专利名称：音频处理方法以及系统的制作方法
技术领域：
本发明主要关于一种麦克风，特别是有关于一种消除电,兹波干扰的音频 处理方法以及系统。
背景技术：
驻才及体电容麦克风(electret condenser microphone, ECM)因其具有成本^[氐 及尺寸小的特性，成为极受欢迎的消费性电子产品。图l显示一种驻极体电 容麦克风的爆炸图(explosion view)。驻极体电容麦克风100包括金属外壳 (metal cabinet) 102、振膜(diaphragm) 104、背板(backplate) 106、麦克风集成电
顶部具有一个音孔(soimd hole)112，因此声音信号(sound signal)可透过音孔 112来传播。接收到的声音信号将会振动振膜104并改变振膜104与背板106 间的距离，以转换接收到的声音信号为电压信号。麦克风集成电路108包括 前置放大器(preamplifier)，用以接收及放大转换后的电压信号。PCB110用来 支撑麦克风集成电路108并提供机械保护(mechanicalprotection)的机制。
发明内容
以下为申请的本发明的某些方面的相称的范围。这些方面仅为读者提供 本发明可能采取的某种形式的简要介绍，且这些方面并不限制本发明的范围。 事实上，本发明可能包括各种方面，但这各种方面将不会列于下文。
本发明提供一种音频处理系统。音频处理系统包括转换器，增益级，电 容网络，以及前置放大器。转换器用以将声音信号转换为电压信号。增益级 包括输出端以及耦接至转换器的输入端。电容网络耦接于增益级的输出端以 及转换器之间，用以提供等效电容。前置放大器耦接于转换器，用以放大电 压信号。
另外，本发明提供一种音频处理方法。首先，接收声音信号，并转换声 音信号为第一电压信号。接下来，提供前置放大器以放大第一电压信号。最
4后，提供负电容以在放大第一电压之前减少前置放大器的输入节点的寄生电容。
图l显示一种驻才及体电容麦克风的爆炸图2是显示根据本发明实施例所述的驻极体电容麦克风；
图3至图5显示图2的电容降低电路204的不同实施例；
图6是显示使用于麦克风的音频处理方法的实施例。
主要组件符号说明
100 ~驻极体电容麦克风；
102-金属外壳；
104~振膜；
106~背板；
108~麦克风集成电^^;
110-印刷电路板、PCB;
112-音孔；
200 ~麦克风；
202~转换器；
204-电容降低电路；
206-前置放大器；
208 ~电压源；
212 ~电容网纟各；
214~增益级；
216、 218~二极管；
220-结型场效晶体管；
224-负载电阻；
210、 222、 302、 402、 404、杨~电容；
304、 502 运算放大器；
306、 308、 504、 508、 510、 512—电阻；
222 寄生电容；
408、 410、 412、 514、 516~开关；
5506-电阻网l各； VDD-供应电源； V。ut 输出端； Vs ~电压； x-距离。
具体实施例方式
本发明的一个或多个具体实施例将介绍如下。为提供简明的描述这些实 施例，本说明书并无将所有实际执行的特征描述如下。任何实际执行发展的 情况(如在任何工程或设计项目)，必须执行许多特定应用决定以实现开发者的 特定目标(如遵守有关系统和与有关业务的限制)，上述特定应用决定依照不同 的实施将会有所不同。此外，这样的努力发展将是复杂与耗时的，但熟悉此 技艺的人士仍可利用本发明进行设计、组成与制造。
以下的详细说明将伴随所附的图式的组成部分，以显示具体实施例表示 的方法。熟悉此冲支艺的人士可利用这些实施例或其它实施例所描述的细节及 其它可以利用的结构，逻辑和电性变化，在没有离开本发明的精神与范围之 下以实践发明。
实施例
图2是显示根据本发明实施例所述的驻极体电容麦克风。麦克风200为 驻极体电容麦克风的等效模块，包括转换器(transducer) 202、电容降低电路 204以及前置放大器206。转换器202为振膜(例如图1的标号以及背 板(例如图1的标号106)的等效模块，包括电压源208以及电容210。振膜 以及背板共同形成电容210。振膜以及背板之间的电容值根据所接收的声音 信号而改变。振膜以及背板皆涂布电荷储存层(或称为驻体层)。电荷储存层 由例如200V的电压所提供的电场预先极化。因此，内部电压为200V。
由于驻体层不具任何漏电(leakage)路径，因此预先充电于驻体层的电荷 数在操作期间皆保持相同。当振膜移动距离x(x为相对于平衡点的偏移量)时， 电容的跨压及电容的电容值分别为V(x)及C(x)，其方程式如下所示
g = CO = 0). F(x = 0) = C") F(x)其中参数￡。为介质常数=8.85乂 l(T14 ,参数A为电容面积(或者是等效的 振膜面积)，参数Xo为于平衡点(如无声音输入)上，振膜与背板间的间距 (spacing),而距离x为由平衡点的额外偏移移动量。因此，横跨电容的电压 与输入声级(sound level)成比例。再者，声压(sound pressure)可转换为損^,于 电容的电压信号，而近代的驻极体电容麦克风的电容210的电容值大约为 5pF 10pF。
电容降低电路204包括电容网络212以及增益级214。增益级214包括 输出端以及耦接于转换器202的输入端。电容网络212耦接于增益级214的 输出端以及转换器202之间，用以提供等效电容。前置放大器206耦接于增 益级214，用以放大由声音信号所转换的电压信号。前置放大器206可包括 一对二极管216与218以及结型场效晶体管(Junction Field Effect Transistor, JFET)220。 二极管216与218以反相并联方式(例如一者为顺向偏压而另一 者为反向偏压)耦接于转换器202与接地点的之间，用以提供静电放电的电 流路径。二极管216与218的尺寸必须大到足以释放可能损坏麦克风200的 静电电流，然而，二极管216与218同时产生了大寄生电容。结型场效晶体 管220是i殳计为不具寄生效应的纯粹结型场效晶体管，具有耦接至转换器202 的栅极、耦接至接地点的源极、耦接至输出端V。w的漏极以及耦接至供应电 源VDD的负载电阻224。结型场效晶体管220是偏压为共源极结构，可得其 漏极的增益为A肌产Gm.R^其中参数Gm代表结型场效晶体管220的跨导 (trans-conductance ),而参数RL代表结型场效晶体管220的负载电阻224的 阻抗。电容222代表二极管216与218以及结型场效晶体管220所造成的整 体寄生电容，而增益级214以及电容网络212共同形成负电容以减少寄生电 容。负电容可由增益级214以及电容网络212的等效电容控制，而详细控制 方法于后文描述。
由基尔霍夫电流守恒定律(Kirchhoff current conservation law)可知，对
于任何节点而言，总网络输入电流为零，因此对于前置放大器206的输入节 点，其网络电流为sC,(K - 。 + sC2(0- K) + ^3(72 -K) = 0 ,其中参数Vs为转换
自声音信号的电压，参数V1为前置放大器206的输入节点的电压，参数V2 为增益级214的输出端的电压，参数C1为电容210的电容值，参数C2为寄 生电容222的电容值，而参数C3为电容网络212的等效电容值。 假设增益级214的增益为G,则《(k、d + (2(-。 + (3- &) = 0 ，且 k=-^-k'。
显然地，若未使用电容降低电路204,电压Vs于前置放大器206的输入 节点将会衰减(例如(l-G).C3-0 )。在特定的状况中，若使用电容降低电路204， 当选择增益G为2且等效电容C3选择与寄生电容C2相同时，电压VI将维 持在Vs的电压值，避免电压Vs受到寄生电容的影响。
图3至图5显示图2的电容降低电路204的不同的实施例。图3至图5 所显示的转换器与前置放大器具有与图2的转换器与前置放大器相同的结 构，因此不予赘述以精简说明。图3中，电容网络212可包括电容302，而 增益级214可包括运算放大器304以及电阻306与308。运算放大器304包 括反相输入端、耦接至转换器202的非反相输入端、以及耦接至电容302的 输出端。在此实施例中，增益级214的增益为(l+Rl/R2)，其中R1与R2分 别为电阻306与308的阻抗，而负电阻可借由改变电容302的电容值或电阻 306与308的阻抗比例而调整。在特定情况中，电容302的电容值可选择为 寄生电容222的电容值，而电阻308的阻抗可选择为电阻306的阻抗值以确 保电压Vs不会因为寄生电容222而在前置放大器206的输入节点衰减。图4 中，电容网络212可包括电容402、 404、 406以及开关408、 410、 412。各 电容402、 404、 406皆包括耦接至转换器202的第一端子。各开关408、 410、 412分别耦接至所对应的电容402 ， 404或406的第二端子以及增益级214的 输出端之间。开关408、 410、 412用以调整电容网络212的等效电容。例如， 当开关408、 410、 412皆导通时，等效电容将大于开关408、 410、 412皆导 通而开关412不导通的情况。必须注意的是，电容以及开关的数目并不受限 于图4所示的范例，其它电容网络的结构也可实施而不违背本发明的精神。 图5中，增益级214可包括运算放大器502,电阻504与508，以及电阻网络 506。运算放大器502包括反相输入端、耦接至转换器202的非反相输入端、 以及耦接至电容网络212的输出端。电阻504耦接于运算放大器502的输出 端以及反相输入端之间，电阻网络506耦接至运算放大器502的反相输入端， 而电阻508耦接于电阻网络506以及接地点之间。电阻网络506可包括电阻 510与512以及开关514与516。电阻510与512串接于运算放大器502的反 相输入端以及电阻508之间，而开关514与516分别与电阻510以及512并联。开关5"与516用来调整电阻网络506的等效阻抗。例如，当开关514 与516皆不导通时，等效阻抗将大于开关514导通而开关516不导通的情况。 调整电阻网络506的等效阻抗可改变增益级214的增益，必须注意的是，电 阻以及开关的数目并不受限于图5所示的范例，其它电阻网络的结构也可实 施而不违背本发明的精神。
图6是显示使用于麦克风的音频处理方法的实施例。首先，接收声音信 号(步骤S602)。接下来，转换声音信号为第一电压信号(步骤S604)。接下 来，提供前置放大器以放大第一电压信号(步骤S606)。最后，提供负电容 以在放大第一电压之前减少前置放大器的输入节点的寄生电容(步骤S608 )。 在实施例中，负电容可由电容网络提供，电容网络包括耦接至前置放大器的 第一端子以及接收大于第一电压信号的第二电压信号的第二端子，而借由调 整电容网络的等效电容可调整负电容的值。在其它实施例中，第二电压信号 可借由以大于一的增益放大第一电压信号而产生，而借由调整增益可调整负 电容的值。在另一实施例中，负电容的值可借由同时调整电容网络的等效电 容以及增益而决定，而等效电容可选择为寄生电容值而增益可选择为2以完 全消除寄生电容。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任 何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与 润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定者为准。
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权利要求
1.一种音频处理系统，包括转换器，用以将声音信号转换为电压信号；增益级，包括输出端以及耦接至上述转换器的输入端；电容网络，耦接于上述增益级的上述输出端以及上述转换器之间，用以提供等效电容；以及前置放大器，耦接于上述转换器，用以放大上述电压信号。
2. 如权利要求1所述的音频处理系统，其中上述前置放大器更包括以反 向方式连接的一对二极管，耦接于上述转换器以及接地点之间，用以提供静 电放电的电流^各径。
3. 如权利要求1所述的音频处理系统，其中上述前置放大器引起寄生电 容，而上述增益级以及上述电容网络共同形成负电容以减少上述寄生电容。
4. 如权利要求3所述的音频处理系统，其中上述负电容是根据上述电容 网络的等效电容以及上述增益级的增益所决定。
5. 如权利要求1所述的音频处理系统，其中上述增益级更包括 运算放大器，包括反相输入端、耦接于上述转换器的非反相输入端、以及耦接于上述电容网络的输出端；第一电阻，耦接于上述运算放大器的上述输出端以及上述反相输入端之 间；以及第二电阻，耦接于上述反相输入端以及接地点之间。
6. 如权利要求1所述的音频处理系统，其中上述电容网络包括电容。
7. 如权利要求1所述的音频处理系统，其中上述电容网络包括 复数电容，各上述电容包括耦接至上述转换器的第一端子以及第二端子；以及复数开关，各上述开关分别耦接于对应的上述电容的上述第二端子以及 上述增益级的上述输出端之间，用以调整上述电容网络的等效电容。
8. 如^又利要求l所述的音频处理系统，其中上述增益级更包括 运算放大器，包括反相输入端、耦接于上述转换器的非反相输入端、以及耦接于上述电容网络的输出端；第一电阻，耦接于上述运算放大器的上述输出端以及上述反相输入端之间；电阻网络，耦接于上述反相输入端；以及 第二电阻，耦接于上述电阻网络以及接地点之间。
9. 如权利要求1所述的音频处理系统，其中上述电阻网络包括 复数第三电阻，串联于上述反相输入端以及上述第二电阻之间；以及 复数开关，各上述开关分别与上述第三电阻并联，用以调整上述电阻网络的等效电阻。
10. —种音频处理方法，包^": 接收声音信号；将上述声音信号转换为第一电压信号； 提供前置放大器以放大上述第一电压信号；提供负电容以在放大上述第一电压信号之前减少上述前置放大器的输入 节点的寄生电容。
11. 如权利要求IO所述的音频处理方法，其中上述负电容由电容网络提 供，上述电容网络包括耦接至上述前置放大器的第一端子以及接收大于上述 第一电压信号的第二电压信号的第二端子。
12. 如权利要求11所述的音频处理方^^,中上述负电容的值是透过调 整上述电容网络的等效电容而决定。
13. 如权利要求11所述的音频处理方法，其中上述负电容的产生是借由 以大于一的增益放大上述第一电压信号以产生上述第二电压信号。
14. 如权利要求D所述的音频处理方法，其中上述负电容的值是透过调 整上述增益而决定。
15. 如权利要求IO所述的音频处理方法，其中上述负电容的值是由上述 电容网络的等效电容以及上述增益所决定。
16. 如权利要求15所述的音频处理方法，其中上述等效电容是选择为上 述寄生电容的值而上述增益的值是选择为2。
全文摘要
一种音频处理系统。音频处理系统包括转换器，增益级，电容网络，以及前置放大器。转换器用以将声音信号转换为电压信号。增益级包括输出端以及耦接至转换器的输入端。电容网络耦接于增益级的输出端以及转换器之间，用以提供等效电容。前置放大器耦接于转换器，用以放大电压信号。
文档编号H04R3/00GK101583063SQ20091000339
公开日2009年11月18日 申请日期2009年1月22日 优先权日2008年5月15日
发明者吴立德 申请人:美商富迪科技股份有限公司