电荷泵电路及MEMS麦克风系统的制作方法

专利2026-01-31  8


本发明涉及半导体集成电路,特别是涉及一种电荷泵电路及mems麦克风系统。


背景技术:

1、mems(micro-electro-mechanical system,微机电系统,也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等,指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置)麦克风是由mems微电容传感器、微集成转换电路(asic,application specific integrated circuit)、声腔及rf(radio frequency,射频)抗噪电路组成。mems微电容极头部分包含接收声音的硅振膜和硅背极,硅振膜可直接将接收到的音频信号经mems微电容传感器传输给微集成电路,微集成转换电路可将高阻的音频电信号转换并放大成低阻的音频电信号,同时经rf抗噪声电路滤波,完成“声—电”转换。

2、mems麦克风需要asic提供外部偏置电压,目前在mems麦克风产品中,由于mems微电容极头的参数值在一个范围里分布,要提高mems麦克风产品的良率就需要针对每一个mems麦克风产品,修调其相应的asic电参数,其中电荷泵偏置电压就是asic电路中最重要的一个电学参数。传统的电荷泵电路结构,其修调时的最小电压步进就是基准电压的值(通常为1.25v),无法实现更小的步进值;同时由于其采用的修调的方法,需要的工艺平台为高压cmos工艺,工艺成本较高。

3、因此,如何解决现有电荷泵电路修调时步进值无法调节、工艺成本高等问题,已经成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

4、应该注意,上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明,并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种电荷泵电路及mems麦克风系统,用于解决现有技术中电荷泵电路修调时步进值无法调节、工艺成本高的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种电荷泵电路,所述电荷泵电路至少包括:

3、参考电压产生模块、选择模块、非交叠时钟产生模块及偏置电压产生模块;

4、所述参考电压产生模块接收基准电压,并基于所述基准电压产生至少两个参考电压;

5、所述选择模块连接于所述参考电压产生模块的输出端,将所述参考电压择一输出;

6、所述非交叠时钟产生模块的电源端连接所述选择模块的输出端,输入端接收工作时钟信号,产生第一时钟信号及第二时钟信号;其中,所述第一时钟信号与所述第二时钟信号非交叠;

7、所述偏置电压产生模块连接于所述非交叠时钟产生模块的输出端,在所述第一时钟信号及所述第二时钟信号的控制下产生电荷泵偏置电压。

8、可选地,所述参考电压产生模块包括缓冲驱动单元及电阻串;

9、所述缓冲驱动单元接收所述基准电压,并将所述基准电压缓冲输出;

10、所述电阻串的一端连接所述缓冲驱动单元的输出端,另一端接地,通过电阻分压产生各参考电压。

11、更可选地,所述缓冲驱动单元为运算放大器;所述运算放大器的正相输入端连接所述基准电压,反相输入端与输出端相连。

12、更可选地,所述电阻串中各电阻的阻值相等。

13、更可选地,所述电阻串中各电阻为可调电阻。

14、可选地,所述选择模块包括译码单元及传输单元;

15、所述译码单元的输入端连接选择信号,输出端产生传输控制信号;

16、所述传输单元的输入端分别连接各参考电压,控制端连接所述译码单元的输出端,基于所述传输控制信号将各参考电压中的一个输出。

17、可选地,所述偏置电压产生模块包括依次级联的n级电荷泵单元;

18、各级电荷泵单元均包括电荷泵结构、第一电容及第二电容;所述第一电容的第一端连接所述第一时钟信号,第二端连接对应电荷泵结构的第一开关节点;所述第二电容的第一端连接所述第二时钟信号,第二端连接对应电荷泵结构的第二开关节点;第一级电荷泵结构的输入端接地,其他级电荷泵结构的输入端连接前级电荷泵结构的输出端,最后一级电荷泵结构输出所述电荷泵偏置电压。

19、可选地,所述电荷泵结构包括:第一nmos管、第二nmos管、第一pmos管、第二pmos管及第三电容;

20、所述第一nmos管与所述第二nmos管的源极作为所述电荷泵结构的输入端,所述第一nmos管的栅极连接所述第二nmos管及所述第二pmos管的漏极,所述第二nmos管的栅极连接所述第一nmos管及所述第一pmos管的漏极,所述第一pmos管的栅极连接所述第一nmos管的栅极,所述第二pmos管的栅极连接所述第二nmos管的栅极,所述第一pmos管与所述第二pmos管的源极作为所述电荷泵结构的输出端;所述第三电容的第一端连接所述电荷泵结构的输出端,第二端接地;

21、其中,所述第一nmos管与所述第一pmos管的漏极作为第一开关节点,所述第二nmos管与所述第二pmos管的漏极作为第二开关节点。

22、可选地,所述偏置电压产生模块还包括第四电容;所述第四电容的一端连接末级电荷泵单元的输出端,第二端接地。

23、为实现上述目的及其他相关目的,本发明还提供一种mems麦克风系统,所述mems麦克风系统至少包括:

24、单片机及mems麦克风;

25、所述单片机用于产生所述mems麦克风的控制信号;

26、所述mems麦克风的输入输出端连接所述单片机,包括mems微电容传感器、微集成转换电路及声腔,用于将音频信号转换为电信号;其中,所述微集成转换电路至少包括上述电荷泵电路。

27、如上所述,本发明的电荷泵电路及mems麦克风系统,具有以下有益效果:

28、1、本发明的电荷泵电路及mems麦克风系统通过对基准电压进行分压得到修调步进电压,该电压小于基准电压,使得修调精度提高;且该电压可根据需要调整,结构简单,灵活性大。

29、2、本发明的电荷泵电路及mems麦克风系统无需使用高压cmos器件,在低压cos工艺平台上即可实现,减少芯片的流片成本。



技术特征:

1.一种电荷泵电路,其特征在于,所述电荷泵电路至少包括:

2.根据权利要求1所述的电荷泵电路,其特征在于:所述参考电压产生模块包括缓冲驱动单元及电阻串;

3.根据权利要求2所述的电荷泵电路,其特征在于:所述缓冲驱动单元为运算放大器;所述运算放大器的正相输入端连接所述基准电压,反相输入端与输出端相连。

4.根据权利要求2所述的电荷泵电路,其特征在于:所述电阻串中各电阻的阻值相等。

5.根据权利要求2所述的电荷泵电路,其特征在于:所述电阻串中各电阻为可调电阻。

6.根据权利要求1所述的电荷泵电路,其特征在于:所述选择模块包括译码单元及传输单元;

7.根据权利要求1所述的电荷泵电路,其特征在于:所述偏置电压产生模块包括依次级联的n级电荷泵单元;

8.根据权利要求7所述的电荷泵电路,其特征在于:所述电荷泵结构包括:第一nmos管、第二nmos管、第一pmos管、第二pmos管及第三电容;

9.根据权利要求7或8所述的电荷泵电路,其特征在于:所述偏置电压产生模块还包括第四电容;所述第四电容的一端连接末级电荷泵单元的输出端,第二端接地。

10.一种mems麦克风系统,其特征在于,所述mems麦克风系统包括:


技术总结
本发明提供一种电荷泵电路及MEMS麦克风系统,电荷泵电路包括:参考电压产生模块,基于基准电压产生至少两个参考电压;选择模块,将参考电压择一输出;非交叠时钟产生模块,电源端连接选择模块的输出端,输入端接收工作时钟信号,产生非交叠的第一时钟信号及第二时钟信号;偏置电压产生模块,在第一时钟信号及第二时钟信号的控制下产生电荷泵偏置电压。本发明通过对基准电压进行分压得到修调步进电压,该电压小于基准电压,使得修调精度提高,且该电压可根据需要调整,结构简单,灵活性大。本发明无需使用高压CMOS器件,在低压COS工艺平台上即可实现,减少芯片的流片成本。

技术研发人员:赵新毅
受保护的技术使用者:瑶芯微电子科技(上海)有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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