感測電路、電信號(hào)換能器和電子系統(tǒng)技術(shù)方案

本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及感測電路、電信號(hào)換能器和電子系統(tǒng)，其中一種感測電路包括：跟隨器晶體管(10)，具有控制端(2a)、用于連接至負(fù)載(Z)的跟隨器端(2b)；偏置電流發(fā)生器(11)，耦合至跟隨器端(2b)；以及反饋級(jí)(13)，被配置為根據(jù)跟隨器晶體管(10)的控制端(2a)上的輸入信號(hào)(VIN)控制偏置電流發(fā)生器(11)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及感測電路、電信號(hào)換能器和電子系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
如公知的，電容式麥克風(fēng)(尤其是MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))麥克風(fēng)和ECM(駐極體電容式麥克風(fēng)))通常包括電容耦合至固定電極或板(也稱為“背板”)的可變形導(dǎo)電隔膜。隔膜和固定電極之間存在被空氣占據(jù)的空間。通常可用的電容式麥克風(fēng)利用固定電荷偏置并響應(yīng)于由壓力波限定的聲信號(hào)產(chǎn)生電信號(hào)。實(shí)際上，隔膜響應(yīng)于修改電容器的電容的聲信號(hào)而震動(dòng)，并假設(shè)存儲(chǔ)的電荷是固定的，震動(dòng)引起電容器本身的電極之間的對(duì)應(yīng)電壓變化。通過電容器上的電壓變化來限定電信號(hào)。通常用于表示電容式麥克風(fēng)的等效電路包括與電壓發(fā)生器串聯(lián)的具有可變電容的電容器。為了防止存儲(chǔ)在電容器上的電荷的擾動(dòng)，由麥克風(fēng)產(chǎn)生的電信號(hào)必須使用具有高輸入阻抗的感測電路(或“緩沖器”)來讀取，其中感測電路基于所檢測的信號(hào)利用低阻輸出來驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。感測電路一般采用源極跟隨器結(jié)構(gòu)的MOS晶體管，或者可選地AB類放大器。基于源極跟隨器的感測電路極其簡單并且存在低噪聲，但是被證明僅有效地驅(qū)動(dòng)高阻負(fù)載(例如，高于100kΩ)。實(shí)際上，這種類型的感測電路可以吸收來自負(fù)載的大電流或者為負(fù)載提供大電流，但是反而限于提供(吸收)大于跟隨器晶體管的偏置電流的電流。如果負(fù)載阻抗適度，則不要求大偏置電流來得到充分的輸出擺動(dòng)，并且在不存在信號(hào)的情況下這包括靜態(tài)消耗不可接受的增加。基于AB類放大器的感測電路通常被用于驅(qū)動(dòng)低負(fù)載，例如低于10kΩ。與源極跟隨器感測電路相比，AB類放大器能夠在需要時(shí)提供大電流，當(dāng)輸入信號(hào)較低或不存在輸入信號(hào)時(shí)保持有限的消耗等級(jí)。然而，AB類放大器比源極跟隨器電路復(fù)雜得多，并且包含多種噪聲源。此外，為了防止可能的振蕩或不穩(wěn)定性，頻繁要求精心設(shè)計(jì)的頻率補(bǔ)償。實(shí)際上，靜態(tài)損耗通常也不是如期望那么低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于提供、電信號(hào)換能器和電子系統(tǒng)，其能夠克服或者至少緩解上述限制。根據(jù)本技術(shù)，提供了一種用于檢測麥克風(fēng)生成的電信號(hào)的感測電路，包括：跟隨器晶體管(10)，具有控制端(2a)、用于耦合至負(fù)載(Z)的跟隨器端(2b)；偏置電流發(fā)生器(11)，耦合至所述跟隨器端(2b)；以及反饋級(jí)(13)，被配置為基于所述跟隨器晶體管(10)的所述控制端(2a)上的輸入信號(hào)(VIN)控制所述偏置電流發(fā)生器(11)。此外，還提供了一種用于檢測麥克風(fēng)生成的電信號(hào)的電信號(hào)換能器，包括電容式麥克風(fēng)(1)以及根據(jù)上述的耦合至所述電容式麥克風(fēng)(1)的感測電路(2)。此外，還提供了一種用于檢測麥克風(fēng)生成的電信號(hào)的電子系統(tǒng)，包括電容式麥克風(fēng)(1)、根據(jù)上述的耦合至所述電容式麥克風(fēng)(1)的感測電路(2)、以及與所述感測電路(2)協(xié)作的控制單元(105)。通過上述解決方案可以顯著降低感測電路的靜態(tài)損耗的程度。附圖說明為了更好地理解本技術(shù)，限制將參照附圖僅通過非限制實(shí)例描述其實(shí)施例，其中：圖1是用于轉(zhuǎn)換聲信號(hào)的設(shè)備的簡化框圖；圖2是根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的感測電路的更詳細(xì)的框圖；圖3是圖2的感測電路的電路圖；以及圖4是根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的結(jié)合感測電路的電子系統(tǒng)的簡化框圖。具體實(shí)施方式圖1是電容型的麥克風(fēng)1(例如MEMS麥克風(fēng))以及用于響應(yīng)于聲信號(hào)檢測由麥克風(fēng)1生成的電信號(hào)的感測電路2的示意性示圖。麥克風(fēng)1和感測電路2形成用于轉(zhuǎn)換聲信號(hào)的設(shè)備。這里通過信號(hào)發(fā)生器3和具有可變電容的電容器4的串聯(lián)來示意性表示麥克風(fēng)1。信號(hào)耦合電容器5在麥克風(fēng)1的終端1a與感測電路2的輸入端2a之間提供信號(hào)耦合。麥克風(fēng)1的終端1a和感測電路2的輸入端2a分別通過第一DC偏置級(jí)7連接至第一參考線6以及通過第二DC偏置級(jí)9連接至第二參考線8。麥克風(fēng)1在感測電路2的輸入端2a上生成輸入信號(hào)VIN(例如電壓)。參考線6提供預(yù)充電電壓VPC，用于傳送具有可變電容的電容器4上的固定工作電荷。感測電路2的低阻輸出端2b響應(yīng)于聲信號(hào)提供表示具有可變電容的電容器4上的電壓變化的輸出信號(hào)VOUT(例如電壓)。輸出端2b連接至負(fù)載Z。應(yīng)該理解，在任何情況下，耦合麥克風(fēng)1和感測電路2的方式不必須是唯一的，而是可以使用其他連接方案。圖2以簡化方式示出了根據(jù)本技術(shù)實(shí)施例的感測電路2。感測電路2包括跟隨器晶體管10、偏置電流發(fā)生器11、參考發(fā)生器級(jí)12、反饋級(jí)13和限制或鉗位級(jí)15。在一個(gè)實(shí)施例中，跟隨器晶體管10是具有源極跟隨器結(jié)構(gòu)的PMOS晶體管。實(shí)際上，跟隨器晶體管10的源極端(跟隨器終端)連接至偏置電流發(fā)生器11的第一終端，并限定感測電路2的輸出端2b。跟隨器晶體管10的漏極端連接至比較節(jié)點(diǎn)18，而柵極端限定感測電路2的輸入端2a并接收來自麥克風(fēng)1的輸入信號(hào)VIN。跟隨器 晶體管10傳導(dǎo)跟隨器電流IF。如以下詳細(xì)解釋的，偏置電流發(fā)生器11(其第二端連接至設(shè)置為電源電壓VCC的供應(yīng)線17)是受控發(fā)生器，并根據(jù)輸入信號(hào)VIN的幅度提供偏置電流IB。偏置電流發(fā)生器11被反饋級(jí)13基于比較節(jié)點(diǎn)18處的電流的平衡來控制。實(shí)際上，由跟隨器晶體管10提供的跟隨器電流IF與參考發(fā)生器級(jí)12提供的比較電流IC進(jìn)行比較，并且比較確定由反饋級(jí)13對(duì)偏置電流發(fā)生器11執(zhí)行的控制的動(dòng)作。參考發(fā)生器級(jí)12包括主參考電流發(fā)生器20、電流鏡電路21和濾波器級(jí)22。主參考電流發(fā)生器20被配置為提供主參考電流IR0。電流鏡電路21基于主參考電流IR0向比較節(jié)點(diǎn)18提供比較電流IC。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，比較電流IC是主參考電流IR0的倍數(shù)。濾波器級(jí)22與電流鏡電路21協(xié)作，用于抑制與主參考電流IR0相關(guān)聯(lián)的噪聲或干擾。如已經(jīng)提到的，反饋級(jí)13被配置為根據(jù)輸入信號(hào)VIN控制偏置電流IB。具體地，反饋級(jí)13確定當(dāng)作為輸入信號(hào)VIN的結(jié)果的感測電路2必須向負(fù)載Z提供電流時(shí)偏置電流IB的增加。限制級(jí)15連接在比較節(jié)點(diǎn)18和地線之間，并且被配置為防止比較節(jié)點(diǎn)18上的電壓超過閾值，其中超過閾值時(shí)，跟隨器晶體管10可以在線性區(qū)域中操作。圖3更詳細(xì)地示出了感測電路2。在一個(gè)實(shí)施例中，偏置電流發(fā)生器11包括PMOS類型的發(fā)生器晶體管23，其源極端連接至供應(yīng)線17，其漏極端與跟隨器晶體管10的源極端一起連接至輸出端2b。發(fā)生器晶體管23的柵極端限定偏置電流發(fā)生器11的控制端11a并連接至反饋級(jí)13的節(jié)點(diǎn)。在參考發(fā)生器級(jí)12中，電流鏡電路21包括二極管連接的晶體管25以及鏡像晶體管26、27、28(這里為NMOS類型，相應(yīng)的柵極端耦合至二極管連接的晶體管25的柵極端)。二極管連接的晶體管25與主參考電流發(fā)生器20串聯(lián)并接收主參考電流IR0。二極管連接的晶體管30(這里為PMOS型)被布置為與鏡像晶體管26串聯(lián)并且其源極端連接至參考線31(設(shè)置為輸出共模電壓VCMOUT)。鏡像晶體管26和二極管連接的晶體管30的大小被確定為用于將共同的相應(yīng)漏極端上的電壓固定在期望值。漏極端的公共節(jié)點(diǎn)8限定輸入共模電壓VCMIN，其被用作在不存在信號(hào)的情況下用于輸入端2a的參考。鏡像晶體管27和鏡像晶體管28為反饋級(jí)13提供參考電流。在一個(gè)實(shí)施例中，具體地，由鏡像晶體管27提供的第一反饋參考電流IRFB1是主參考電流IR0的復(fù)本。如下所述，鏡像晶體管28(其漏極端連接至比較節(jié)點(diǎn)18)提供高于第一反饋參考電流IRFB1的比較電流IC。反饋本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種感測電路，其特征在于，包括：跟隨器晶體管(10)，具有控制端(2a)、用于耦合至負(fù)載(Z)的跟隨器端(2b)；偏置電流發(fā)生器(11)，耦合至所述跟隨器端(2b)；以及反饋級(jí)(13)，被配置為基于所述跟隨器晶體管(10)的所述控制端(2a)上的輸入信號(hào)(VIN)控制所述偏置電流發(fā)生器(11)。

【技術(shù)特征摘要】
2014.12.16 IT TO2014A0010541.一種感測電路，其特征在于，包括：跟隨器晶體管(10)，具有控制端(2a)、用于耦合至負(fù)載(Z)的跟隨器端(2b)；偏置電流發(fā)生器(11)，耦合至所述跟隨器端(2b)；以及反饋級(jí)(13)，被配置為基于所述跟隨器晶體管(10)的所述控制端(2a)上的輸入信號(hào)(VIN)控制所述偏置電流發(fā)生器(11)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感測電路，其特征在于，所述偏置電流發(fā)生器(11)被配置為提供偏置電流(IB)，并且所述反饋級(jí)(13)被配置為基于所述輸入信號(hào)(VIN)修改所述偏置電流(IB)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的感測電路，其特征在于，包括：比較節(jié)點(diǎn)(18)，所述跟隨器晶體管(10)被配置為向所述比較節(jié)點(diǎn)(18)提供跟隨器電流(IF)；以及參考發(fā)生器級(jí)(12)，被配置為向所述比較節(jié)點(diǎn)(18)提供比較電流(IC)；所述反饋級(jí)(13)被配置為基于所述比較節(jié)點(diǎn)(18)處的電流平衡修改所述偏置電流(IB)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的感測電路，其特征在于，所述參考發(fā)生器級(jí)(12)被配置為向所述反饋級(jí)(13)提供第一反饋參考電流(IRFB1)，并且基于所述第一反饋參考電流(IRFB1)向所述比較節(jié)點(diǎn)(18)提供第二反饋參考電流(IRFB2)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的感測電路，其特征在于，所述參考發(fā)生器級(jí)(12)包括：主參考發(fā)生器(20)，被配置為提供主參考電流(IR0)；以及第一電流鏡電路(21)，耦合至所述主參考發(fā)生器(20)，用于接收所述主參考電流(IR0)并被配置為基于所述主參考電流(IR0)生成所述比較電流(IC)和所述第一反饋參考電流(IRFB1)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的感測電路，其特征在于，所述反饋級(jí) (13)包括第二電流鏡電路(35)，被配置為根據(jù)所述第一反饋參考電流(IRFB1)生成第二反饋參考電流(IRFB2)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的感測電路，其特征在于，所述第一電流鏡電路(21)包括：第一二極管連接的晶體管(25)，耦合至所述主參考發(fā)生器(20)用于接收所述主參考電流(IR0)；第一鏡像晶體管(27)，被配置為提供所述第一反饋參考電流(IRFB1)；以及第二鏡像晶體管(28)，被配置為提供所述比較電流(IC)；以及所述第二電流鏡電路(35)包括：第二二極管連接的晶體管(40)，耦合至所述第一鏡像晶體管(27)用于接收所述第一反饋參考電流(IRFB1)；第三鏡像晶體管(41)，被配置為向所述比較節(jié)點(diǎn)(...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：G·尼科利尼，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：意法半導(dǎo)體股份有限公司，
類型：新型
國別省市：意大利;IT