专利名称：为收听装置供电的方法和装置的制作方法
技术领域：
本专利总体上涉及用于诸如助听器等收听装置的电源，更具体地说，本专利涉及用于为收听装置产生预定额定电压的输出电压的电荷泵(charge pump)和稳压器电路。
背景技术：
现有技术提供了许多不同的助听器形式，包括耳后型(BTE)、耳内型或全耳内型(ITE)、耳道型(ITC)和全耳道型(CIC)。该技术的进步还带来了诸如助听器的收听装置的声音信号接收、尺寸、佩戴舒适性、使用寿命和电效率的改进。然而，对这些耳佩式声学装置的不断增长的性能需求仍然对这些装置中使用的电路和换能器的尺寸、性能、成本和效率提出了不断增长的要求。对于助听器和其他类型的辅助收听装置，这些电路和换能器可以包括麦克风、前置放大器、稳压器、功率放大器、接收器(例如扬声器)和电源(例如电池)。
麦克风接收振动能(即声波)，并且产生代表这些声波的电信号。前置放大器连接到麦克风以接收电信号、调整电信号并且将经调整的电信号(例如，经处理的信号)传送到功率放大器。由功率放大器驱动的接收器组件将经调整的电信号转换为振动能以传递给收听者。
为了在用户的耳内产生放大的声音，电源既为前置放大器供电又为功率放大器供电。尽管电源通常是额定电压为大约1.3伏特(V)的电池，但是电路和换能器常常需要不同于该电池电压的工作电压。此外，从电池的能量消耗以及电路和换能器对电池造成的负载需求的变化可能导致电源电压波动。
电源电压波动可能导致不希望的失真、系统不稳定或者这二者。使用稳压器可以减轻或者基本消除电源波动，并且向电路和换能器提供大体均匀的0.9V。在收听装置中，稳压器从电源向各种电路和换能器提供预定的、基本无波动的电压。然而，稳压器不能产生大于电源额定电压的电压输出。
在收听装置中希望能获得电压电平高于或者低于电源额定电压的基本均匀的供电；然而，同时希望在不显著增大收听装置的尺寸和成本的情况下供电。
为了更加完整地理解本公开，应当对以下详细描述和附图进行说明，在附图中图1是麦克风的分解组件图；图2是根据本发明所述的实施例的收听装置的示意性框图；图3是根据所述实施例的电荷泵和稳压器电路的简化图；以及图4是可以用于图3所示的电荷泵和稳压器电路的电荷泵电路的示意图。
具体实施例方式
尽管由本专利的权利要求书描述的发明允许多种修改和另选形式，但是附图和以下说明仅仅例示并描述了本发明的几个实施例。然而，应理解，本公开并非旨在将本发明限于所描述的具体形式，相反，本发明旨在覆盖落入由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有修改、另选方案和等同物。
还应理解，除非在本专利中使用“在此使用的术语‘＿＿’被定义为表示……”的语句或者类似语句来明确定义一术语，否则就不是明确地或者暗示地限制该术语的含义，超出其明显意义或者通常意义，并且不应将该术语理解为限于根据本专利的任何部分(权利要求书除外)进行的任何描述而得到的范围。在本专利中按与单一含义一致的方式提到本专利末尾的权利要求书中提到的任何术语，在此方面，这样做是为了清楚以使得读者不会感到糊涂，并非旨在通过暗示或者以别的形式而将这些权利要求术语限于该单一含义。除非通过叙述该词“表示”以及没有描述任何结构的功能来定义权利要求的要素，否则就不应该基于35U.S.C§112第6段的要求来解释任何权利要求要素的范围。
参照图1，示出了麦克风组件100的放大分解图。麦克风100包括盖102、杯座或基座104、声音入口106、振动膜108、背板110、安装框112和CMOS前置放大器114。安装于振动膜108的背板110位于基座104内。得到的背板110和振动膜108的组合构成驻极体(electret)麦克风部分116，用于当受到声波或者声能时产生与振动膜108相对于背板110的移动对应的代表性电信号。
延伸穿过形成在安装框112中的开口的连接线118将背板110电连接到前置放大器114的输入部120。接地点122将前置放大器114接地到振动膜108、安装框112和基座104。前置放大器114可以包括多个电连接端子，例如输入端子124、输出端子126和接地端子128。输入端子124对前置放大器组件114提供电力。输入端子124和输出端子126还可以连接到其他电子电路(未示出)。接地端子128连接到接地点122，以降低对诸如蜂窝电话的通信装置产生的低和高的射频干扰(RFI)信号的敏感度。
导电粘接剂130、132有利地通过安装框112将前置放大器组件114粘接到基座104，也用于降低或者消除输出端子126处的RFI。引线接合部134还将前置放大器114接地到盖102。恰当的导电粘接剂是公知的，可以包括悬浮有金属碎片的环氧树脂，如双组分银环氧粘接剂(two-partsilver epoxy adhesive)。另选的是，可以用激光或者点焊来提供接地连接。安装框112和前置放大器114位于盖102限定的背面体积136内。
前置放大器114可以包括适于降低RFI的阻抗缓冲电路138，例如源跟随器场效应晶体管(FET)集成电路。如2004年3月26日提交的题为“Microphone Assembly with Preamplifier and Manufacturing MethodThereof”的美国专利申请10/809,894(出于所有目的，在此通过引用并入其全部公开内容)中公开的，前置放大器组件114还可以包括可通信地连接到阻抗缓冲电路138的第一电阻-电容网络(未示出)和第二电阻-电容网络(未示出)，以抑制附近的电子装置产生的不希望的RFI。
图2例示了诸如助听器的收听装置200的示意性框图。装置200包括麦克风100、输出放大器202、接收器(扬声器)204和诸如电池的电源206。电源206可以提供大约1.5V的额定电压。
麦克风100可以包括上述的麦克风部分116。在该实施例中，麦克风100包括电源端子(VBAT)124、信号输出端子(VOUT)126和接地端子(GND)128。电源206电连接到端子124和128。电荷泵和稳压器电路208、传输电容器(transfer capacitor)(C1)210和储存电容器(reservoircapacitor)(C2)212将电源206连接到前置放大器114。麦克风部分116接收声波并且产生代表这些声波的电信号。麦克风部分116产生的输出信号连接到前置放大器114的信号输入部。
前置放大器114的输出部224通过VOUT126连接到输出放大器202。输出放大器202将接收器204驱动到需要的功率电平，以使得接收器204产生足以补偿用户听力缺损的能级的声音信号。
输出放大器202可以是包括第一电源连接部220和第二电源连接部222的功率放大器。功率放大器202的输出驱动接收器204。第一电连接部220和第二电连接部222分别连接到电源206的正端子和负端子。接收器204也连接到电源206的正端子。接收器204产生响应于经调整电信号的输出声音信号。
前置放大器114可以是滤波器、源跟随器场效应晶体管(FET)、源跟随器互补金属氧化物场效应晶体管(CMOS FET)、信号处理电路、或者用于将来自麦克风部分116的模拟信号转换为数字形式的模数转换器。前置放大器114包括第一电源连接部216和第二电源连接部218。第二电源连接部218和麦克风部分116都通过GND 128电连接到电源206的负端子。电容器(C3)214将电荷泵和稳压器电路208的输出在前置放大器114的第一连接部216之前连接到接地端子228，以对经稳定的电压进行滤波，即抑制噪声并最小化电压波动。
电荷泵和稳压器电路208被构成为根据电源206的值以及前置放大器114所需要的工作电压来产生较大或较小的输出电压，并且被进一步构成为稳定助听器的工作部件需要的输出电压。前置放大器114的第一电源连接部216通过电荷泵和稳压器电路208连接到电源206。可以将电荷泵和稳压器电路208集成在单个集成电路(IC)芯片上。另选的是，可以将电荷泵和稳压器电路208与前置放大器114一起集成在公共芯片上。
图3例示了电荷泵和稳压器电路300的简化图。在该实施例中，电荷泵330和在节点334处连接到电荷泵330的稳压器332都集成在单个IC芯片中。电路300包括电源端子336，用于连接到电源，例如连接到VBAT；以及电压输出端子338，用于提供VOUT。电容器(C3)314(其可以设置在芯片中，也可以设置在芯片外，在图3中示出为设置在芯片外)连接输出端子338与接地端子340，用于过滤或减少电压输出VOUT中的噪声和小波动。在节点334处连接到电荷泵330的稳压器332使得电路300保持输出预定值的电压。
在图2所示的收听装置200的一个实施例中，将电路300用作电荷泵和稳压器电路208。电源端子336通过VBAT124连接到电池206的正端子，输出端子338(即VOUT126)连接到前置放大器114的第一电源连接部216。在该具体实施例中，电荷泵和稳压器电路208被构成为产生大于VBAT124的额定电压的电压输出。
图4例示了可以用作图3中的电荷泵330的电荷泵电路400的示意图。第一开关(S1)436的第一端子420连接到电源的正端子。开关S1 436的第二端子422在节点444处连接到传输电容器(C1)410的第一端子424。电容器C1 410的第二端子426在节点446处连接到第三开关(S3)440的第一端子428和第四开关(S4)442的第一端子452。开关S3 440的第二端子454连接到基准接地端子460。开关S4 442的第二端子456在节点448处连接回到开关S1 436的第一端子420。第二开关(S2)438的第一端子464连接在节点444，开关S2 438的第二端子466连接到节点434和储存电容器(C2)412的第一端子468。电容器C2 412的第二端子470连接到接地端子472。可以通过时钟和数字逻辑电路(未示出)或者本领域公知的其他恰当控制电路来控制开关436、438、440和442。在第一阶段中，通过开关S1 436和开关S3 440闭合、同时开关S2 438和开关S4 442保持断开，电容器C1 410充电到电压Vin。在第二阶段中，开关S1 436和开关S3 440断开，开关S2 438和开关S4 442闭合。于是，电源(图4中未示出)与存储在电容器C1 410上的电压有效地串联。因此，对电容器C2 412施加电源与电容器C1 410上的电压之和。在正常的电路工作期间，持续地重复上述的电路工作的第一阶段和第二阶段。
根据图2所示的实施例构成的装置具有以下优点降低了成本，减少了设计时间，并且可以向前置放大器114施加高于或者低于电源电压的恰当工作电压。
在此，通过引用并入本文提到的所有参考资料(包括出版物、专利申请和专利)，就好像指示了分别并具体地通过引用并入各个参考资料并且在此阐述了其全部内容一样。
应当理解，除非在文中指明或者与上下文有明显矛盾，否则，描述本发明的文本(特别是所附权利要求书中的文本)中的术语“一”和“所述”以及类似对象的使用覆盖了单数和复数。除非在文中指明，否则，文中提到的数值范围仅仅用作分别涉及表示该范围内的各个单独值的简便方法，并且将各个单独数值并入本说明书，就像在文中分别记载了该值一样。除非在文中指明或者与上下文有明显矛盾，否则就可以按任何恰当的顺序来执行文中描述的所有方法。除非另有说明，否则，文中提供的任何和全部示例或者示例性语言(例如，“诸如”)的使用都仅仅是为了更好地说明本发明，而不是对本发明的范围施加限制。不应当将说明书中的语言理解为表示实现本发明所必要的任何未要求保护的要素。
在此描述了本发明的优选实施例，包括发明人所知的实施本发明的最佳模式。应当理解，所例示的实施例仅仅是示例性的，不能作为对本发明的范围的限制。
权利要求
1.一种装置，该装置包括麦克风，其具有声音输入部和麦克风输出部，放大器，其具有连接到所述麦克风输出部的信号输入部、和放大器输出部；接收器，其具有连接到所述放大器输出部的输入部、和声音输出部；电源；以及电荷泵电路，其将所述电源连接到所述放大器、所述麦克风和所述接收器中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的装置，所述电荷泵的输出部连接有一稳压器。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述电荷泵和所述稳压器集成在一集成电路芯片上。
4.根据权利要求2所述的装置，所连接的稳压器和电荷泵的输出是大于电源电压的电压、小于电源电压的电压和等于电源电压的电压中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的装置，该装置并入在助听器中。
6.根据权利要求1所述的装置，该装置包括连接在所述麦克风与所述放大器之间的一前置放大器，所述电荷泵电路将所述电源连接到所述前置放大器。
7.根据权利要求1所述的装置，该装置包括连接到所述电荷泵以最小化电子噪声和电压输出波动的一电路。
8.根据权利要求7所述的装置，所述电路包括连接在所述电荷泵的输出部与地之间的一电容器。
9.根据权利要求1所述的装置，所述麦克风包括麦克风壳体，所述电荷泵被设置在所述麦克风壳体内。
10.一种对装置供电的方法，所述装置包括麦克风，其具有声音输入部和麦克风输出部；放大器，其具有连接到所述麦克风输出部的信号输入部、和放大器输出部；接收器，其具有连接到所述放大器输出部的输入部、和声音输出部；以及电源，所述方法包括以下步骤在所述电源与所述前置放大器、所述放大器、所述麦克风和所述接收器中的至少一个之间连接一电荷泵电路。
11.根据权利要求10所述的方法，该方法还包括以下步骤将一稳压器连接到所述电荷泵的输出部。
12.根据权利要求11所述的方法，该方法包括以下步骤将所述电荷泵和所述稳压器集成在一集成电路芯片上。
13.根据权利要求11所述的方法，该方法包括以下步骤从连接的电荷泵和稳压器提供大于、小于或者等于所述电源的输出电压的输出电压。
14.根据权利要求10所述的方法，该方法包括以下步骤将所述电荷泵设置在所述麦克风的壳体内。
15.根据权利要求10所述的方法，该方法包括以下步骤可选地抑制所述电荷泵的输出中的噪声和电压波动。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述麦克风与所述放大器之间设置一前置放大器，所述方法包括将所述电荷泵连接到所述前置放大器的步骤。
17.一种助听器，该助听器包括麦克风，其具有声音输入部和麦克风输出部，放大器，其具有连接到所述麦克风输出部的信号输入部、和放大器输出部；接收器，其具有连接到所述放大器输出部的输入部、和声音输出部；电源；以及电荷泵电路，其将所述电源连接到所述放大器、所述麦克风和所述接收器中的至少一个。
18.根据权利要求17所述的助听器，所述电荷泵的输出部连接有一稳压器。
19.根据权利要求18所述的助听器，所连接的稳压器和电荷泵的输出是大于电源电压的电压、小于电源电压的电压和等于电源电压的电压中的至少一个。
20.根据权利要求18所述的助听器，该助听器包括连接在所述麦克风与所述放大器之间的一前置放大器，所述电荷泵电路将所述电源连接到所述前置放大器。
21.根据权利要求17所述的助听器，该助听器包括连接到所述电荷泵以最小化电子噪声和电压输出波动的一电路。
全文摘要
本发明提供为收听装置供电的方法和装置。诸如助听器的装置包括麦克风、放大器和诸如扬声器的接收器。电荷泵和稳压器电路连接到收听装置的电源。电荷泵和稳压器电路产生大于、小于或者等于电源额定电压的电压输出，以向收听装置提供恰当的工作电压。
文档编号H04R25/00GK101049046SQ200580036649
公开日2007年10月3日 申请日期2005年6月29日 优先权日2004年9月29日
发明者保罗·F·莫拉汉 申请人:美商楼氏电子有限公司