CN1771758A - 采用宽带止滤波器并具有增强抗静电放电性的电容式麦克风 - Google Patents
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Abstract
公开了一种采用宽带止滤波器的电容式麦克风，其对于从外部施加的静电放电具有增强的抵抗力。本发明的目的是通过包括能够有效阻断包括低频和移动通信中使用的射频在内的宽带信号的宽带止滤波器，来提供一种能够用于多波段的电容式麦克风。为此，一种电容式麦克风包括：声学模块，用于将声压转换为电信号的变化；FET，用于对从声学模块输入的电信号进行放大；以及宽带止滤波器，用于阻断从FET输出的包括低频和射频在内的宽带信号，并且通过根据射频波段选择性地连接在FET的漏极D与源极S之间的任意一个或更多个电阻器和电容器来实现。根据这种结构的电容式麦克风具有以下优点：能够去除更大范围的EM噪声、获得了优异的噪声滤波效果，以及极大增强了对于从外部施加的静电放电的抵抗力。
Description
技术领域
本发明涉及电容式麦克风，更具体地，涉及一种不仅能够抑制电磁(EM)噪声，并且能够增强对于从外部施加的静电放电(ESD)的抵抗力的电容式麦克风。
背景技术
通常，根据将机械振动转换为电信号的方法对麦克风进行如下分类：利用碳颗粒的电阻特性的碳麦克风；利用罗谢尔盐(Rochelle Salt)的压电效应的晶体麦克风；通过使其中安装有线圈的振动膜在磁场中振动而产生感应电流的移动线圈麦克风；利用当安装在磁场中的金属膜接收到声波并振动时所产生的感应电流的速度麦克风；以及利用随着由声波导致的振动膜的振动而改变的电容的电容式麦克风。
此处，电容式麦克风普遍用作小型麦克风，但是具有以下问题：必需使用DC电源向电容器施加电压。近来，为了解决这个问题，使用了驻极体电容麦克风，其使用具有半永久性电荷的驻极体，驻极体电容麦克风具有以下优点，由于无需偏置电源，所以前置放大器的结构得到简化，并且能够以低成本来提高其性能。
同时，移动终端的发送部通过天线发出瞬时功率很大的射频信号，该瞬时功率在几mW到几W的范围内。该射频信号被感应到麦克风和外部声压信号处理电路之间的线路上，然后施加给安装在麦克风内部或外部的结型场效应晶体管(以下称为“JFET”)，该结型场效应晶体管是一种场效应晶体管(以下称为“FET”)。
此时，如果施加给JFET的射频信号的功率大于预定级别，则该JFET非线性地进行工作，从而产生相对于峰值包络的噪声分量以及谐波。由于峰值包络的频带通常与声频的声压信号相重叠，所以噪声分量的信号被声压信号放大，并被输入至声压信号处理电路，由此形成了麦克风的最大噪声。
因此，为了消除这种噪声，在单模的情况下，移动终端中使用的麦克风包括陷波滤波器，以阻断预定频率范围的射频信号，其中该陷波滤波器内部使用由单片式电容器实现的LC谐振器。
同时，如图1所示，在双模移动终端中使用的传统麦克风1包括滤波器14，其使用两个片式电容器C1和C2产生两个频带的谐振。即，可以将目前广泛使用的移动通信终端分类为900MHz波段的移动用户无线电话以及1800MHz波段的个人通信系统(PCN)。因此，双模终端必须具有能够同时阻断900MHz波段和1800MHz波段的射频信号的功能。
参照图1，声学模块等价地表示为可变电容器CECM，并且与由JFET实现的FET 12的栅极G相连。由第一和第二电容器C1和C2实现的滤波器14并联连接在FET 12的漏极D和源极S之间。此处，第一电容器C1具有大约10pF的电容，并且用于去除1800MHz的频率分量，而第二电容器C2具有大约33pF的电容，并且用于去除900MHz的频率分量。
在移动终端中使用这种麦克风的情况下，FET 12的输出在经过设计有并联连接的电容器C1和C2的滤波器14之后被发送至声压信号处理电路16，并且声压信号处理电路16的输出经过射频/中频电路(RF/IF电路)18，然后通过天线发射到空中。此处，并联连接的电容器C1和C2由片式电容器C1和C2设计而成，并且电容器C1和C2中的每一个都与内部存在的相应寄生电感L一起构成LC谐振电路，由此用作陷波滤波器。
图2是表示在通过一个电容器或两个电容器实现图1所示的滤波器的几种情况下，各个滤波器的传输特性的曲线图。
在图2所示的曲线图中，水平轴表示以GHz为单位的频率，垂直轴表示衰减级别。虚线g1表示仅具有33pF的第二电容器C2的情况下的传输特性，并且示出了在大约900MHz波段处信号的迅速衰减，而实线g2表示在仅具有10pF的第一电容器C1的情况下的传输特性，并且示出了在大约1800MHz波段处信号的迅速衰减。另外，点划线g3表示在具有彼此并联连接的第一和第二电容器C1和C2的情况下的传输特性，并且示出了在大约900MHz和大约2.2GHz处信号的极大衰减。
然而，这种传统的多波带低噪声麦克风不仅存在下述问题：两个电容器之间的距离的很小变化也会影响谐振滤波器的1800MHz的中心而使其移动，而且存在另一个问题：在超射频模式下，不能有效地去除或阻断噪声。即，在使用诸如用于IMT-2000业务的新频带(例如，2000MHz波段或2400MHz波段)的新模式的情况下，由于具有限制在预定频带内的窄带阻断特性，所以传统的电路可以仅对预定频带内的电磁噪声进行衰减，而不能对预定频带以外的其他频带内产生的射频(RF)噪声和电磁噪声进行衰减。在低于1800MHz频带的模式中也会出现这种问题。
此外，为了提高移动终端的可靠性，要求该终端的各个元件都具有很强的抗静电放电性。然而，传统麦克风的问题在于，传统麦克风容易受到从外部施加的静电放电的影响。换句话说，移动终端在其麦克风接地的状态下，被施加了15kV电压的空气中的静电放电之后，或者在其与用于静电放电的节点直接接触的状态下，被施加了8kV电压的静电放电之后，必须完全没有受损的内部电路元件。然而，传统麦克风不能满足关于从外部施加的ESD的上述要求。
发明内容
因此，鉴于上述问题而提出本发明，并且本发明的一个目的是提供一种电容式麦克风，其包括能够有效阻断包括移动通信中使用的低频和射频在内的宽带信号的宽带止滤波器，由此可以用于多波段。
本发明的另一目的是提供一种电容式麦克风，其具有加宽的电磁噪声去除范围、提高的滤波阻断级别，以及增强的对于从外部施加的静电放电的抵抗能力。
根据本发明的一个方面，提供了一种电容式麦克风，其通过阻断对于移动终端的射频干扰来降低噪声，该电容式麦克风包括：声学模块，用于将声压转换为电信号的变化；放大装置，用于对从声学模块输入的电信号进行放大；以及EM噪声滤波/ESD阻断部分，用于阻断从放大装置输出的包括低频和射频在内的宽带信号，并且用于阻断从外部进入的电磁波/射频噪声以及静电放电。
该放大装置是FET，并且该EM噪声滤波/ESD阻断部分包括根据频带而选择性地连接在该FET的栅极G和源极S和/或该FET的漏极D和源极S之间的电容器和电阻器。
另外，该电容器可以根据频带在1pF到100μF的范围内变化，并且该电阻器可以根据频带在10Ω到1GΩ的范围内变化。该电阻器可以由诸如电感的磁感应元件来代替，并且可以根据频带选择性地改变串联连接或并联连接的电阻器的值。对于以下说明中的各个实施例，这些都同样适用。
附图说明
根据以下结合附图的详细说明，本发明的前述和其他目的、特征及优点将变得更加明了，附图中：
图1是传统移动终端中所使用的具有电容器阵列的多频带低噪声麦克风的示意图；
图2是表示在图1所示的滤波器的电容发生不同变化的几种情况下，各个滤波器的传输特性的曲线图；
图3是表示根据本发明第一实施例的麦克风的电路图，该麦克风具有由一个电容器和一个电阻器实现的EM噪声滤波/ESD阻断部分；
图4A至4D是电路图，分别表示根据本发明第二实施例的具有由两个电容器和一个电阻器实现的多种EM噪声滤波/ESD阻断部分之一的麦克风；
图4E是用于比较根据本发明的电容式麦克风与使用直接RF注入的传统麦克风的噪声特性的曲线图；
图5A和5B是电路图，分别表示根据本发明第三实施例的具有由两个电容器和两个电阻器实现的多种EM噪声滤波/ESD阻断部分之一的麦克风；
图6是表示根据本发明第四实施例的麦克风的电路图，该麦克风具有仅由三个电容器实现的EM噪声滤波/ESD阻断部分；以及
图7A和7B是电路图，分别表示根据本发明第五实施例的具有由三个电容器和一个电阻器实现的多种EM噪声滤波/ESD阻断部分之一的麦克风。
具体实施方式
下面将详细说明本发明的优选实施例。
首先，根据本发明的电容式麦克风包括：声学模块，其具有根据输入到其中的声信号而变化的电容；FET，用于将声学模块的变化电容转换并放大为电信号；以及EM噪声滤波/ESD阻断部分，其与FET的输出端口相连，用于去除电磁噪声(EM噪声)并且用于提供阻断静电放电的功能。为了易于理解，下面将根据以用于实现EM噪声滤波/ESD阻断部分的电阻器和电容器的数量，对实施例进行分类和描述。
实施例1
图3是表示根据本发明的麦克风的电路图，该麦克风具有由一个电容器C11和一个电阻器R11实现的EM噪声滤波/ESD阻断部分。
参照图3，声学模块36具有根据输入到其中的声信号而变化的电容，该声学模块36等价地表示为可变电容器CECM并与FET 30的栅极G相连。另外，用于去除电磁噪声以及阻断静电放电的EM噪声滤波/ESD阻断部分32并联连接在FET 30的源极S和漏极D之间。根据第一实施例，EM噪声滤波/ESD阻断部分32由电阻器R11和电容器C11构成，其中电阻器R11串联连接到FET 30的漏极D，使得电阻器R11的一端与FET 30的漏极D相连，而电容器C11连接在电阻器R11的另一端和FET 30的源极S之间。
利用这种结构，用户的声压使振动膜(未示出)振动，以改变可变电容器CECM的电容，而这种电容变化导致FET 30的栅极G处的电压变化。
FET 30包括JFET或者内置增益麦克风的放大器，由此对输入信号进行放大，该JFET具有：与可变电容器CECM相连的栅极G；与公共地相连的源极S；以及与EM噪声滤波/ESD阻断部分32相连的漏极D。这种FET30具有非常高的输入阻抗以及非常低的输出阻抗，因此其用作声学模块和电路部分的阻抗变换器匹配阻抗。
FET 30的输出在经过EM噪声滤波/ESD阻断部分32之后被输出到输出端口34a和34b。此处，EM噪声滤波/ESD阻断部分32用作宽带止滤波器，对通过用于将麦克风连接至外部设备的输出端口34a和34b进入的高频无线电信号或EM噪声进行阻断，同时用于阻断从外部施加的静电放电。即，通过输出端口34a和34b从外部施加的高压静电放电通过大电容的电容器C11释放到地，并且电阻器R11防止了静电放电直接施加在内部电路部分上。为了实现这个结果，电容器C11必须具有大电容，足够存储由高压静电放电所导致的电流，即，电容器C11必须至少为1nF。
根据第一实施例，电容器C11的电容可以根据条件从1nF到100μF选择性地变化。例如，电容器C11可以具有从以下组中选出的电容：1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF，而电阻器R11可以具有从以下组中选出的电阻：100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
在具有根据上述第一实施例构造的电路的电容式麦克风中，可以对包括低频和射频在内的宽频带上的电磁噪声进行阻断。此外，当根据第一实施例的电容式麦克风接地并且直接向输出端口施加高压静电放电时，该麦克风具有足以抵抗从外部施加的甚至高于8KV的静电放电的增强的阻断能力(抵抗力)。
实施例2
图4A至4D是电路图，分别表示根据本发明第二实施例的具有选择性地包括两个电容器C21和C22以及一个电阻器R21的多种EM噪声滤波/ESD阻断部分之一的麦克风。根据第二实施例的EM噪声滤波/ESD阻断部分32通过将电阻器R21连接在彼此相对的两个电容器C21和C22之间来形成字符“∏”的形状，或者字符“倒∏”的形状，其中，字符“倒∏”的形状是指通过颠倒字符“∏”的形状的顶部和底部而形成的形状。另外，在FET 30的栅极G与声学模块36之间选择性地添加用于对输入到FET 30中的电磁噪声进行阻断的噪声阻断电阻器R22。
根据第二实施例，图4A是表示以下情况的电路，其中EM噪声滤波/ESD阻断部分32具有字符“∏”的形状，并且FET 30的栅极G和声学模块36之间没有用于防止电磁噪声输入到FET 30的噪声阻断电阻。图4B是表示以下另一情况的另一电路，其中EM噪声滤波/ESD阻断部分32具有字符“∏”的形状，并且FET 30的栅极G和声学模块36之间连接有用于防止电磁噪声输入到FET 30的噪声阻断电阻R22。
参照图4A和4B，根据本发明第二实施例的电容式麦克风包括：声学模块36，具有根据输入到其中的声信号而变化的电容；FET 30，用于将声学模块的变化电容转换和放大为电信号；以及EM噪声滤波/ESD阻断部分32，其与FET 30的漏极D相连，用于去除电磁噪声(EM噪声)，以及用于提供阻断静电放电的功能。
声学模块36等价地表示为可变电容器CECM并与FET 30的栅极G相连。另外，用于去除电磁噪声以及阻断静电放电的EM噪声滤波/ESD阻断部分32并联连接在FET 30的源极S和漏极D之间。
该FET 30包括JFET或者内置增益麦克风的放大器，由此对输入信号进行放大，该JFET具有：与可变电容器CECM相连的栅极G；与公共地相连的源极S；以及与EM噪声滤波/ESD阻断部分32相连的漏极D。这种FET 30具有非常高的输入阻抗以及非常低的输出阻抗，因此其用作声学模块和电路部分的阻抗变换器匹配阻抗。
图4A和4B所示的根据第二实施例的EM噪声滤波/ESD阻断部分32由以下部分实现：连接在FET 30的漏极D和源极S之间的第一电容器C21；与第一电容器C21并联连接的第二电容器C22；以及串联连接在第一电容器C21的上信号线端和第二电容器C22的上信号线端之间的第一电阻器R21，由此形成字符“∏”的形状。
通过第二实施例的这种结构，声学模块36和FET 30与第一实施例的声学模块和FET相同地进行工作，因此省略对声学模块36和FET 30的详细说明，以避免重复说明，并且以下说明将围绕根据第二实施例的EM噪声滤波/ESD阻断部分32来进行。
在第二实施例中，通过第一电容器C21和第二电容器C22来执行EM噪声滤波/ESD阻断部分32的滤波操作，由此对通过输出端口34a和34b从外部输入的高频噪声或电磁噪声进行阻断。另外，第一电阻器R21不仅执行使第一电容器C21和第二电容器C22分离的退耦功能，而且执行防止静电放电直接施加给内部电路的静电放电阻断功能。第二电容器C22使通过输入端口34a和34b施加的静电放电电压旁通至地，由此防止内部元件被静电放电损坏。为了实现这种结果，第二电容器C22必须具有大电容，足够存储由高压静电放电的而导致的电流，即，第二电容器C22必须至少为1nF。
同时，在图4B中，串联连接在声学模块36和FET的栅极G之间的第二电阻器R22是噪声阻断电阻器，用于防止电磁噪声输入到FET 30中。
通过第二实施例，第一电容器C21和第二电容器C22的电容可以根据条件在10pF到100μF之间选择性地变化。例如，第一电容器C21可以是10pF或33pF，而第二电容器C22可以具有从以下组中选出的电容：1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF。另外，优选地，第一电阻器R21具有从以下组中选出的电阻：100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ，并且优选地，第二电阻器R22具有从以下组中选出的电阻：100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ以及1MΩ。
在具有根据上述第二实施例构造的电路的电容式麦克风中，可以对包括低频和射频在内的宽频带上的电磁噪声进行阻断。此外，当根据第二实施例的电容式麦克风接地并且直接向输出端口施加高压静电放电时，该麦克风具有足以抵抗从外部施加的甚至高于8KV的静电放电的增强的阻断能力(抵抗力)。
根据第二实施例，图4C是表示以下情况的另一电路，其中EM噪声滤波部分32具有字符“倒∏”的形状，并且FET 30的栅极G和声学模块36之间没有用于防止电磁噪声输入到FET 30的噪声阻断电阻。图4D是表示另一情况的另一电路，其中EM噪声滤波部分32具有字符“倒∏”的形状，并且FET 30的栅极G和声学模块36之间连接有用于防止电磁噪声输入到FET 30的噪声阻断电阻R22。
图4C和4D所示的根据第二实施例的EM噪声滤波部分32包括：连接在FET 30的漏极D和源极S之间的第一电容器C21；与第一电容器C21并联连接的第二电容器C22；以及串联连接在第一电容器C21的下接地线端和第二电容器C22的下接地线端之间的第一电阻器R21，由此形成字符“倒∏”的形状。
通过第二实施例的这种结构，声学模块36和FET 30与第一实施例的声学模块和FET相同地进行工作，因此省略对声学模块36和FET 30的详细说明，以避免重复说明，并且以下说明将围绕根据第二实施例的EM噪声滤波部分32来进行。
在第二实施例中，由第一电容器C21和第二电容器C22来执行EM噪声滤波部分32的滤波操作，由此对通过输出端口34a和34b从外部输入的高频噪声或电磁噪声进行阻断。另外，第一电阻器R21执行使第一电容器C21和第二电容器C22分离的退耦功能。为了实现这种结果，必须由具有能够有效阻断包括低频和射频在内的宽带信号的大电容的宽带止滤波器来实现第二电容器C22，即，第二电容器C22必须至少为1nF。
同时，在图4D中，串联连接在声学模块36和FET的栅极G之间的第二电阻器R22是噪声阻断电阻，用于防止电磁噪声输入到FET 30。
根据该第二实施例，第一电容器C21和第二电容器C22的电容可以根据条件在10pF到100μF选择性地变化。例如，第一电容器C21可以是10pF或33pF，而第二电容器C22可以具有从以下组中选出的电容：1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF。另外，优选地，第一电阻器R21具有从以下组中选出的电阻：100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ，并且优选地，第二电阻器R22具有从以下组中选出的电阻：100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ以及1MΩ。
在具有根据上述第二实施例构造的电路的电容式麦克风中，可以对包括低频和射频在内的宽频带上的电磁噪声进行阻断。
在根据第二实施例的电路中，在FET 30中对通过FET 30的栅极G和第二电阻器R22输入的麦克风的电信号进行放大，以具有低的噪声，该电信号的射频波段被阻断，从而去除了噪声，然后通过输出端口34a和34b将该电信号发送至移动终端的声音处理电路。
图4E是表示对传统的商用电容式麦克风和根据本发明第二实施例的电容式麦克风的RF噪声特性进行比较的结果的曲线图。
参照图4E，(a)是表示传统麦克风的滤波特性的曲线图，而(b)是表示根据本发明第二实施例的麦克风的滤波特性的曲线图。在所示曲线图中，各个水平轴都表示以MHz为单位的频率，而各个垂直轴都表示以dB为单位的衰减级别，其中较大的负(一)值表示较高的衰减级别。
在从0.125MHz到3.0GHz的频率范围内的商用电容式麦克风的直接RF注入方法中，麦克风模块的RF噪声特性(a)在900MHz(GSM)和1.8MHz(DCS)处通常表现出-40dB的RF噪声衰减级别。然而，RF噪声特性在其他频率范围内表现出比-40dB小得多的RF噪声衰减级别。上述测试中使用的测量设备上显示的垂直轴具有-40dB的最小值，因此使得所有低于-40dB的值都仅能够表示为-40dB。
另一方面，在从0.125MHz到3.0GHz的频率范围内对根据本发明第二实施例的电容式麦克风应用直接RF注入方法的情况下，麦克风模块的RF噪声特性(b)在所有频带上表现出-40dB的RF噪声衰减级别，这是可测量范围内的最小值。也就是，根据第二实施例的麦克风表现出以下结果：与商用驻极体电容式麦克风相比，其RF噪声级别提高至最大45dB或更多。
这说明根据本发明的电容式麦克风用作出色的EMI滤波器。
实施例3
图5A和5B是电路图，分别表示根据本发明第三实施例的具有包括两个电容器C31和C32以及两个电阻器R31和R32的多种EM噪声滤波/ESD阻断部分32之一的麦克风。根据第三实施例的EM噪声滤波/ESD阻断部分32通过彼此相对的两个电容器C31和C32以及分别连接在电容器C31和C32的两个相邻端部之间的两个电阻器R31和R32形成字符“#”的形状。另外，在FET 30的栅极G和声学模块36之间选择性地添加有用于防止电磁噪声输入到该FET中的噪声阻断电阻器R33。
如图5A和5B所示，根据本发明第三实施例的电容式麦克风包括连接在执行放大功能的FET 30的栅极G和源极S之间的等效电容器CECM，并且还包括连接在FET 30的漏极D和源极S之间的EM噪声滤波/ESD阻断部分32，其中等效电容器CECM表示麦克风的电容。在图5B的情况下，在声学模块36和FET 30的栅极G之间连接有第三电阻器R33。另外，根据第三实施例的EM噪声滤波/ESD阻断部分32以下述方式形成字符“#”的形状：第一电容器C31和第二电容器C32彼此并联连接，并且第一电阻器R31和第二电阻器R32分别连接在电容器C31和C32的端部之间。
参照图5A和5B，用户的声压使声音模块(未示出)的振动膜振动，以改变可变电容器CECM的电容，而这种电容变化导致FET 30的栅极G处的电压变化。
FET 30包括JFET或者内置增益麦克风的放大器，由此对输入信号进行放大，该JFET具有：与可变电容器CECM相连的栅极G；与公共地相连的源极S；以及与EM噪声滤波/ESD阻断部分32相连的漏极D。这种FET30具有非常高的输入阻抗以及非常低的输出阻抗，因此其用作声学模块和电路部分的阻抗变换器匹配阻抗。
FET 30的输出在经过EM噪声滤波/ESD阻断部分32之后被输出至输出端口34a和34b。此处，EM噪声滤波/ESD阻断部分32用作宽带止滤波器，对通过用于将麦克风连接至外部设备的输出端口34a和34b进入的高频无线电信号或EM噪声进行阻断，同时用于阻断从外部施加的静电放电。
在第三实施例中，通过第一电容器C31和第二电容器C32来执行EM噪声滤波/ESD阻断部分32的滤波操作，由此对通过输出端口34a和34b从外部输入的高频噪声或电磁噪声进行阻断。另外，第一电阻器R31和第二电阻器R32不仅执行使第一电容器C31和第二电容器C32分离的退耦功能，而且执行防止静电放电直接施加给内部电路的静电放电阻断功能。第二电容器C32使通过输出端口34a和34b施加的静电放电电压旁通至地，由此防止内部元件被静电放电损坏。为了实现这种结果，第二电容器C32必须具有大电容，足够存储由高压静电放电而导致的电流，即，第二电容器C32必须至少为1nF。
同时，在图5B中，串联连接在声学模块和FET 30的栅极G之间的第三电阻器R33是噪声阻断电阻，用于防止电磁噪声输入到FET 30。
第一电容器C31和第二电容器C32的电容可以根据条件从10pF到100μF选择性地变化。例如，第一电容器C31可以是10pF或33pF，而第二电容器C32可以具有从以下组中选出的电容：1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF。另外，优选地，第一电阻器R31和第二电阻器R32中的每一个都具有从以下组中选出的电阻：100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ，并且优选地，第三电阻器R33具有从以下组中选出的电阻：100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ以及1MΩ。
在具有根据上述第三实施例构造的电路的电容式麦克风中，可以对包括低频和射频在内的宽频带上的电磁噪声进行阻断。此外，当根据第一实施例的电容式麦克风接地并且直接向输出端口施加高压静电放电时，该麦克风具有足以抵抗从外部施加的甚至高于8KV的静电放电的增强的阻断能力(抵抗力)。
实施例4
图6是表示根据本发明第四实施例的麦克风的电路图，该麦克风具有仅由三个电容器C41到C43实现的EM噪声滤波部分。
参照图6，大部分的结构与上述实施例的相同，因此省略对其的详细说明，并且以下说明将围绕EM噪声滤波部分32来进行，其具有与上述实施例不同的结构。
根据第四实施例的EM噪声滤波部分32包括并联连接在FET 30的漏极D和源极S之间的第一电容器C41、第二电容器C42，以及第三电容器C43。
在第四实施例中，通过第一至第三电容器C41至C43来执行EM噪声滤波部分32的滤波操作，由此对通过输出端口34a和34b从外部输入的高频噪声或电磁噪声进行阻断。为了实现这种结果，必须由具有能够有效阻断包括低频和射频在内的宽带信号的大电容的宽带止滤波器来实现第三电容器C43，即，第三电容器C43必须至少为1nF。
电容器C41至C43的电容可以根据条件从10pF到100μF选择性地变化。优选地，第一电容器C41被选择为根据条件具有10pF到20pF之间的电容，第二电容器C42被选择为根据条件具有20pF到1nF之间的电容，而第三电容器C43被选择为根据条件具有1nF到100μF之间的电容。更优选地，第三电容器C43具有从以下组中选出的电容：1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF。
在具有根据上述第四实施例构造的电路的电容式麦克风中，可以对包括低频和射频在内的宽频带上的电磁噪声进行阻断。
实施例5
图7A和7B是电路图，分别表示根据本发明第五实施例的具有由三个电容器C41至C43和一个电阻器R51实现的多种EM噪声滤波/ESD阻断部分之一的麦克风。图7A表示其中EM噪声滤波/ESD阻断部分的电阻器R51与FET 30的漏极D串联连接的结构，而图7B表示其中EM噪声滤波/ESD阻断部分的电阻器R51与FET 30的源极S串联连接的结构。
参照图7A，根据本发明第五实施例的电容式麦克风包括连接在执行放大功能的FET 30的栅极G和源极S之间的等效电容器CECM。另外，根据第五实施例的电容式麦克风包括并联连接在FET 30的源极S和漏极D之间的第一电容器C41、第二电容器C42，以及第三电容器C43，并包括连接在第二电容器C42和第三电容器C43的漏极连接端之间的第一电阻器R51，由此形成EM噪声滤波/ESD阻断部分32。
另外，参照图7B，以如下方式来实现EM噪声滤波/ESD阻断部分32：第一电容器C41、第二电容器C42，以及第三电容器C43并联连接在FET 30的源极S和漏极D之间，并且第一电阻器R51连接在第二电容器C42和第三电容器C43的源极连接端之间。
在本发明的第五实施例中，将省略对与上述实施例相同的结构和操作的重复说明，并且以下说明将围绕EM噪声滤波部分32的操作来进行。
在根据本发明第五实施例的图7A所示的EM噪声滤波/ESD阻断部分32中，第一至第三电容器C41至C43执行滤波功能，阻断通过输出端口34a和34b从外部输入的高频噪声或电磁噪声，而第一电阻器R51不仅执行使第二电容器C42和第三电容器C43分离的退耦功能，而且执行防止从外部施加的静电放电直接影响内部电路的阻断功能。另外，第三电容器C43使通过输出端口34a和34b施加的静电放电电压旁通至地，由此防止内部元件被静电放电损坏。为了实现这种结果，第三电容器C43必须具有大电容，足够存储由高压静电放电而导致的电流，即，第三电容器C43必须至少为1nF。
电容器C41至C43的电容可以根据条件从10pF到100μF选择性地变化。优选地，第一电容器C41被选择为根据条件具有10pF到20pF之间的电容，第二电容器C42被选择为根据条件具有20pF到1nF之间的电容，而第三电容器C43被选择为根据条件具有1nF到100μF之间的电容。更优选地，第三电容器C43具有从以下组中选出的电容：1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF。另外，优选地，第一电阻器R51具有从以下组中选出的电阻：100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
在具有根据上述第五实施例构造的电路的电容式麦克风中，可以对包括低频和射频在内的宽频带上的电磁噪声进行阻断。此外，当根据第一实施例的电容式麦克风接地并且直接向输出端口施加高压静电放电时，该麦克风具有足以抵抗从外部施加的甚至高于8KV的静电放电的增强的阻断能力(抵抗力)。
在图7B所示的根据本发明第五实施例的EM噪声滤波部分32中，第一至第三电容器C41至C43执行滤波功能，阻断通过输出端口34a和34b从外部输入的高频噪声或电磁噪声，而第一电阻器R51执行使第二电容器C42和第三电容器C43分离的退耦功能。为了实现这种结果，必须由具有能够有效阻断包括低频和射频在内的宽带信号的大电容的宽带止滤波器来实现第三电容器C43，即，第三电容器C43必须至少为1nF。
电容器C41、C42和C43的电容可以根据条件从10pF到100μF选择性地变化。优选地，第一电容器C41被选择为根据条件具有10pF到20pF之间的电容，第二电容器C42被选择为根据条件具有20pF到1nF之间的电容，而第三电容器C43被选择为根据条件具有1nF到100μF之间的电容。更优选地，第三电容器C43具有从以下组中选出的电容：1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF。另外，优选地，第一电阻器R51具有从以下组中选出的电阻：100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
在具有根据上述第五实施例构造的电路的电容式麦克风中，可以对包括低频和射频在内的宽频带上的电磁噪声进行阻断。
实施例6
同时，可以将上述第一至第五实施例应用于多种电路，用于去除包括下一代移动通信系统(IMT2000)在内的1.8GHz或更高频带中产生的噪声。即，用于去除1.8GHz或更高频带中产生的噪声的电路具有与上述用于去除与900MHz和1.8GHz的频带相对应的噪声的电路相同的结构，其不同特征仅在于，用于执行滤波功能的电容器C1和C2是通过具有1pF到100μF之间的电容的电容器来实现的。具有1pF到100μF之间的电容的电容器可以对5KHz到6GHz的电磁噪声进行滤波。
例如，在将如图7A所示的使用三个电容器和一个电阻器的EM噪声滤波/ESD阻断部分32应用于用来去除1.8GHz或更高的噪声的电路的情况下，可以根据条件将用于执行滤波功能的第一至第三电容器C41、C42和C43选择为具有1pF到100μF之间的电容。例如，根据条件将第一电容器C41选择为具有1pF到5pF之间的电容，优选为4.7pF，根据条件将第二电容器C42选择为具有5pF到1nF之间的电容，优选为5.6pF，根据条件将第三电容器C43选择为具有1nF到100μF之间的电容，优选为从以下组中选出的电容：1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF，并且，优选地，第一电阻器R51具有从以下组中选出的电阻：100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
在上述示例中，电容器C41、C42和C43以及电阻器R51构成了宽带止滤波器，同时用于提高对于静电放电的抵抗力。通过输出端口从外部施加的高压静电放电通过具有最大电容的第三电容器C43放电至接地端口34b，并且第一电阻器R51防止静电放电直接施加给内部电路部分。为了实现这种结果，第三电容器C43必须具有大电容，足够存储由高压静电放电导致的电流，即，第三电容器C43必须至少为1nF。
在具有根据上述示例构造的电路的电容式麦克风中，可以减少包括低频和射频在内的宽频带上的电磁噪声。此外，根据本发明的电容式麦克风具有在该麦克风接地并且高压静电放电直接施加给输出端口时足以抵抗从外部施加的甚至高于8KV的静电放电的增强的抵抗力。
在第六实施例中，在FET 30中对通过FET 30的栅极G输入的麦克风的电信号进行放大，以具有低噪声，然后通过输出端口34a和34b将其发送至移动终端的声音处理电路，并由阻断射频波段的信号的宽带止滤波器来去除噪声，其中宽带止滤波器由第一电容器C41、第二电容器C42、第三电容器C43，以及第一电阻器R51来实现。
工业适用性
从上文可以看出，根据本发明的电容式麦克风具有更多的优点，其能够：去除电磁噪声；利用仅包括电容器和电阻器的电路在包括低频和射频在内的宽频带内获得优异的电磁噪声滤波效果；以及极大地增强了对于从外部施加的静电放电的阻断能力(抵抗力)。
尽管结合目前认为最实用和优选的实施例对本发明进行了描述，但是应该理解，本发明并不限于所公开的实施例和附图，相反，本发明旨在涵盖落入所附权利要求的精神和范围内的各种修改和变化。
Claims (22)
1、一种电容式麦克风，其采用针对低频和射频的宽带信号的宽带止滤波器，该电容式麦克风对于从外部施加的静电放电具有增强的抵抗力，并且防止射频干扰以降低噪声，该电容式麦克风包括：
声学模块(36)，用于将声压转换为电信号的变化；
放大装置，用于对从所述声学模块(36)输入的电信号进行放大；以及
EM噪声滤波/ESD阻断部分(32)，用于阻断从所述放大装置输出的具有低频和射频的宽带信号，阻断导入的电磁波、无线电波噪声以及静电放电，该EM噪声滤波/ESD阻断部分包括设置在所述放大装置的输入端口与所述声学模块(36)之间和/或设置在所述放大装置的输出端口与地之间的电阻器和电容器之一或者其组合，所述电阻器和电容器彼此并联或串联连接。
2、根据权利要求1所述的电容式麦克风，其中所述电容器和所述电阻器分别具有1pF到100μF之间的电容以及10Ω到1GΩ之间的电阻，可以根据频带对它们中的每一个选择性地进行调整。
3、根据权利要求1所述的电容式麦克风，其中所述EM噪声滤波/ESD阻断部分(32)包括：
电阻器(R11)，其串联连接在所述放大装置的输出端口与信号输出端口(34a)之间；以及
电容器(C11)，其连接在所述电阻器(R11)的一个端部与地(GND)之间。
4、根据权利要求3所述的电容式麦克风，其中
所述电容器(C11)具有从以下组中选出的电容：1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF；并且
所述电阻器(R11)具有从以下组中选出的电阻：100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
5、根据权利要求1所述的电容式麦克风，其中所述EM噪声滤波/ESD阻断部分(32)包括：
第一电容器(C21)，其并联连接在所述放大装置的输出端口与接地端口之间，以用作滤波器；
第二电容器(C22)，其与所述第一电容器(C21)并联连接，以执行EM噪声滤波和ESD阻断功能；以及
第一电阻器(R21)，其串联连接在所述第一电容器(C21)的输出端口与所述第二电容器(C22)的输出端口之间，以执行退耦功能，从而所述EM噪声滤波/ESD阻断部分具有字符“∏”的形状。
6、根据权利要求5所述的电容式麦克风，其中
所述第一电容器(C21)具有10pF或33pF的电容；
所述第二电容器(C22)具有从以下组中选出的电容：1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF；并且
所述第一电阻器(R21)具有从以下组中选出的电阻：100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
7、根据权利要求1所述的电容式麦克风，其中所述EM噪声滤波/ESD阻断部分(32)包括：
第一电容器(C21)，其并联连接在所述放大装置的输出端口与接地端口之间，以用作滤波器；
第二电容器(C22)，其与所述第一电容器(C21)并联连接，以执行EM噪声滤波功能；以及
第一电阻器(R21)，其串联连接在所述第一电容器(C21)的接地端口(GND)与所述第二电容器(C22)的接地端口(GND)之间，以执行退耦功能，从而所述EM噪声滤波/ESD阻断部分具有字符“倒∏”的形状。
8、根据权利要求7所述的电容式麦克风，其中
所述第一电容器(C21)具有10pF或33pF的电容；
所述第二电容器(C22)具有从以下组中选出的电容：1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF；并且
所述第一电阻器(R21)具有从以下组中选出的电阻：100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
9、根据权利要求5或7所述的电容式麦克风，还包括所述声学模块(36)与所述放大装置的输入端口之间的噪声阻断电阻器(R22)，以阻断电磁噪声的输入。
10、根据权利要求9所述的电容式麦克风，其中所述噪声阻断电阻器具有从以下组中选出的电阻：100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ以及1MΩ。
11、根据权利要求1所述的电容式麦克风，其中所述EM噪声滤波/ESD阻断部分(32)包括：
第一电容器(C31)和第二电容器(C32)，其并联连接在所述放大装置的输出端口与接地端口之间；以及
第一电阻器(R31)和第二电阻器(R32)，其分别连接在两个电容器(C31)和(C32)的相邻端部之间，从而所述EM噪声滤波/ESD阻断部分具有字符“#”的形状，其中
所述第一电容器(C31)执行滤波功能，与所述第一电容器(C31)相对的所述第二电容器(C32)执行EM噪声滤波和静电放电阻断功能，而所述电阻器(R31)和(R32)执行退耦功能和静电放电阻断功能。
12、根据权利要求11所述的电容式麦克风，其中
所述第一电容器(C31)具有10pF或33pF的电容；
所述第二电容器C32具有从以下组中选出的电容：1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF；并且
所述第一电阻器(R31)和第二电阻器(R32)中的每一个都具有从以下组中选出的电阻：100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
13、根据权利要求11所述的电容式麦克风，还包括所述声学模块(36)与所述放大装置的输入端口之间的噪声阻断电阻器(R33)，以阻断电磁噪声的输入。
14、根据权利要求13所述的电容式麦克风，其中所述噪声阻断电阻器(R33)具有从以下组中选出的电阻：100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ以及1MΩ。
15、根据权利要求1所述的电容式麦克风，其中所述EM噪声滤波部分(32)包括彼此并联连接在接地端口与所述放大器的输出端口之间的第一电容器(C41)、第二电容器(C42)，以及第三电容器(C43)。
16、根据权利要求15所述的电容式麦克风，其中
可以对所述第一电容器(C41)选择性地进行调节，使其具有10pF到20pF之间的电容；
可以对所述第二电容器(C42)选择性地进行调节，使其具有20pF到1nF之间的电容；并且
可以对所述第三电容器(C43)选择性地进行调节，使其具有1nF到100，之间的电容。
17、根据权利要求15所述的电容式麦克风，其中，在所述EM噪声滤波/ESD阻断部分(32)中，在所述第二电容器(C42)的信号输出端与所述第三电容器(C43)的信号输出端之间还串联连接有电阻器(R51)。
18、根据权利要求17所述的电容式麦克风，其中
对所述第一电容器(C41)选择性地进行调节，使其具有10pF到20pF之间的电容；
对所述第二电容器(C42)选择性地进行调节，使其具有20pF到1nF之间的电容；
所述第三电容器(C43)具有从以下组中选出的电容：1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF；并且
所述电阻器(R51)具有从以下组中选出的电阻：100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
19、根据权利要求15所述的电容式麦克风，其中，在所述EM噪声滤波部分(32)中，在所述第二电容器(C42)的接地端与所述第三电容器(C43)的接地端之间还串联连接有电阻器(R51)。
20、根据权利要求19所述的电容式麦克风，其中
对所述第一电容器(C41)选择性地进行调节，使其具有10pF到20pF之间的电容；
对所述第二电容器(C42)选择性地进行调节，使其具有20pF到1nF之间的电容；
所述第三电容器(C43)具有从以下组中选出的电容：1nF、1.5nF、2.2nF、3.3nF、4.7nF、6.8nF、10nF、15nF、22nF、33nF、47nF、68nF和100nF；并且
所述电阻器(R51)具有从以下组中选出的电阻：100Ω、220Ω、330Ω、430Ω、620Ω、680Ω、820Ω和1KΩ。
21、根据权利要求1或2所述的电容式麦克风，其中，所述电容器是温度补偿电容器或者高介电常数电容器。
22、根据权利要求1所述的电容式麦克风，其中，所述放大装置是内置增益麦克风中使用的放大器以及场效应晶体管之一。
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