管和高電壓重置開關。感測電容器耦合在感測節(jié)點與偏置節(jié)點之間。高阻抗放大器耦合到感測節(jié)點。輸出電容器耦合在偏置節(jié)點與地之間。低電壓重置開關和高電壓重置開關在mems麥克風傳感器接口電路的啟動階段期間閉合并且在啟動階段的結尾處同時開路。

本發(fā)明的其它方面通過考慮詳細描述和隨附各圖將變得清楚。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術mems麥克風傳感器接口電路的示意圖。

圖2是針對圖1的傳感器接口電路的節(jié)點電壓對比時間的圖表。

圖3是根據(jù)本公開的實施例的mems麥克風高電壓重置傳感器接口電路的示意圖。

圖4是針對圖3的高電壓重置傳感器接口電路的節(jié)點電壓對比時間的圖表。

圖5是比較針對圖1的傳感器接口電路和圖3的高電壓重置傳感器接口電路的感測節(jié)點電壓對比二極管特性的圖表。

圖6是針對圖1的傳感器接口電路的感測節(jié)點電壓的圖表，其具有從偏置到地的100fa泄漏和從偏置到感測的10fa。

圖7是針對圖3的高電壓重置傳感器接口電路的感測節(jié)點電壓的圖表，其具有從偏置到地的100fa泄漏和從偏置到感測的10fa。

圖8是針對圖3的高電壓重置傳感器接口電路的漏電流對比噪聲的圖表。

圖9是針對圖3的高電壓重置傳感器接口電路的漏電流對比感測節(jié)點dv/dt的圖表。

圖10是針對圖3的高電壓重置傳感器接口電路的漏電流對比感測節(jié)點最大電壓改變時間的圖表。

具體實施方式

在詳細解釋本專利的任何實施例之前，要理解的是，本專利在其應用方面不限于在以下描述中闡述或在隨附各圖中圖示的組件的布置和構造的細節(jié)。本專利能夠具有其它實施例，并且能夠以各種方式實踐或?qū)嵤?/p>

mos開關典型地與感測節(jié)點上的高阻抗開關并聯(lián)連接，從而允許感測節(jié)點保持在固定電位而電容器的另一側(cè)被充電。由于復雜性，典型地不對電容器的高電壓側(cè)上的高阻抗節(jié)點進行開關。在高電壓高阻抗網(wǎng)絡上包括開關允許麥克風測試，該測試指示與高阻抗缺陷相關聯(lián)的小漏電流的存在。此外，可能在這些測試中檢測到的漏電流的水平比將增加麥克風的噪聲的泄漏水平小得多。

圖1示出現(xiàn)有技術傳感器接口電路100的示意性表示。傳感器接口電路100包括低電壓高阻抗網(wǎng)絡105、高電壓高阻抗網(wǎng)絡110、電荷泵115、輸出電容器120、感測電容器125和高輸入阻抗放大器130。低電壓高阻抗網(wǎng)絡105包括第一二極管135、第二二極管140、第三二極管145和低電壓重置開關150。第一和第二二極管135和140配置為反并聯(lián)二極管。高電壓高阻抗網(wǎng)絡110包括第四二極管155和第五二極管160。第四和第五二極管155和160配置為反并聯(lián)二極管。低電壓高阻抗網(wǎng)絡105的第一連接耦合到直流（dc）電位，該電位可以是地，并且第二連接耦合到感測電容器125和高阻抗放大器130的輸入。感測節(jié)點165由第二連接、感測電容器125和高阻抗放大器130的輸入的連接形成。

電荷泵115的輸出連接到高電壓高阻抗網(wǎng)絡110的第一連接，并且高電壓高阻抗網(wǎng)絡110的第二連接連接到輸出電容器120和感測電容器125，從而形成偏置節(jié)點170。

電荷泵115創(chuàng)建用于使感測電容器125偏置的高電壓，并且高輸入阻抗放大器130緩沖在感測節(jié)點165處產(chǎn)生的信號。感測節(jié)點125處的低電壓高阻抗網(wǎng)絡105創(chuàng)建電荷守恒節(jié)點。在啟動期間，低電壓重置開關150接通（典型地小于100ms），而偏置節(jié)點170通過電荷泵115和高電壓高阻抗網(wǎng)絡110進行充電。該階段用于將固定電荷置于感測電容器125上。在啟動之后，低電壓重置開關150開路，麥克風變成進行操作并且感測電容器125的電容值中的改變產(chǎn)生感測節(jié)點165上的成比例的電壓改變，該電壓改變由高阻抗放大器130緩沖。

圖2示出針對傳感器接口電路100的電荷泵115輸出電壓（rawhv）、偏置節(jié)點170電壓（mic_bias）和感測節(jié)點165電壓（ampin）的暫態(tài)波形。在啟動/充電階段期間（圖2中的10ms），感測節(jié)點165保持在地處，而同時電荷泵115和偏置節(jié)點170充電。當電荷泵115電壓上升時，輸出電容器120和感測電容器125通過高電壓高阻抗網(wǎng)絡110充電。在該階段期間，存在電荷泵115輸出與偏置節(jié)點170之間的足夠大的電壓差，使得高電壓高阻抗二極管155或160中的一個正向?qū)ú⑶覍⑤敵龊透袦y電容器120和125充電至電荷泵115電壓的二極管壓降內(nèi)。該充電快速發(fā)生，因為當在正向偏置區(qū)中時，二極管155或160的小信號阻抗是小的。在啟動/充電階段之后，存在從電荷泵115到偏置節(jié)點170的電壓降。在沒有從偏置節(jié)點170流動的靜態(tài)電流的情況下，偏置節(jié)點170將繼續(xù)充電。然而，充電將變得更慢，因為電壓降減小并且二極管155或160的小信號阻抗增加。在圖2中，可以看到，偏置節(jié)點170在啟動階段已經(jīng)結束時尚未完全充電并且繼續(xù)充電50秒。偏置節(jié)點170上的上升電壓創(chuàng)建通過感測電容器125的暫態(tài)電流，并且由于低電壓高阻抗網(wǎng)絡105處于其高阻抗狀態(tài)，因此出現(xiàn)響應于該暫態(tài)電流的從感測節(jié)點165到地的電壓。一旦偏置節(jié)點170完全充電至電荷泵115電壓，該暫態(tài)電流不存在并且感測節(jié)點165將泄漏回到地。在圖2中，這從50秒到80秒發(fā)生。在所有電流已經(jīng)穩(wěn)定之后，則感測節(jié)點165電壓返回到其在啟動階段期間被重置到的電壓；在圖2中0v。

圖3示出高電壓重置傳感器接口電路300的示意性表示。高電壓重置傳感器接口電路300類似于傳感器接口電路100（圖1），除了高電壓高阻抗網(wǎng)絡302包括高電壓重置開關305和第六二極管310之外。

該高電壓重置傳感器接口電路300以與圖1中描述的傳感器接口電路100相同的方式進行操作；然而，在啟動階段期間，低和高電壓重置開關150和305二者在啟動階段的開始處閉合并且在啟動階段的結尾處同時開路。

圖4示出針對高電壓重置傳感器接口300的電荷泵115輸出電壓（rawhv）、偏置節(jié)點170電壓（mic_bias）和感測節(jié)點165電壓（ampin）的暫態(tài)波形。在啟動/充電階段期間（10ms），感測節(jié)點165通過跨低電壓高阻抗網(wǎng)絡105的開關150而保持在地處，而同時偏置節(jié)點170通過跨高電壓高阻抗網(wǎng)絡302的高電壓重置開關305連接到電荷泵115。當電荷泵115電壓上升時，偏置節(jié)點170保持到電荷泵115電壓。在啟動階段的結尾處，電荷泵115和偏置節(jié)點170處于相同電位。當跨高電壓和低電壓高阻抗網(wǎng)絡105和302二者的開關150和305開路時，由于充電而不存在流動的暫態(tài)電流，并且在缺失從偏置節(jié)點170的任何漏電流的情況下，感測節(jié)點165將保持在其被設置到的電壓處；在圖4中0v。

在傳感器接口100中，暫態(tài)感測電壓強烈地取決于使用在兩個高阻抗網(wǎng)絡中的二極管的i-v特性。這些二極管135、140、155和160隨芯片到芯片、晶片到晶片、批次到批次的變化將影響偏置節(jié)點170的充電，并且隨后影響感測節(jié)點165的穩(wěn)定。相比之下，關于高電壓重置傳感器接口300，由于高電壓重置開關305預先設置感測節(jié)點165和偏置節(jié)點170二者，二極管特性是可忽略的。圖5示出關于用于傳感器接口100和高電壓重置傳感器接口300二者的不同的三組二極管135、140、155和160的隨時間的感測節(jié)點165電壓。應當觀察到，關于傳感器接口100，產(chǎn)生三個不同的感測125電壓曲線。相反，關于高電壓重置傳感器接口300，僅產(chǎn)生一個感測125電壓曲線。這示出，關于高電壓重置傳感器接口300，感測節(jié)點165電壓不受二極管特性影響。

在兩個系統(tǒng)中，感測節(jié)點165電壓在存在偏置節(jié)點170上的漏電流（從偏置節(jié)點170到地或從偏置節(jié)點170到感測節(jié)點165）的情況下被更改。這些泄漏可能由于顆粒、表面污染或體塊材料缺陷所致。在傳感器接口100中，從偏置節(jié)點170到地的電流流動將在與暫態(tài)充電電流相反的方向上，并且因此將僅具有對感測節(jié)點165電壓的小影響。當漏電流存在于偏置節(jié)點170與感測節(jié)點165之間時，其將與暫態(tài)電流加和。由于暫態(tài)電流在啟動階段之后立即是最大的，因此將難以觀察到由于該泄漏所致的感測節(jié)點165電壓中的改變，直到暫態(tài)電流已完全穩(wěn)定。圖6示出感測節(jié)點165電壓，其具有從偏置節(jié)點170到地的100fa漏電流并且具有從偏置節(jié)點170到感測節(jié)點165的10fa漏電流?？紤]到任何給定設備上的二極管特性不是已知的并且可能具有對感測節(jié)點165電壓的顯著影響，將難以標識由于高阻抗網(wǎng)絡105和110上的缺陷所致的從偏置節(jié)點170到地的泄漏。另外，將僅可能的是在暫態(tài)電流已經(jīng)完全穩(wěn)定之后標識從偏置節(jié)點170到感測節(jié)點165的泄漏，這將要求針對批量生產(chǎn)的抑制性測試時間。

在高電壓重置傳感器接口300中，由于不存在由于充電所致的固有暫態(tài)電流并且啟動不受二極管特性影響，因此由于缺陷所致的任何漏電流在啟動之后立即（即在幾毫秒內(nèi)）是可容易檢測的。當高電壓重置開關305閉合時，偏置節(jié)點170保持到電荷泵115電壓。如果存在從偏置節(jié)點170到地的漏電流，則當開關305開路時，該電流將流過高電壓阻抗網(wǎng)絡302上的二極管155和160。偏置節(jié)點170然后將下降由二極管310的i-v曲線和漏電流的量確定的電壓。當偏置節(jié)點170上的電壓下降時，通過感測電容器125的暫態(tài)電流將把感測節(jié)點165拉至其重置值以下，從而使得感測節(jié)點165在電壓方面降低。一旦偏置節(jié)點170上的電壓已穩(wěn)定，暫態(tài)電流將消失并且感測節(jié)點165將通過低電壓高阻抗二極管105而泄漏回到地。如果從偏置節(jié)點170到感測節(jié)點165的漏電流存在，該電流將必須流過低電壓阻抗網(wǎng)絡105二極管135和140，并且感測節(jié)點165將上升由低電壓阻抗網(wǎng)絡105二極管135和140的i-v曲線和漏電流的量確定的電壓。圖7示出感測電壓，其具有從偏置節(jié)點170到地的100fa漏電流并且具有從偏置140到感測節(jié)點165的10fa漏電流。

圖8示出圖示了各種漏電流對具有高電壓重置傳感器接口300的麥克風的噪聲性能的影響的示例。在圖8中，從偏置節(jié)點170到感測節(jié)點165的10fa以上的泄漏創(chuàng)建通過低電壓高阻抗網(wǎng)絡105的散粒噪聲，該散粒噪聲造成整個麥克風的降級的噪聲性能。類似地，從偏置節(jié)點170到地的漏電流降低高電壓-阻抗網(wǎng)絡302的阻抗并且隨后降低偏置電路的噪聲濾波。偏置節(jié)點170到地的10pa以上泄漏造成整個麥克風的降級的噪聲性能。

圖9圖示了各種漏電流對針對高電壓重置傳感器接口300的啟動階段之后的感測節(jié)點165電壓的斜率的影響。圖9示出，如同噪聲那樣，感測節(jié)點165處的電壓中的改變速率可以與漏電流相關。

圖10圖示了各種漏電流對針對高電壓重置傳感器接口300的2分鐘內(nèi)的感測節(jié)點165上的最大電壓改變的影響。圖10示出，如同噪聲那樣，感測節(jié)點165上的電壓中的絕對改變可以與漏電流相關。

通過包括高電壓重置開關305，二極管155和160的i-v特性在啟動階段之后不影響感測節(jié)點165上的暫態(tài)電壓。啟動之后的感測節(jié)點165電壓上的偏差可以與泄漏水平電流相關，其中感測節(jié)點165電壓改變的幅度和速率對應于泄漏的量。關于高電壓重置傳感器接口300，可以實現(xiàn)各種測試以便標識對高阻抗節(jié)點105和302的缺陷，該缺陷可能造成增加的噪聲并且最終使麥克風性能降級。