专利名称：用于提供模拟信号的电路结构以及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于提供模拟信号的电路结构以及包括这种电路结构的电子设备。
背景技术：
依赖外加偏压的输入装置(例如提供对引入的噪声敏感的模拟信号的麦克风或其他装置)可能面临电磁兼容问题。电源电压中的噪声分量也可能会引入噪声。对装置其他部分的高电流可能会引起电压波动，在麦克风的情况下，可以在麦克风信号中发现电压波动例如为低频噪声，通常被称为“蜂鸣”声。通常需要利用如何放置引线和组件的均衡设计以及用于衰减已知噪声的电路和信号处理来处理这些效应。US6978(^9B1公开了一种电容式麦克风装置，其用于无线电设备，并且适于降低由于传输单元的高频信号辐射而产生的噪声。在场效应晶体管的漏极和源极与麦克风输出传输线之间设置串联电阻，以防止高频电压由于旁路电容器和麦克风传输线的谐振而升高。然而，希望提供一种在从模拟装置接收信号的信号放大器的输入处降低这些干扰效应的另选方案。
发明内容
本发明基于这样的理解不仅在所提供的偏压的意义上、而且在基准电压(例如地、或电源的正电压电平和负电压电平之间的中间基准电压)的意义上，效应中的至少一些由于输入装置偏置中的波动而产生。本发明还基于这样的理解提供输出到放大器、在高阻抗场效应晶体管上得到的模拟信号有助于吸收相当大数量的噪声，而在串联电阻器上得到的模拟信号降低了提供到放大器的噪声分量，该串联电阻器也用于偏置，并具有比具有模拟输入和场效应晶体管的装置低得多的阻抗。根据第一方面，提供了一种用于提供模拟信号的电路结构。该电路结构包括偏置电阻器；模拟输入结构；和信号输出部，其中，偏置电阻器和模拟输入结构串联连接在电源电压和基准电压之间，并且信号输出部被连接为使得将偏置电阻器上的交流电压提供为输出信号。模拟输入结构可以包括场效应晶体管，其漏极和源极连接在模拟输入结构的端子上；和电容式传感器，其连接在场效应晶体管的栅极和源极之间。该电容式传感器可以是电容式麦克风、微机电系统传感器和液体电容式倾斜仪中的任何一种。可以用在场效应晶体管的栅极和源极上提供输入的电子电路或装置替代该电容式传感器。该电路结构还可包括连接在偏置电阻器和模拟输入结构之间的晶体管，晶体管的集电极连接到偏置电阻器，晶体管的射极连接到模拟输入结构，基极连接到用于提供偏置点、使得在与偏置电阻器的连接处提供输出信号的信号摆动的电压。基准电压可以是地，电源电压可以是负电压，偏置电阻器可以连接到基准电压，模拟输入结构可以连接到电源电压。基准电压可以是地，电源电压可以是正电压，偏置电阻器可以连接到电源电压，模拟输入结构可以连接到基准电压。信号输出部可以包括到偏置电阻器的各端子的多个连接，并且连接中的至少一个包括用于输出信号的交流电流耦合的电容器。根据第二方面，提供了一种电子设备，其包括根据第一方面的电路结构。该电子设备可以是耳机、通信设备和用户交互装置中的任意一种，或者是耳机、通信设备和用户交互装置的任意组合。
图1是示意性示出根据现有技术的具有模拟输入结构和偏置结构的电路结构的图。图2是示意性示出具有模拟输入和场效应晶体管的示例性模拟输入结构的图。图3是示意性示出具有模拟输入和场效应晶体管的结构的等效电路的图。图4是示意性示出根据实施方式的具有偏置结构的模拟输入结构的图。图5是示意性示出根据实施方式的具有偏置结构的模拟输入结构的图。图6是示意性示出根据实施方式的具有偏置结构的模拟输入结构的图。图7示出根据实施方式的设备。
具体实施例方式提供图1以便于理解本发明的原理，图1是示意性示出根据现有技术的具有偏置结构102的电路结构100的图。偏置结构102包括连接到电源电压104和模拟输入结构106 的偏置电阻器。模拟输入结构106连接到基准电压108(例如地)，使得偏置结构102和模拟输入结构106串联连接在电源电压104和基准电压108之间。由信号输出部110连接模拟输入结构106上的信号，以从电路结构100提供输出信号。信号输出部110优选包括用于输出信号的交流(AC)耦合的电容器112。理想地应该具有纯直流(DC)特性的电源电压104的任何不需要的AC分量将通过串联耦合部102、106和信号输出部110传播，并且向输出信号添加噪声。图2是示意性示出具有模拟输入202和场效应晶体管(FET) 204的示例性模拟输入结构200的图。FET的漏极和源极连接到模拟输入结构200的端子206、208。模拟输入 202优选为连接在FET 204的栅极和源极之间的电容式传感器。电容式传感器例如可以是电容式麦克风、微机电系统传感器或液体电容式倾斜仪。一旦记录了诸如声音、压力或倾斜的物理现象，则模拟输入202的电容改变。因此，模拟输入202上的、由如上所述的偏置结构所提供的外加电荷导致模拟输入202上的电压改变。模拟输入202也可以是在场效应晶体管的栅极和源极上提供输入的电子电路或装置。图3是示意性示出参照图2讨论的模拟输入结构200的等效电路300的图。模拟输入结构200可以看作是具有非常高的信号阻抗304的电流源302，信号阻抗304通常比偏置电阻器高得多。如果等效电路300应用在如图1所示的电路结构中，则电源电压的大部分噪声将存在于此等效高信号阻抗304上。图4是示意性示出根据实施方式的电路结构400的图。电路结构400包括偏置结构402。偏置结构402包括连接到基准电压404(例如地)和模拟输入结构406的偏置电阻器。模拟输入结构406连接到优选具有比基准电压404低的电压(例如，如果基准电压是地，则为负电压)的电源电压408，使得偏置结构402和模拟输入结构406串联连接在基准电压404和电源电压408之间。由信号输出部410连接偏置电阻器402上的信号，以从电路结构400提供输出信号。信号输出部410优选包括用于输出信号的AC耦合的电容器 412。模拟输入结构406优选地根据参照图2描述的示例中的任何示例。图4的结构意味着如参照图3所述的模拟输入结构406的内在特性提供了对电源电压408中存在的噪声的抑制。一般可以实现^dB的噪声抑制。还可以实现实质上的共模抑制。图5是示意性示出根据实施方式的电路结构500的图。电路结构500包括偏置结构502。偏置结构502包括连接到电源电压504和模拟输入结构506的偏置电阻器。模拟输入结构506连接到优选具有比电源电压504低的电压的基准电压508(例如地)，使得偏置结构502和模拟输入结构506串联连接在电源电压504和基准电压508之间。由信号输出部510连接偏置电阻器502上的信号，以从电路结构500提供输出信号。信号输出部510 优选包括用于输出信号的AC耦合的电容器512、514。模拟输入结构506优选地根据参照图 2描述的示例中的任何示例。图5的结构意味着如参照图3所述的模拟输入结构506的内在特性提供了对电源电压504中存在的噪声的抑制，因为与模拟输入结构506的阻抗相比，偏置电阻器502具有低得多的阻抗，所以仅有一小部分噪声存在于偏置电阻器502上。实现了与针对图4的电路结构400所述的效果类似的效果。对于参照图4和图5所述的结构中的任意结构来说，通过获得偏置电阻器上的信号实现了效果。然而，可以通过给出等同电性能的结构来实现类似效果，这些结构例如将电压设置为正电源电压和负电源电压、改变任何组件的位置、用具有类似特性的另一组件替代一个组件、或增加用于电路调谐的元件。如果这些结构用于连接和交互装置(例如，连接到移动电话的耳机)中，则不需要在与模拟输入结构406、506相同的装置中设置偏置结构 402,502ο图6是示意性示出根据实施方式的电路结构600的图。这里应该注意，所示的示例基于图5的结构，但是具有附加特征。然而，如果基于图4的结构，具有附加特征的类似示例同样可行。电路结构600包括偏置结构602。偏置结构602包括连接到电源电压604 的偏置电阻器。模拟输入结构606连接到优选具有比电源电压604低的电压的基准电压 608(例如地)。晶体管610连接在偏置电阻器602和模拟输入结构606之间，其中晶体管 610的集电极连接到偏置电阻器602，晶体管的射极连接到模拟输入结构606，使得偏置结构602、晶体管610和模拟输入结构606串联连接在电源电压604和基准电压608之间。由信号输出部612连接偏置电阻器602上的信号，以从电路结构600提供输出信号。信号输出部610优选包括用于输出信号的AC耦合的电容器614、616。模拟输入结构606优选地根据参照图2描述的示例中的任何示例。晶体管610的基极连接到例如通过分压器618、 620提供的电压，用于提供偏置点，使得在与偏置电阻器602的连接处提供输出信号的信号摆云力(swing)。在图6的结构中，考虑到参照图2所述的模拟输入结构200的结构，晶体管610和 FET 204将共源共栅(in cascode)，已经发现这是有益的。模拟输入结构606的信号不再叠加在其驱动电压上。如果晶体管610的基极适当地连接到低阻抗620，则晶体管610将作为射极跟随器工作，其在其射极处具有低阻抗，并且向模拟输入结构606提供驱动电压。来自模拟输入结构606的信号将存在于晶体管610的集电极处，通过适当地施加到基极的电压，集电极将波动，以在偏置电阻器602上提供输出信号。可以控制到晶体管610的基极的电压，以实现进一步的效果，例如调整模拟输入结构的灵敏性。在图6的图示中，晶体管610 是双极npn晶体管，由于双极npn晶体管提供了低输出阻抗以及关于施加在基极上的电压的良好的控制特性，所以其特别有益。然而，如果要输出高功率，或者为了其他原因，可以使用更稳健(robust)的晶体管或另一合适的有源器件，如M0SFET。 图7示出了根据实施方式的电子设备700，其中可适用本发明的原理。电子设备 700例如可以是移动电话或媒体播放器/录制器。设备700包括具有电源、电路、用户接口等的主体702。用户接口可以包括键盘704、显示器706、诸如麦克风或其他传感器的模拟输入结构708、以及扬声器710。设备还可以包括连接器712，可以通过耳机718的连接器720 将例如形成耳机718的外部模拟输入结构714(诸如麦克风或其他传感器)以及外部扬声器716、716’连接到连接器712。连接器712、720被设置为彼此配合，并在主体电路和耳机 718的输入和输出装置714、716、716’之间提供电接触，以输入和输出信号。
权利要求
1.一种用于提供模拟信号的电路结构，该电路结构包括 偏置电阻器；模拟输入结构；和信号输出部，其中，所述偏置电阻器和所述模拟输入结构串联连接在电源电压和基准电压之间，并且所述信号输出部被连接为使得将所述偏置电阻器上的交流电压提供为输出信号。
2.根据权利要求1所述的电路结构，其中，所述模拟输入结构包括 场效应晶体管，其漏极和源极连接到所述模拟输入结构的端子；和电容式传感器，其连接在所述场效应晶体管的栅极和源极之间。
3.根据权利要求2所述的电路结构，其中，所述电容式传感器是电容式麦克风、微机电系统传感器和液体电容式倾斜计中的任何一种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电路结构，该电路结构还包括连接在所述偏置电阻器和所述模拟输入结构之间的晶体管，所述晶体管的集电极连接到所述偏置电阻器，所述晶体管的射极连接到所述模拟输入结构，并且基极连接到用于提供偏置点、使得在与所述偏置电阻器的连接处提供所述输出信号的信号摆动的电压。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的电路结构，其中，所述基准电压是地，所述电源电压是负电压，并且所述偏置电阻器连接到所述基准电压，所述模拟输入结构连接到所述电源电压。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的电路结构，其中，所述基准电压是地，所述电源电压是正电压，并且所述偏置电阻器连接到所述电源电压，所述模拟输入结构连接到所述基准电压。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的电路结构，其中，所述信号输出部包括到所述偏置电阻器的各端子的多个连接，并且所述连接中的至少一个包括用于所述输出信号的交流耦合的电容器。
8.一种电子设备，该电子设备包括根据权利要求1-7中任一项所述的电路结构。
9.根据权利要求8所述的电子设备，该电子设备是耳机、通信设备和用户交互装置中的任意一种，或者是耳机、通信设备和用户交互装置的任意组合。
全文摘要
公开了一种用于提供模拟信号的电路结构。该电路结构包括偏置电阻器；模拟输入结构；和信号输出部，其中，所述偏置电阻器和所述模拟输入结构串联连接在电源电压和基准电压之间，并且所述信号输出部被连接为使得将所述偏置电阻器上的交流电压提供为输出信号。还公开了一种包括该电路结构的电子设备。
文档编号H04R19/04GK102165793SQ200980137690
公开日2011年8月24日 申请日期2009年3月24日 优先权日2008年9月24日
发明者卡伊·乌伦, 彼得·克尔纳 申请人:索尼爱立信移动通讯有限公司