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KR20230072494A - 일렉트릿 캡슐 - Google Patents

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KR20230072494A
KR20230072494A KR1020237013590A KR20237013590A KR20230072494A KR 20230072494 A KR20230072494 A KR 20230072494A KR 1020237013590 A KR1020237013590 A KR 1020237013590A KR 20237013590 A KR20237013590 A KR 20237013590A KR 20230072494 A KR20230072494 A KR 20230072494A
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KR
South Korea
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fet
electret
capsule
biasing
fets
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020237013590A
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English (en)
Inventor
피터 프리드만
피터 스힐레베이크스
Original Assignee
프리드만 일렉트로닉스 피티와이 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2020903377A external-priority patent/AU2020903377A0/en
Application filed by 프리드만 일렉트로닉스 피티와이 리미티드 filed Critical 프리드만 일렉트로닉스 피티와이 리미티드
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Abstract

본 발명은 일반적으로 일렉트릿 캡슐 분야에 관한 것이며, 보다 상세하게는 예를 들어 콘덴서 마이크들에 사용하기 위해 일렉트릿 캡슐에 통합된 임피던스 변환기의 회로 구성에 관한 것이다. 마이크의 일렉트릿 캡슐은 저잡음 FET의 바이어싱을 용이하게 하기 위해 게이트 바이어싱 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함할 수 있다. 마이크의 일렉트릿 캡슐에 저잡음 FET를 사용하면 비용을 절감하는 동시에 자체 잡음을 낮추게 되어 유리하다.

Description

일렉트릿 캡슐
[0001] 본 발명은 일반적으로 일렉트릿 캡슐들의 분야에 관한 것이며, 보다 상세하게는 예를 들어 사전-분극된(pre-polarised) 콘덴서 마이크들에 사용하기 위해 일렉트릿 캡슐에 통합된 임피던스 변환기의 회로 구성에 관한 것이다.
[0002] 일렉트릿 캡슐들은 통상적으로 마이크 설계들 내에서 사용되고, 쉽게 이용할 수 있다. 그러나, 마이크로-전자기계 시스템(MEMS) 캡슐들의 개발과 함께, 일렉트릿 캡슐들은 인기가 떨어지기 시작했다―MEMS 캡슐들은 생산비가 더 저렴하고 이에 따라 대부분의 응용 분야들에서 일렉트릿 캡슐들을 대체하고 있다. 그러나 MEMS 캡슐들은 잡음이 더 크고 방향성 극성 응답(directional polar response)을 쉽게 사용할 수 없다. 가전 제품들에는 문제가 될 정도의 영향은 아니지만, 전문가들이 사용하는 것들과 같은 고급 마이크들의 신호 출력 품질은 눈에 띄게 저하된다.
[0003] MEMS 캡슐들의 인기가 높아지면서 저소음 고성능 일렉트릿 캡슐들을 만들기 위한 전자 구성요소들의 공급이 급격히 감소했다.
[0004] 따라서, 고급 마이크들에 사용하기에 적합하고 전통적인 종래 기술의 일렉트릿 캡슐들과 동등하거나 향상된 기능을 제공하는 일렉트릿 캡슐 회로에 대한 대안적 접근 방식이 필요하다. 본 발명은 이러한 요구를 충족한다.
[0005] 본 발명은 일반적으로 일렉트릿 캡슐들의 분야에 관한 것이며, 보다 상세하게는 예를 들어, 사전-분극된 콘덴서 마이크들에 사용하기 위해 일렉트릿 캡슐에 통합된 임피던스 변환기의 회로 구성에 관한 것이다.
[0006] 이하 상세되는 바와 같이, 일렉트릿 캡슐의 전기 회로는 하나 이상의 전계 효과 트랜지스터들(FET들), 다이오드들(예를 들어, 제너 다이오드), 저항기들, 커패시터들 및 인덕터들을 포함할 수 있다.
[0007] 일 양태에서, 본 발명은 전기 회로 내에 배열되는 하나 이상의 전계 효과 트랜지스터들(FET들), 바이어싱 다이오드들 및 바이어싱 저항기들을 포함하는, 마이크에 사용하기 위한 일렉트릿 캡슐을 제공한다.
[0008] 다른 양태에서, 전기 회로 내 바이어싱 다이오드들 및 바이어싱 저항기들의 포지셔닝은 FET 상에서 결합된 "하이브리드 바이어스"를 제공하도록 구성될 수 있다. 다이오드 바이어싱은 우수한 잡음 감소 및 신호 이득을 제공하지만 온도 안정성이 부족하고, 저항기 바이어싱은 온도 안정성을 제공하지만 잡음 감소에 대한 어떠한 개선도 제공하지 않는 반면, 하이브리드 바이어싱 구성은 두 종래 기술의 바이어싱 형태들의 시너지 조합을 제공하는 것으로 여겨진다.
[0009] 또 다른 양태에서, 일렉트릿 캡슐은 전기 회로 내에 "캡슐 FET"를 더 포함할 수 있으며, 그 포지셔닝은 FET를 바이어스하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 캡슐 FET는 바이어싱 저항기에 추가될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 캡슐 FET는 전기 회로에서 바이어싱 저항기를 대체할 수 있다.
[0010] 추가적인 양태에서, 일렉트릿 캡슐은 하나 이상의 커패시터들이 직렬을 이루는 전기 회로 내의 인덕터를 포함할 수 있다. 인덕터 및 커패시터들의 배열은 출력 신호와 관련한 회로의 잡음 감소를 용이하게 향상시킬 수 있다.
[0011] 본 발명은 다양한 변형들 및 대안적인 형태들이 가능하지만, 본 발명의 예시적인 특정 실시예들이 도면들에서 예로서 도시되어 있고, 본 명세서에 상세히 설명되어 있다. 그러나, 본 발명을 개시된 특정 실시예들로 제한하려는 의도는 없으며, 오히려 첨부된 청구항들에 의해 정의된 것과 같은 본 발명의 범위에 속하는 모든 수정들, 등가물들 및 대안예들을 포함하려는 의도가 있음을 이해해야 한다.
[0012] 실시예들은 첨부된 도면들의 도형들에 한정되지 않고 예로서 예시되어 있으며, 여기서 동일한 참조부호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
[0013] 도 1a는 일렉트릿 캡슐을 포함하는 예시적인 마이크 어셈블리의 분해도를 예시하고;
[0014] 도 1b는 도 1a의 일렉트릿 캡슐의 예시적인 연결을 예시하고;
[0015] 도 2a는 예시적인 인쇄 회로 기판(PCB)과 결합된 예시적인 일렉트릿 캡슐의 사시도를 예시하고;
[0016] 도 2b는 도 2a의 PCB로부터 분리된 일렉트릿 캡슐의 사시도를 예시하고;
[0017] 도 2c는 도 2a의 일렉트릿 캡슐의 측면도를 예시하고;
[0018] 도 2d는 도 2a의 일렉트릿 캡슐의 저면도를 예시하고;
[0019] 도 2e는 도 2a의 일렉트릿 캡슐 및 PCB의 평면도를 예시하고;
[0020] 도 3은 예시적인 일렉트릿 캡슐의 분해도를 예시하고;
[0021] 도 4는 예시적인 일렉트릿 캡슐 회로 구성을 예시하고; 그리고
[0022] 도 5는 다른 예시적인 일렉트릿 캡슐 회로 구성을 예시한다.
[0023] 본 발명은 일반적으로 일렉트릿 캡슐들의 분야에 관한 것이며, 보다 상세하게는 예를 들어, 사전-분극된 콘덴서 마이크들에 사용하기 위해 일렉트릿 캡슐에 통합된 임피던스 변환기의 회로 구성에 관한 것이다. 마이크의 일렉트릿 캡슐은 저잡음 FET의 바이어싱을 용이하게 하기 위해 게이트 바이어싱 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함할 수 있다. 유리하게는, 마이크의 일렉트릿 캡슐에 저잡음 FET를 사용하면, 낮은 자체 잡음을 달성하면서 향상된 온도 안정성을 제공한다.
[0024] 이제, 동일한 번호들이 동일한 구성요소들을 나타내는 도면들로 돌아가서, 도 1a는 예시적인 마이크 어셈블리(100)를 예시한다. 도시된 바와 같이, 마이크 어셈블리(100)는 전면 캡(102), 거친 메시(104), 미세 메시(106), 일렉트릿 콘덴서 캡슐(108), 와이어 어셈블리(110), 보호 메시(112), 본체(114), 오디오 커넥터(116) 및 후면 캡(118)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단방향성 또는 전방향성 마이크들과 같은 임의의 유형의 마이크 또는 마이크 요소가 사용될 수 있는 것으로 고려된다.
[0025] 예시된 바와 같이, 마이크(100)의 구성요소들은 본체(114) 내에서 전면 캡(102)과 후면 캡(118) 사이에 수용될 수 있다. 본체(114)는 실질적으로 관형인 것으로 도시되어 있지만, 다른 형상들도 고려된다. 도시된 바와 같이, 본체(114)는 음파들의 유입을 허용하기 위해 하나 이상의 개구들(115)을 포함할 수 있다. 본체(114) 및 전면/후면 캡들(102, 118)은 금속, 플라스틱 등과 같은 동일한 재료들 또는 상이한 재료들로 제조될 수 있다.
[0026] 전술한 바와 같이, 마이크(100)는 메시(104, 106, 112)의 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 메시 층들은 마이크(100)의 음향 임피던스 특성들을 조정하는 데 사용될 수 있으며, 이물질 및 미세 입자들의 침입을 방지할 수 있다. 사용될 수 있는 메시 재료들의 예들에는 직조 폴리에스테르 및 PVC-온-폴리에스테르 직물들과 같은 비금속(예를 들어, 비전도성) 재료들이 포함된다. 일반적으로 메시 재료는 예를 들어 90％ 이상의 소리 투명도(sound transparency)와 같은 허용 가능한 음향 성능을 나타내는 임의의 적합한 직물 재료로 형성될 수 있습니다.
[0027] 도 1a 내지 도 1b에 도시된 바와 같이, 마이크(100)는 와이어(110)를 통해 오디오 인터페이스(116)에 연결된 일렉트릿 캡슐(108)을 더 포함할 수 있다. 일렉트릿 캡슐(108)은 이하 상세되는 바와 같이, 저잡음을 달성하기 위한 전계 효과 트랜지스터들의 바이어싱 배열체를 포함할 수 있다. 와이어가 도시되어 있지만, 핀 연결 또는 단자 연결과 같은 다른 연결 유형들이 고려된다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 와이어(110)는 일렉트릿 캡슐(100)의 인쇄 회로 기판(120) 상에 납땜될 수 있다.
[0028] 오디오 커넥터(116)는 아날로그 또는 디지털 주파수들과 같은 오디오 신호들을 예를 들어, 스피커로 전송하는 것을 용이하게 할 수 있다. 일례로, 오디오 커넥터(116)는 3 개 내지 7 개의 핀들을 갖는 XLR 커넥터일 수 있다.
[0029] 도 2a 내지 도 2e는 예시적인 일렉트릿 캡슐(200)을 예시한다. 도시된 바와 같이, 일렉트릿 캡슐(200)은 하우징(202) 및 인쇄 회로 기판(PCB)(204)을 포함할 수 있다. 하우징(202)은 최상부 표면(206) 및 저부 표면(208)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, PCB(204)는 이하 상세되는 바와 같이 예를 들어, 접촉 스프링을 통해 최상부 표면(206)과 결합할 수 있다.
[0030] 일렉트릿 캡슐(200)이 특정 치수들로 제한되지는 않지만, 하우징(202)의 폭은 약 4 밀리미터 내지 약 8 밀리미터, 그리고 바람직하게는 약 5 밀리미터 내지 약 7 밀리미터 범위일 수 있다. 일 실시예에서, 하우징(202)은 폭이 약 6 과 10 분의 3 밀리미터이다. 일렉트릿 캡슐(200)의 직경은 약 4 밀리미터 내지 약 20 밀리미터, 그리고 바람직하게는 약 12 밀리미터 내지 약 16 밀리미터 범위일 수 있다. 일 실시예에서, 일렉트릿 캡슐(200)의 직경은 약 14 밀리미터이다.
[0031] 도 3은 예시적인 일렉트릿 캡슐(300)의 분해도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 일렉트릿 캡슐(300)은 백플레이트 어셈블리(302), 다이어프램 어셈블리(304) 및 하우징(306)을 포함할 수 있다. 하우징(306)은 어셈블리들(302, 304)의 구성요소들을 보유하도록 구성될 수 있다.
[0032] 백플레이트 어셈블리(302)는 지지 부재(308)를 포함할 수 있다. 지지 부재(308)는 하나 이상의 내벽들(311)에 의해 형성된 개구(310)를 포함할 수 있다. 전기 전도성 로드(312)가 개구(310) 내에 활주 가능하게 배치될 수 있다. 접촉 스프링(314)은 개구(310)의 내벽들과 맞닿은 상태로 로드(312) 주위에 배치된다. 스프링(314)은 로드와 댐핑 디스크들(316) 사이의 전기적 접촉을 용이하게 할 수 있으며, 댐핑 디스크들은 백플레이트(318)와 접촉할 수 있다. 댐핑 디스크들(316)은 부직포들 또는 발포체들과 같은 비전도성 다공성 재료로 구성될 수 있다.
[0033] 백플레이트(318)는 영구 분극 전하를 부여받는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 일렉트릿 재료로 코팅된 전도성 천공 디스크일 수 있다. 도 3에는 도시되지 않았지만, 백플레이트(318)는 스프링(314)을 통해 인쇄 회로 기판(PCB)에 전기적으로 연결될 수 있다.
[0034] 백플레이트(318)는 또한 비전도성 개스킷(322)을 통해 어셈블리(304)의 다이어프램(320)으로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 다이어프램(320)은 음파들에 반응하여 진동하도록 구성되는 가요성 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 다이어프램(320)은 메시(324)를 통과하는 음파들에 반응하게 될 진동 다이어프램을 형성하는 가요성 필름일 수 있다. 다이어프램(320)은 정전기적으로 분극되어 음파들에 반응하는 진동들로 인해 다이어프램(320)과 백플레이트(318) 사이에 교번 전위(alternating potential)가 발생하도록 할 수 있다. 또한, 백플레이트(318)는 복수의 어퍼쳐(aperture)들을 포함할 수 있으며, 이는 다이어프램(320)과 백플레이트(318) 사이의 체적 레벨에 기여한다.
[0035] 도 4 및 도 5는 전기 회로 내에 배열된 하나 이상의 전계 효과 트랜지스터들(FET들), 바이어싱 다이오드들 및 바이어싱 저항기들을 포함하는 일렉트릿 캡슐의 예시적인 회로들(400, 500)을 예시한다. 캡슐은 분극 전원을 필요로 하는 캡슐의 일종일 수 있다는 것이 추가로 고려된다.
[0036] 도 4 및 도 5에 예시된 바와 같이, 일렉트릿 캡슐은 저잡음 FET의 바이어싱을 용이하게 하기 위해 게이트 바이어싱 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함할 수 있다. 일렉트릿 캡슐에 저잡음 FET를 사용하면 자체 잡음을 낮추면서 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.
[0037] 도 4에 예시된 바와 같이, 예시적인 회로(400)는 2 개의 FET들 또는 접합 전계 효과 트랜지스터(J-FET들)(404, 406), 저항기(408) 및 인덕터(410), 3 개의 커패시터들(412, 414, 416) 및 3 개의 테스트 포인트들(418, 420, 422)을 포함할 수 있다. 각각의 FET(404, 406)는 소스, 드레인 및 게이트 전극을 포함한다.
[0038] 도 4에 도시된 바와 같이, FET들(404, 406)은 제1 FET(404)가 임피던스 변환기 저잡음 FET일 수 있고 상기 FET(406)가 게이트 바이어싱 FET일 수 있도록 바이어싱 배열에 따라 배열될 수 있다. 입력(402)은 제1 FET(404) 및 제2 FET(406)의 게이트 전극들에 제공된다. 제1 FET(404)의 소스 전극은 제2 FET(406)의 소스 전극에 연결되고 저항기(408)를 통해 접지된다. 커패시터(416)는 저항기(408)와 병렬로 바이패스 커패시터로서 구성될 수 있다.
[0039] 제1 FET(404)의 드레인 전극은 인덕터(410) 및 하나 이상의 바이패스 커패시터들(412, 414)에 의해 직렬로 접지에 연결될 수 있다. 인덕터(410) 및 커패시터들(412, 414)의 배열은 출력 신호(422)와 관련한 회로의 잡음 제거를 용이하게 향상시킬 수 있다. 제2 FET(406)는 제1 FET(404)를 바이어스하는 데 사용되므로, 제2 FET(406)의 드레인 전극은 개방된다.
[0040] 도 5에 예시된 바와 같이, 예시적인 회로(500)는 2 개의 FET들(504, 506), 2 개의 전압 기준 다이오드들(예를 들어, 제너 다이오드들)(508, 510), 2 개의 저항기들(512, 514), 3 개의 커패시터들(516, 518, 520) 및 인덕터(522)를 포함할 수 있다. 각각의 FET(504, 506)(J-FET일 수 있음)는 소스, 드레인 및 게이트 전극을 포함한다.
[0041] 도시된 바와 같이, FET들(504, 506)은 제1 FET(504)가 임피던스 변환기 저잡음 FET일 수 있고, 상기 FET(506)가 게이트 바이어싱 FET일 수 있도록 바이어싱 배열에 따라 배열될 수 있다. 입력 신호(502)는 제1 FET(504) 및 제2 FET(506)의 게이트 전극들에 제공될 수 있다.
[0042] 제1 FET(504)의 소스 전극은 제2 FET(506)의 소스 전극에 연결되고 2 개의 제너 다이오드들(508, 510)을 통해 접지되어 소스에서 양의 바이어스 전위가 설정된다. 일 실시예에서, 제너 다이오드들(508, 510)은 쇼트키 다이오드(schottky diode)일 수 있다.
[0043] 제너 다이오드들(508, 510)은 저항기(512) 및 커패시터(516)와 병렬로 연결될 수 있다. 전기 회로 내의 바이어싱 다이오드들 및 바이어싱 저항기들의 포지셔닝은 FET들(504, 506) 상에 결합된 "하이브리드 바이어스"를 제공하도록 구성될 수 있다. 저항기(512)는 1 K의 저항을 갖는 것으로 도시되지만, 이 값은 FET들(504, 506)의 특성들의 변화들을 보상하도록 변경될 수 있다.
[0044] 제1 FET(504)의 드레인 전극은 인덕터(522) 및 하나 이상의 바이패스 커패시터들(518, 522)에 의해 직렬로 접지에 연결될 수 있다. 인덕터(522) 및 커패시터들(518, 520)의 배열은 출력 신호(524)와 관련한 회로의 잡음 제거를 용이하게 향상시킬 수 있다.
[0045] 또한, 제1 FET(504)의 드레인 전극은 전류 제한 저항기로서 구성될 수 있는 저항기(514)와 직렬로 연결될 수 있다. 제2 FET(506)가 제1 FET(504)를 바이어스하기 위해 사용되기 때문에, 제2 FET(506)의 드레인 전극은 개방된다.
[0046] 도 4 및 도 5에 예시된 바와 같이, 게이트 바이어싱 FET 또는 J-FET는 저잡음 FET 또는 J-FET의 바이어싱을 용이하게 할 수 있고, 따라서 그렇지 않았으면 상기 바이어싱을 달성하기 위해 요구될 비용 및 크기 제한적 구성요소들에 대한 필요를 회피할 수 있다. 이렇게 함으로써, 일렉트릿 캡슐 마이크에서 저잡음 J-FET를 저비용으로 사용할 수 있고, 동시에 낮은 자체 잡음을 달성할 수 있다.
[0047] 본 발명의 다양한 양태들에 대한 추가적인 수정예들 및 대안적 실시예들은 본 설명의 관점에서 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 설명은 예시적인 것으로만 해석되어야 하며, 당업자들에게 본 발명을 실행하는 일반적인 방식을 교시하기 위한 것이다. 본 출원에 도시되고 설명된 본 발명의 형태들은 실시예들의 예들로서 간주되어야 한다는 것을 이해해야 한다. 구성요소들은 본 출원에 예시되고 설명된 것들로 대체될 수 있고, 부품들 및 공정들이 뒤바뀔 수 있으며, 본 발명의 이러한 설명을 접한 당업자에게 명백한 바와 같이 본 발명의 특정 특징들이 독립적으로 활용될 수 있다. 이하의 청구항들에서 설명되는 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 본 출원에 설명된 요소들에 변경들이 이루어질 수 있다.

Claims (10)

  1. 일렉트릿 캡슐로서,
    2 개 이상의 전계 효과 트랜지스터들(FET들)의 바이어싱 배열체;
    백플레이트, 음향 하우징, 음향 저항 재료들 및 접촉 스프링을 포함하는 백플레이트 어셈블리;
    개스킷을 통해 상기 백플레이트 어셈블리에 결합된 다이어프램 어셈블리; 및
    보호 메시를 포함하는 외부 하우징
    을 포함하는, 일렉트릿 캡슐.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 백플레이트는 상기 접촉 스프링을 통해 인쇄 회로 기판(PCB)에 연결되는, 일렉트릿 캡슐.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 2 개 이상의 FET들은 저잡음 FET를 바이어스하는 게이트 바이어싱 FET를 포함하는, 일렉트릿 캡슐.
  4. 제1 항에 있어서,
    PCB 핀, 와이어 리드 및 단자 중 적어도 하나인 커넥터를 더 포함하는, 일렉트릿 캡슐.
  5. 일렉트릿 캡슐 회로로서,
    각각 소스, 드레인 및 게이트를 포함하는 제1 및 제2 전계 효과 트랜지스터(FET);
    상기 제1 및 제2 FET의 바이어싱 배열체 ― 상기 제1 FET는 임피던스 변환기 저잡음 FET이고, 상기 제2 FET는 게이트 바이어싱 FET임 ―;
    상기 제1 FET의 소스에 결합된 전류 설정 요소; 및
    상기 전류 설정 요소와 병렬인 바이패스 커패시터
    를 포함하는, 일렉트릿 캡슐 회로.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 FET 및 상기 제2 FET는 접합 전계 효과 트랜지스터들(J-FET들)인, 일렉트릿 캡슐 회로.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 FET의 드레인이 개방된, 일렉트릿 캡슐 회로.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 전류 설정 요소는 저항기 및 제너 다이오드 중 적어도 하나인, 일렉트릿 캡슐 회로.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 FET의 드레인은 전류 제한 저항기에 의해 접지에 연결되는, 일렉트릿 캡슐 회로.
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 FET의 드레인은 인덕터 및 하나 이상의 바이패스 커패시터들에 의해 병렬로 접지에 연결되는, 일렉트릿 캡슐 회로.
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