差分MEMS读出电路及其使用方法与流程

差分mems读出电路及其使用方法
技术领域
1.本公开总体上涉及一种差分mems读出电路、一种用于连接到mems读出电路的mems器件、以及一种包括mems读出电路和mems器件的系统。本公开具体涉及一种使用mems读出电路的方法。


背景技术：

2.电容式mems麦克风使用基于源极跟随器的读出放大器，因为这是这样的应用优化信噪比(snr)、总谐波失真(thd)、功耗、面积等的最佳选择。所使用的mems(微机电系统)是差分类型的，并且因此会生成正负信号，这些信号被读出电路缓冲和/或放大。mems生成的信号可能具有上至几分贝的不同幅度。这导致较低声学过载点，因为较大信号将定义信号的削波。这种削波应当避免。
3.一种直截了当的解决方案是使mems更加对称或者挑选出非对称性过高的器件。但这当然会导致不想要的产量问题。另一明显的解决方案是使用增益放大器，该增益放大器例如针对正或负输出具有不同增益电阻器。该解决方案的snr不是最佳的，因为增益电阻器会影响噪声预算，或者它们的值必须很小，以至于在施加信号时会导致高动态电流。
4.通常，本领域需要一种方法来实现改进的差分mems读出电路和一种包括耦合到所提出的mems读出电路的mems器件的改进的系统、以及一种使用mems读出电路的方法，使得能够产生更高的声学过载点。
5.对于独立权利要求的主题，可以解决这种需要。用于提供改进的差分mems读出电路的本概念(方法和装置)的进一步具体实现是从属权利要求的主题。还公开了一种用于连接到mems读出电路的mems器件以及一种包括mems读出电路和mems器件的系统以及一种使用mems读出电路的方法。


技术实现要素：

6.在一个实施例中，一种差分mems读出电路包括表示第一电容c1的第一输入焊盘；其中第一电容包括第一输入焊盘作为第一接触引脚和第二接触引脚。差分mems读出电路还包括表示第二电容c2的第二输入焊盘；其中第二电容包括第二输入焊盘作为第一接触引脚和第二接触引脚。
7.此外，差分mems读出电路包括差分读出放大器部分，该差分读出放大器部分包括连接到第一输入焊盘的第一接触引脚的第一输入和连接到第二焊盘的第一接触引脚的第二输入。差分读出放大器部分包括第一晶体管电路和第二晶体管电路，并且第一输入焊盘和第二输入焊盘的第二接触引脚中的每个第二接触引脚耦合到第一晶体管电路和第二晶体管电路中的一个晶体管电路或者耦合到第一晶体管电路和第二晶体管电路中的一个晶体管电路和/或接地(gnd)。第一晶体管电路和第二晶体管电路中的每个晶体管电路包括源极跟随器。这又表示，差分读出放大器部分包括彼此耦合的两个源极跟随器。
8.所提出的差分mems读出电路利用始终可用的输入焊盘，它表示了电容。每个电容
的一个输入(即，第一接触引脚)连接到mems输出，并且每个电容的第二接触引脚连接到所使用的读出电路的正输出或负输出。每个电容的第二接触引脚与输出之间的连接可以通过金属线或开关来进行。
9.通过使用开关，可以选择正输出或负输出。如果正mems输出处的电容连接到正读出输出，则电容如其不存在那样起作用，因为对应电容的第一接触引脚和第二接触引脚同相。如果电容连接到负(asic)输出，则它可以充当输入信号的衰减器。使用这种方法，可以实现上至1到2db的增益对称性(取决于电容值)，从而使高声压信号的thd也提高1到2db。
10.根据一个示例，公开了一种用于连接到mems读出电路的mems器件，其中mems器件被配置为充当差分型传感器以在第一接触引脚处提供差分信号，其中mems读出电路被配置为接收差分信号并且减小第二输出处的差分信号的幅度的差异。为了与mems器件的连接，使用所提出的mems读出电路。所提出的mems器件连接到所提出的mems读出电路以形成所提出的系统。这样的系统可以通过mems麦克风来实现。该系统、特别是这样的mems麦克风等具有更高的声学过载，这是在客户处测量的。
11.根据一个示例，公开了一种使用所提出的mems读出电路的方法。该方法包括提供mems器件并且将mems器件与mems读出电路连接。该方法包括将第一输入连接到第一输入焊盘的第一接触引脚，并且将第二输入连接到第二焊盘的第一接触引脚，以及将第一输入焊盘和第二输入焊盘的第二接触引脚中的每个第二接触引脚耦合到第一晶体管电路和第二晶体管电路中的一个晶体管电路、或第一晶体管电路和第二晶体管电路中的一个晶体管电路和/或接地。
12.特别地，如果mems器件的信号的幅度基本上彼此没有不同，则该方法包括将第一电容c1的第一、特别是正的接触引脚inp连接到mems器件的正输出，并且将第一电容的第二接触引脚连接到读出放大器部分的第一晶体管电路的第一输出、特别是正输出，使得第一电容如其不存在那样起作用，因为第一电容c1的第一接触引脚和第二接触引脚同相切换，或者将第一电容c1的第一、特别是正的接触引脚inp连接到mems器件的正输出，并且将第一电容的第二接触引脚连接到读出放大器部分的第二晶体管电路的第一、特别是负输出或接地，使得第一电容c1充当输入信号的衰减器以减小差分输出信号之间的差异。
13.因此，该方法可以包括将第二电容c2的第一、特别是正接触引脚连接到mems器件的负输出，并且将第二电容c2的第二接触引脚连接到读出放大器部分的第二晶体管电路的第一、特别是负输出，使得第二电容c2如其不存在那样起作用，因为第二电容c2的第一接触引脚和第二接触引脚同相切换，或者将第二电容c2的第一、特别是正接触引脚连接到mems器件的正输出，并且将第二电容c2的第二接触引脚连接到读出放大器部分的第一晶体管电路的第一、特别是正输出或接地，使得第二电容c2充当输入信号的衰减器以减小差分输出信号之间的差异。
14.特别地，如果mems器件的信号幅度彼此基本不同，则该方法可以包括将第一电容的第一接触引脚连接到mems器件的正输出、并且将第一电容的第二接触引脚连接到读出放大器部分的第一晶体管电路的第一输出或第二输出，并且将第二电容的第一接触引脚连接到mems器件的负输出、并且将第二电容的第二接触引脚连接到读出放大器部分的第一晶体管电路的第一输出或第二输出，第一电容和第二电容的第一接触引脚处的信号的幅度之间的差异得到补偿。
15.备选地，该方法可以包括将第一电容的第一接触引脚连接到mems器件的正输出、并且将第一电容的第二接触引脚连接到读出放大器部分的第二晶体管电路的第一输出或第二输出，并且将第二电容的第一接触引脚连接到mems器件的负输出、并且将第二电容的第二接触引脚连接到读出放大器部分的第二晶体管电路的第一输出或第二输出，第一电容和第二电容的第一接触引脚处的信号的幅度之间的差异得到补偿。
16.后两个选项允许补偿mems器件的信号的幅度的差异。
17.本发明的核心是使用焊盘电容来校正mems的可能的幅度非对称性。校正可以在正或负方向上进行。
附图说明
18.本文中参考附图和各图描述了用于提供一种差分mems读出电路、以及提供一种耦合到该差分mems读出电路的mems器件、一种使用mems读出电路的方法的本器件的实施例。
19.图1a、图1b示出了差分mems读出电路的默认输入配置的示意图，其中差分mems读出电路耦合到mems器件(图1a)，并且由mems器件输出不同信号；信号具有不同幅度(图1b)；
20.图2示出了差分mems读出电路的示意图；
21.图3示出了差分mems读出电路的示意图；
22.图4示出了差分mems读出电路的示意图；
23.图5示出了差分mems读出电路的示意图；
24.图6示出了差分mems读出电路的示意图；
25.图7示出了差分mems读出电路的示意图；
26.图8示出了差分mems读出电路的示意图；
27.图9示出了差分mems读出电路的示意图；
28.图10示出了差分mems读出电路的示意图；
29.图11示出了信号传递函数的输出outn处的信号的模拟；
30.图12示出了信号传递函数的输出outp处的信号的模拟；
31.图13示出了从根据图11和图12的信号中导出的差分输出(＝outp-outn)的模拟；
32.图14a、图14b示出了c1＝c2＝500f(图14a)和c1＝c2＝300f(图14b)的焊盘电容的输出比(＝outp/outn)的模拟；
33.图15a、图15b示出了c1＝c2＝500f(图15a)和c1＝c2＝300f(图15b)的焊盘容量的差分输出(＝outp-outn)的模拟；
34.图16示出了差分mems读出电路的示意图，其中差分mems读出电路耦合到mems器件并且耦合到mems器件的电压节点以生成对电压节点的反馈；
35.图17是从根据图16的电路生成的反馈信号的模拟结果；
36.图18示出了差分mems读出电路的示意图，其中差分mems读出电路耦合到mems器件并且耦合到mems器件的电压节点以生成对电压节点的反馈；
37.图19示出了使用mems读出电路的方法的框图；
38.图20是输入信号非对称的差分输出信号的模拟结果；
39.图21示出了用于确定图20和图23所示的结果的输出outp处的信号的模拟结果；
40.图22示出了用于确定图20和图23所示的结果的输出outn处的信号的模拟结果；以
及
41.图23示出了输出outp和outn处的信号比的模拟结果。
具体实施方式
42.在使用附图进一步详细讨论本实施例之前，需要指出的是，在附图和说明书中，相同的元素和具有相同功能和/或相同技术或物理效果的元素通常具有相同的附图标记或者以相同的名称标识，使得在不同实施例中示出的这些元素及其功能的描述在不同实施例中可以相互交换或者可以相互应用。
43.在以下描述中，详细讨论了实施例和示例，然而，应当理解，实施例和示例提供了可以在多种mems器件中体现的很多适用概念。所讨论的具体实施例和示例仅是说明实现和使用本发明概念的具体方式，而并不限制实施例的范围。在以下实施例和示例的描述中，具有相同功能的相同或相似的元素与相同的附图标记或相同的名称相关联，并且对这样的元素的描述将不再针对每个实施例进行重复。此外，除非另有特别说明，否则下文中描述的不同实施例的特征可以彼此组合。
44.应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接”“连接”或“耦合”到另一元件时，没有中间元件。用于描述元件之间关系的其他术语应以类似的方式解释(例如，“在
……
之间”与“直接在
……
之间”、“相邻”与“直接相邻”、“在
……
上”与“直接在
……
上”等)。
45.还应当理解，输出outp也可以缩写为outp或outp或outp。相同的缩写以类似方式适用于所有其他输出和输入，即，使用大写字母还是小写字母无关紧要。
46.例如图11-图15、图17和图20-图23所示的模拟结果在y轴上针对不同设置以对数刻度[db]示出。
[0047]
图1a示出了差分mems读出电路10的默认输入配置的示意图，其中差分mems读出电路10耦合到mems器件100。mems器件100和mems读出电路10一起形成系统110。图1b示出例如由mems器件100输出的不同信号50；信号50具有不同幅度120、130、140。例如，如果mems器件100在其输入inp、inn处提供的信号50相对于其绝对最大值和/或最小值(而不是相对于其实际相位)具有相似幅度140，则没有必要补偿信号50的差异。在这种情况下，可以使用图3至图6所示的称为设置a、a'、d或d'的配置中的一个。图2至图10分别示出了差分mems读出电路10的示意图，其中与mems器件10的耦合由输入信号50指示。如图1至图10所示，差分mems读出电路10包括表示第一电容c1的第一输入焊盘21，其中第一电容c1包括第一输入焊盘21作为第一接触引脚inp和第二接触引脚c1-1。
[0048]
差分mems读出电路10还包括表示第二电容c2的第二输入焊盘22。第二电容c2包括第二输入焊盘22作为第一接触引脚(inn)和第二接触引脚c2-1。此外，差分mems读出电路10包括差分读出放大器部分30，差分读出放大器部分30包括连接到第一输入焊盘21的第一接触引脚inp的第一输入inp1以及连接到第二焊盘22的第一接触引脚inn的第二输入inn1。差分读出放大器部分30包括第一晶体管电路32和第二晶体管电路34。第一晶体管电路32和第二晶体管电路34中的每个晶体管电路用作源极跟随器。这表示，差分读出放大器部分30包括两个源极跟随器。第一晶体管电路32和第二晶体管电路34在差分读出放大器部分30中彼
此耦合。差分mems读出电路10的这种实现在图1至图10所示的所有差分mems读出电路10中是通用的。例如，图7至图10示出了当由mems器件100在第一接触引脚inp、inn处提供的信号50相对于其绝对最大值和/或最小值具有不同幅度120、130时可以使用的设置b、b'、c或c'的配置。图7至图10所示的配置(即，设置b、b'、c或c')可以用于补偿幅度的差异。这将参考图11至图19更详细地解释。
[0049]
如图1至图10所示，第一输入焊盘21和第二输入焊盘22的第二接触引脚c1-1、c2-1中的每个第二接触引脚耦合到第一晶体管电路32和第二晶体管电路34中的一个晶体管电路、或者耦合到第一晶体管电路32和第二晶体管电路34中的一个晶体管电路和/或接地gnd。
[0050]
例如，图1a和图2示出了第一输入焊盘21和第二输入焊盘22的第二接触引脚c1-1、c2-1中的每个第二接触引脚耦合到接地gnd。在如图1a和图2所示的配置中，第一电容c1和第二电容c2衰减输入信号50(或者简言之，分别衰减signal(inp)或signal(inn))。第一输出处的信号由下式给出
[0051]
以及
[0052][0053]
电容cm是所使用的mems器件100的对应电容，具体由mems的面积和读出板的距离定义。
[0054]
在第二输出(outn、outp)，信号根据放大因子a被放大。这表示下式有效：
[0055]
signal(outn)＝a*signal(outn1)；以及
[0056]
signal(outp)＝a*signal(outp1)。
[0057]
放大因子a可以等于或大于1。
[0058]
第一输入焊盘21和第二输入焊盘22的第二接触引脚c1-1、c2-1中的一个耦合到第一晶体管电路32和第二晶体管电路34中的一个和/或第二接触引脚c1-1、c2-1中的一个耦合到接地gnd的选项在图1至图10中未示出。本文中描述的概念的基本思想是补偿由mems器件100提供的不同幅度。最有效的是衰减过大信号50，特别是，例如，如果输入inp处的信号50获取过大信号，则将第一电容c1置于输出outn1/outn中的一个；以及放大过小信号50，特别是，例如，如果输入inn处的信号50获取过大信号，则将第二电容c2置于outp1/outp。这样的配置例如在图7至图10中示出。如果幅度差异在较小范围内，则到gnd的连接就足够了，特别是在上面的示例中，第一电容c1可以连接到gnd，而第二电容可以连接到输出outn1或outn(未示出)。
[0059]
如图3至图10所示，第一晶体管电路32和第二晶体管电路34中的每个晶体管电路包括第一输出outp1、outn1和第二输出outp、outn。第二接触引脚c1-1、c2-1受到来自第一输出outp1、outn1和/或第二输出outp、outn和/或接地gnd的信号中的一个信号的影响。
[0060]
第一晶体管电路32和第二晶体管电路34中的每个晶体管电路的第一输出outp1、outn1是差分读出放大器部分30的中间输出。特别地，第一晶体管电路32和第二晶体管电路34中的每个晶体管电路的第一输出outp1、outn1提供缓冲输入信号。这表示，输入信号50由
源极跟随器稳定。输入信号被缓冲，但不被放大。图3和图4示出了差分mems读出电路10的切换，其在第一中间输出outp1、outn1处提供缓冲但未放大的输入信号50。
[0061]
如图3所示，第一输入焊盘21的第一电容c1的第二接触引脚c1-1耦合到第一晶体管电路32的第一输出outp1。另外，第二输入焊盘22的第二电容c2的第二接触引脚c2-1耦合到第二晶体管电路34的第一输出outn1。在与设置a相对应的如图3所示的配置中，第一电容c1和第二电容c2如其不存在那样起作用，因为第一电容c1和第二电容c2同相切换。第一输入inp1、inn1处的信号(简称为signal(inp1)/signal(inn1))对应于第一输出outp1、outn1处的信号，特别地，signal(inp1)＝signal(outp1)和signal(inn1)＝signal(outn1)有效。在第二输出(outn、outp)处，信号根据放大因子a被放大。这表示，signal(outn)＝a*signal(outn1)和signal(outp)＝a*signal(outp1)有效。放大因子a可以等于或大于1。
[0062]
如图4所示，第一输入焊盘21的第一电容c1的第二接触引脚c1-1耦合到第二晶体管电路34的第一输出outn1。另外，第二输入焊盘22的第二电容c2的第二接触引脚c2-1耦合到第一晶体管电路32的第一输出outp1。在与设置d相对应的如图4所示的配置中，第一电容c1和第二电容c2衰减输入信号50，因为第一电容c1和第二电容c2不再同相切换。这种行为类似于图1和图2所示的配置的结果行为。第一输出处的信号由下式给出
[0063]
以及
[0064][0065]
电容cm是所使用的mems器件100的对应电容，具体由mems的面积和读出板的距离定义。
[0066]
在第二输出(outn、outp)处，信号根据放大因子a被放大。这表示signal(outn)＝a*signal(outn1)和signal(outp)＝a*signal(outp1)有效。放大因子a可以等于或大于1。
[0067]
如图1至图10所示，第一晶体管电路32和第二晶体管电路34中的每个晶体管电路的第二输出outp、outn是差分读出放大器部分30的外部输出。特别地，第一晶体管电路32和第二晶体管电路34中的每个晶体管电路的第二输出outp、outn以任意放大率a被放大。放大率a或放大因子a取决于设置。例如，放大因子a可以取决于电阻r1、r2、r3、r4。电阻r1、r2、r3、r4可以用于第一晶体管电路32和第二晶体管电路34。
[0068]
如图5所示，第一输入焊盘21的第一电容c1的第二接触引脚c1-1耦合到第一晶体管电路32的第二输出outp。另外，第二输入焊盘22的第二电容c2的第二接触引脚c2-1耦合到第二晶体管电路34的第二输出outn。在与设置a
′
相对应的如图5所示的配置中(与图3相比)，第二输出(outn、outp)处的信号根据放大因子a被放大。这表示signal(outn)＝a*signal(outn1)和signal(outp)＝a*signal(outp1)有效。放大因子a可以等于或大于1。同样，第一电容c1和第二电容c2如其不存在那样起作用，因为第一电容c1和第二电容c2同相切换。设置a(图3)和a
′
(图5)具有相似连接，导致电容c1、c2同相切换。设置a和a
′
分别提供正连接，简而言之可以表示为{inp-outp和inn-outn}或{inp-outp1和inn-outn1}(参见图3和图5)。
[0069]
如图6所示，第一输入焊盘21的第一电容c1的第二接触引脚c1-1耦合到第二晶体
管电路34的第二输出outn。另外，第二输入焊盘22的第二电容c2的第二接触引脚c2-1耦合到第一晶体管电路32的第二输出outp。在与设置d
′
相对应的如图6所示的配置中(与图4相比)，第一电容c1和第二电容c2衰减输入信号50，因为第一电容c1和第二电容c2不再同相切换。根据设置d和d
′
，第一电容c1和第二电容c2的作用是所实现的两倍(2*a)。在第二输出(outn、outp)处，信号根据放大因子a被放大。这表示signal(outn)＝a*signal(outn1)和signal(outp)＝a*signal(outp1)有效。放大因子a可以等于或大于1。设置d和d
′
分别提供负连接，简而言之可以表示为{inp-outn和inn-outp}或{inp-outn1和inn-outp1}(参见图3和图5)。负连接也可以被认为是交叉连接或异相连接。由于一个电容的一个接触引脚与第一晶体管电路32耦合，而相同电容的另一接触引脚与第二晶体管电路34耦合，因而形成交叉连接。上述连接的效果是，第一电容c1和第二电容c2的作用是所实现的两倍(2*a)。因此，负连接可以被认为是异相连接。
[0070]
根据上述设置a、a'、d、d'的示例在相同方向上影响第二输出outp、outn两者。接下来，可以如关于图7至图10所描述的那样处理由mems器件100与mems读出电路10之间的连接在接触引脚inp和inn处产生的信号50的可能非对称性。信号50的非对称性的处理描述了本文中描述的技术概念的重要部分。当耦合到mems器件时，本文中描述的技术概念允许使用差分mems读出电路10，而无论在接触引脚inn、inp处出现何种信号50。
[0071]
图7和图8一起描述，因为图7和图8示出了类似的设置b和b'。
[0072]
例如，如果inn处的输入信号50大于inp处的输入信号50(参见例如图1b或图7和图8中的附图标记120、130)，则第二电容c2的第二接触引脚c2-1连接到第一晶体管电路32的第一输出outp1或第二输出outp。在这种情况下，第二电容c2的作用是当前的两倍。第一电容c1的第二接触引脚c1-1也连接到第一晶体管电路32的第一输出outp1或第二输出outp。第一电容c1如其不存在那样起作用，因为第一电容c1的第一接触引脚inp和第二接触引脚c2-2受到相同的同相信号的影响。
[0073]
图9和图10一起描述，因此图9和图10示出了类似的设置c和c'。
[0074]
例如，如果inp处的输入信号50大于inn处的输入信号50(参见例如图1b或图9和图10中的附图标记120、130)，则第一电容c1的第二接触引脚c1-1连接到第二晶体管电路34的第一输出outn1或第二输出outn。在这种情况下，第一电容c1的作用是当前的两倍。第二电容c2的第二接触引脚c2-1也连接到第二晶体管电路34的第一输出outn1或第二输出outn(与示出设置c和c'的图9和图10相比)。第二电容c2如其不存在那样起作用，因为第二电容c2的第一接触引脚inn和第二接触引脚c2-1受到相同的同相信号的影响。
[0075]
对于图1a和图2所示的配置，第一输入inp1、inn1、第一输出outp1、outn1和/或第二输出outp、outn与对应焊盘21、22的连接是通过金属线55来完成的。如果仅使用金属线55，则mems读出电路10的配置是固定的并且将在mems读出电路10的制造期间设置。
[0076]
优选的解决方案是具有如图2至图10所示的开关60，其中开关60提供到gnd(未示出)的连接、或者从第一电容21、c1的第一输入inp到第二晶体管电路34的第一输出outn1或第二输出outn的连接(参见图9和图10，即，设置c和c')、或者从第一电容21、c1的第一输入inp到第一晶体管电路32的第一输出outp1或第二输出outp的连接(参见图4和图6，即，设置d和d')、从第二电容c2、22的第一输入inn到第二晶体管电路34的第一输出outn1或第二输出outn的连接(参见图3和图5，即，设置a和a')、或者从第二电容c2、22的第一输入inn到第
一晶体管电路32的第一输出outp1或第二输出outp的连接(参见图7和图8，即，设置b和b')。在包括差分读出电路10和mems器件100的系统110的校准期间，开关60被相应地设置，使得与mems器件100的输入信号50的可能的幅度差异将得到补偿。因此，优选地，第一输出outp1、outn1和/或第二输出outp、outn与对应焊盘21、22的连接是通过开关60来完成的。根据优选设置，开关60断开或闭合，使得第二接触引脚c1-1、c2-1与第一输出和/或第二输出outp1、outn1、outp、outn中的一个之间的连接如刚刚关于图3至图10所描述的那样获取。使用开关60代替金属线55允许就地修改配置的设置，即，在系统110的校准期间。
[0077]
因此，根据一个示例，每个输入焊盘21、22连接到两个开关60，两个开关60用于在(特别是第一晶体管电路32和第二晶体管电路34的)第一输出outp1、outn1和/或(特别是第一晶体管电路32和第二晶体管电路34的)第二输出outp、outn与对应焊盘21、22之间切换。在每个开关状态下，与输入焊盘21、22中的一个相关联的两个开关60中的一个断开，而另一个闭合(比较开关状态，如图3至图10所示)。
[0078]
如图1a、图2至图10所示的mems读出电路10被配置为提供信号传递函数以减小读出放大器部分30的第二输出outp和第二输出outn处的信号70之间的差异。例如，(特别是第一晶体管电路32的)第二输出outp被配置为正输出，而(特别是第二晶体管电路34的)第二输出outn被配置为负输出。根据一个示例，第二输入中的一个是正输入inp，而第二输入中的另一个是负输入inn，或者其中第二输入中的一个是负输入inn，而第二输入中的另一个是正输入inp。如图1a、图2至图10所示，第二晶体管电路34的第二输入inn1是负输入inn1，而第一晶体管电路32的第二输入inp1是正输入inp1。然而，刚刚公开的两个选项都是可能的。
[0079]
例如，关于图3和/或图5，mems读出电路10的行为如下：如果第一电容c1的第一接触引脚inp(具体可以是正接触引脚)连接到mems器件的正输出，并且第一电容c1的第二接触引脚c1-1连接到第一输出outp1(具体可以是正的第一输出)，或者连接到读出放大器部分30的第一晶体管电路32的第二输出outp，则第一电容c1如其不存在那样起作用，因为第一电容c1的第一接触引脚inp和第二接触引脚c1-1同相切换。相应地，同样的情况可以应用于第二电容c2。因此，如果第二电容c2的第一接触引脚inn(具体可以是负接触引脚)连接到mems器件的负输出，并且第二电容c2的第二接触引脚c2-1连接到第一输出outn1(具体可以是负的第一输出)，或者连接到读出放大器部分30的第二晶体管电路34的第二输出outn，则第二电容c2如其不存在那样起作用，因为第二电容c2的第一接触引脚inn和第二接触引脚c2-1同相切换。
[0080]
例如，关于图4和/或图6，mems读出电路10的行为如下：如果第一电容c1的第一(特别是正的)接触引脚inp连接到mems器件的正输出、并且第一电容c1的第二接触引脚c1-1连接到读出放大器部分30的第二晶体管电路34的第一(特别是负的)输出outn1或第二输出outn，或者连接到接地，则第一电容c1充当输入信号的衰减器。相应地，同样的情况可以应用于第二电容c2。因此，如果第二电容c2的第一接触引脚inn连接到mems器件的负输出、并且第二电容c2的第二接触引脚c2-1连接到读出放大器部分30的第一晶体管电路32的第一(特别是正的)输出outp1或第二输出outp，或者连接到接地gnd，则第二电容c2充当输入信号的衰减器。
[0081]
例如，关于图7和/或图8，mems读出电路被配置如下。如果第一电容c1的第一接触
引脚inp连接到mems器件100的正输出并且第一电容c1的第二接触引脚c1-1连接到读出放大器部分30的第一晶体管电路32的第一输出outp1或第二输出outp，并且如果第二电容c2的第一接触引脚inn连接到mems器件100的负输出并且第二电容c2的第二接触引脚c2-1连接到读出放大器部分30的第一晶体管电路32的第一输出outp1或第二输出outp，则第一电容c1和第二电容c2的第一接触引脚inp、inn处的信号的幅度之间的差异得到补偿。这些配置描述了设置b和b'，如图7和图8所示。
[0082]
例如，关于图9和/或图10，mems读出电路被配置如下。如果第一电容c1的第一接触引脚inp连接到mems器件100的正输出、并且第一电容c1的第二接触引脚c1-1连接到读出放大器部分30的第二晶体管电路34的第一输出outn1或第二输出outn，并且如果第二电容c2的第一接触引脚inn连接到mems器件100的负输出、并且第二电容c2的第二接触引脚c2-1连接到读出放大器部分30的第二晶体管电路34的第一输出outn1或第二输出outn，则第一电容c1和第二电容c2的第一接触引脚inp、inn处的信号的幅度之间的差异得到补偿。这些配置描述了设置c和c'，如图9和图10所示。
[0083]
如果输入inn和inp处的信号50具有不同幅度，则优选地使用设置b、b'、c和c'。
[0084]
使用这种方法，即，将电容c1、c2的输出与晶体管电路32、34的输出耦合的方式，可以根据电容值来实现上至1到2db的增益对称性，从而使高声压信号的thd也提高1到2db。因此，根据一个示例，根据输入焊盘21、22的电容，实现了上至1到2db的增益对称性。
[0085]
根据一个示例，差分读出放大器部分30包括多个电阻器r1、r2、r3、r4，电阻器r1、r2、r3、r4被配置为根据所接收的差分信号进行切换，使得所接收的差分信号之间的差异减小，特别是在差分读出放大器部分30的第二输出outp、outn处。所接收的差分信号之间的差异的减小在图3至图10中例如通过输出信号70与输入信号50相比来指示。所接收的差分信号之间的差异的这种减小在技术上通过差分读出放大器部分30实现，特别是通过设置b、b'、c和c'(图7至图10)，如果出现非对称输入信号50，则优选地选择设置b、b'、c和c'。差分读出放大器部分30包括多个电阻器r1、r2、r3、r4，电阻器r1、r2、r3、r4被相应地切换以获取具有可比较的、特别是类似的比例的输出信号70。电阻器r1、r2、r3、r4用于根据下式向第二输出outp和outn处的输出信号70施加增益：
[0086][0087][0088]
输入信号50(即，signal(inp)和signal(inn))可以是缓冲信号。对于r1＝r2和r3＝r4，针对第二输出outn、outp处的输出信号70获取相同增益输出。对于r1≠r2和/或r3≠r4，针对第二输出outn、outp处的输出信号70而获取的增益可以单独控制。增益控制可以通过相应地选择电阻器r1、r2、r3、r4的电阻值和/或通过将电阻器r1、r2、r3、r4与输出outn1、outp1耦合来实现，如已经相应地描述的。
[0089]
图11至图15示出了根据设置a、a'、b、b'、c、c'、d和d'对耦合到第一输出和/或第二输出outn1、outn、outp1、outp中的一个的第一电容c1和第二电容c2的耦合而获取的模拟值。模拟值示出为x并且彼此连接。
[0090]
注意，设置a的结果与设置a'的结果相似。设置b的结果与设置b'的结果相似。设置
c的结果与设置c'的结果相似。设置d的结果与设置d'的结果相似。这就是为什么设置a和a'等在图11至图15中在同一点处示出的原因。
[0091]
在图11至图13的概要中，分别呈现了针对第一输出和第二输出outn1、outn、outp1、outp的开关60的四种设置{a＝0:0；b＝0:3；c＝3:0；d＝3:3}或{a'＝0:0；b'＝0:3；c'＝3:0；d'＝3:3}的信号传递函数的模拟。信号传递函数包括输出处的信号(outn1、outn、outp1、outp)和差分输出信号。设置{0:0；0:3；3:0；3:3}与开关60的开关状态相关联，特别是与图3至图10所示的设置a、a'、b、b'、c、c'、d、d'相关联。如图3至图10所示的设置总结在表1中。
[0092]
设置将c1(inp)连接到将c2(inn)连接到a或(0:0)outp1outn1a'或(0:0)outpoutnb或(0:3)outp1outp1b'或(0:3)outpoutpc或(3:0)outn1outn1c'或(3:0)outnoutnd或(3:3)outn1outp1d'或(3:3)outnoutp
[0093]
表1
[0094]
图11示出了信号传递函数的第二输出outn处的输出信号70(signal(outn))的模拟。图12示出了信号传递函数的第二输出outp处的输出信号70(signal(outp))的模拟。图11和图12所示的两个信号之间的差异在图13中示出。因此，图13示出了从第二输出outp、outn处的输出信号70(signal(outp)、signal(outn))中导出的差分输出(～outp-outn)的模拟。表1中总结的设置用于所得到的图11至图13所示的模拟结果。
[0095]
设置a、a
′
和d、d
′
不改变来自mems器件100的幅度。关于设置a、a
′
，根据20*log10(outp-outn)而确定的并且在图13示出的差分输出信号具有偏离设置c、c
′
、b、b
′
的差分输出信号的值。此外，关于设置d、d
′
，根据20*log10(outp-outn)而确定的并且在图13中示出的差分输出信号具有偏离设置c、c
′
、b、b
′
的差分输出信号的值。与设置b、b
′
、c、c
′
(～-1、7)的差分输出信号相比，设置d、d
′
(～-2)的差分输出信号关于绝对值小于设置b、b
′
、c、c
′
(～-1、7)(均在图13中示出)，而设置a、a
′
(～-1、4)的差分输出信号关于绝对值大于设置b、b
′
、c、c
′
(～-1、7)(均在图13中示出)。在设置a、a
′
的情况下，焊盘电容c1、c2如其不存在那样起作用。这就是为什么差分输出信号绝对大于设置d、d
′
的原因。在设置d、d
′
的情况下，焊盘电容c1、c2的作用是所实现的两倍。
[0096]
当考虑图11和图12所示的值时，设置a、a
′
的outn和outp处的输出信号都与～-7、45成比例，而设置d、d
′
的outn和outp处的输出信号都与～-8成比例。这对于设置b、b
′
、c、c
′
是不同的。设置b、b
′
的outn处的输出信号(图11)与～-8、3成比例，而设置b、b
′
的outp处的输出信号(图12)与～-7、2成比例。对于设置c、c
′
，这种行为反之亦然，即，设置c、c
′
的outn处的输出信号(图11)与～-7、2成比例，而设置c、c
′
的outp处的输出信号(图12)与～-8、3成比例。这就是为什么图13所示的最终差分输出信号对于设置b、b
′
、c、c
′
基本上是恒定的。这表示，在设置b、b
′
、c、c
′
的情况下，来自mems器件100的非对称mems信号可以得到补偿。
[0097]
图14a和图14b分别示出了对于c＝c2＝500ff的键合电容(图14a)和c1＝c2＝300ff的键合电容(图14b)，根据函数20*log10(outp/outn)的输出outp和输出outp处的信号比。图15a和图15b分别示出了对于500ff的键合电容(图15a)和300ff的键合电容(图15b)，根据函数20*log10(outp-outn)的输出outp和输出outp处的信号的差分输出信号。对于非对称信号和设置b、b
′
、c、c
′
，对于500ff的焊盘电容，该比率可能上至3db(参见图14a)。在设置d、d
′
的情况下，asoc的两个输出outn、outp处的信号较少，因为对应焊盘电容的作用是所实现的两倍(图15a、图15b)。为了设置a、a
′
，在输出outn、outp处可获取更大的差分输出信号(参见图15a、图15b)。如果mems器件100递送相同幅度的信号50，则可以选择设置a、a
′
、d、d
′
。如果mems器件100在inp、inn处的信号幅度存在差异，则设置b、b
′
或c、c
′
可以用于在输出outp、outn处获取零差异(参见图15a和图15b中针对设置b、b
′
、c、c
′
的恒定差分输出信号)。
[0098]
如前所述，图14示出了根据20*log10(outp/outn)的outp处的信号与outn处的信号的比率。因此，图14a、图14b每个示出了改变信号50的幅度的可能范围。图11示出了图12中的outn或outp处的单端输出。对于设置a、a
′
、d、d
′
(如上所述)，差异为零。对于设置b、b
′
、c、c
′
，输入inp上的太大的信号可能会增加或减少，输入inn也是如此。
[0099]
图13和图15a、图15b示出了outp和outn处以db为单位的差异，即，根据20*log10(outp/outn)而确定的差分输出信号。这里，只示出了针对设置a、a
′
比针对设置d、d
′
获取更多信号。如果输出outp、outn处的信号相等或不同，则图13和图15a、图15b没有给出信息。
[0100]
例如，对于图14a和图14b的0：3的设置，即，设置b、b
′
，第二电容c2耦合到第一输出outp1并且第一电容c1耦合到第一输出outp1(也参见表1)。这表示，电容c1和c2都耦合到第一输出outp1。另外，对于图14a和图14b的3：0的设置，即，设置c、c
′
，电容c1和c2都耦合到第一输出outn1。对于设置0：3，即，设置b、b
′
，输出outp1处的信号通过下式获取：
[0101]
signal(outp1)＝signal(inp)
[0102]
c1是与输入信号同相的第一电容。
[0103]
输出outn1处的信号通过下式获取：
[0104][0105]
c2是连接到180
°
移位输出outp1/outp的第二电容，并且因此会加倍。
[0106]
对于设置3：0，即，设置c、c
′
，输出outp1处的信号通过下式获取：
[0107][0108]
输出outn1处的信号通过下式获取：
[0109]
signal(outn1)＝signal(inn)。
[0110]
输出outn处的信号针对设置0：3被衰减(b、b
′
)，并且输出outp处的信号针对设置3：0被衰减(c、c
′
)。对于0：0(a、a
′
)和3：3(d、d
′
)的设置，第一电容c1耦合到outn1或outp1，而第二电容c2耦合到outp1或outn1(参见图3至图6和表1)。差分输出信号(20*log10signal(outp-outn))源自第二输出outp、outn。
[0111]
对于设置0：0和3：3，输出outp、outn处的信号70的对数比接近于零(图13、图14a、图14b)，而对于设置0：3和3：0，差分输出信号70的差异不等于0。选择的电容c1和c2越大，差
分输出信号70越远离零(比较图l4a和图14b中的0：3和3：3的设置)。
[0112]
图11至图15所示的模拟结果是通过将第一电容c1和第二电容c2与第一输出outp1、outn1耦合而获取的。电容c1、c2与第一输出outp、outn的耦合也是可能的。这就是为什么设置a
′
、b
′
、c
′
和d
′
也在图11至图15中指示的原因。针对设置a
′
、b
′
、c
′
和d
′
而获取的结果与针对设置a、b、c和d而获取的结果相似，即，基本相等。
[0113]
使用关于图7至图10描述的设置b、b'、c和c，inn和inp处的非对称输入信号50可以得到补偿，为了具有选择设置a、a'、b、b'、c、c'、d或d'中的一个的灵活性(根据图3至图10中的一个)相应地切换开关60。
[0114]
备选地，为了补偿非对称输入信号50，第一晶体管电路32和第二晶体管电路34的第一输出outp1、outn1或第二输出outp、outn连接到mems器件100的电压节点vmic以生成返回mems读出电路10的反馈。在图16和图18中，示出了到第二输出outp、outn的连接，而到第一输出outp1、outn1的连接在图16和图18中未示出。因此，通过切换电容coutn、coutp，第一电容和第二电容(c1、c2)的第一接触引脚inp、inn处的信号50的幅度之间的差异得到补偿。电容coutn、coutp设置在第二输出outp、outn与电压节点vmic之间的路径中。相应地，电容coutn、coutp被切换，特别是通过切换与电容coutn、coutp相关联并且与接地gnd相关联的开关60。这例如在图18中示出。
[0115]
两个输出(第一输出outp1、outn1或第二输出outp、outn)都需要进行补偿(如图16和图18所示)，因为从outp/outp1到vmic的电容只能分别增加比率outp/outn或outp1/outn1，而从outn或outn1到vmic的电容分别降低比率outp/outn或outp1/outn1。如果mems在vmic与outp1/outp之间递送对称信号no或相同电容，则vmic和outn1/outn将连接。有一种情况是，只需要改变一个电容。如果在vmic与例如outn/outn1之间连接有固定电容cfix，则只需要改变vmic和outp/outn1处的电容。可切换电容需要大于cfix或小于cfix以将mems输入幅度的比率改变为大于和小于1的值。
[0116]
电压节点vmic处的电压是mems器件100的偏置电压，特别地，偏置电压是由电荷泵95生成的。例如，偏置电压是在asic处生成的。例如，偏置电压是由电荷泵95生成的。这例如在图16中示出。
[0117]
本技术教导的另一方面是提供了一种用于连接到如本文中描述的mems读出电路10的mems器件100。mems器件100被配置为充当差分型传感器以在第一接触引脚(inp、inn)处提供差分信号，其中mems读出电路10被配置为接收差分信号并且减小第二输出outp、outn处的差分信号的幅度，如本文中已经描述的。
[0118]
根据本技术教导的另一方面，所提出的mems器件100与所提出的mems读出电路10一起构建所提出的系统110。图16示出了系统110。例如，mems读出电路10在asic 90上实现。
[0119]
本技术教导的另一方面是提供一种使用如本文中描述的mems读出电路10的方法。图19呈现了使用mems读出电路10的方法的框图。该方法包括提供mems器件100的步骤190。在步骤191中，执行mems器件100与mems读出电路10的连接。连接步骤191由步骤192和193执行。
[0120]
步骤192包括将第一输入inp1连接到第一输入焊盘21的第一接触引脚inp并且将第二输入inn1连接到第二焊盘22的第一接触引脚inn。步骤193包括将第一输入焊盘21和第二输入焊盘22的第二接触引脚c1-1、c2-1中的每个第二接触引脚耦合到第一晶体管电路32
和第二晶体管电路34中的一个晶体管电路。备选地，步骤193包括将第一输入焊盘21和第二输入焊盘22的第二接触引脚c1-1、c2-1中的每个第二接触引脚耦合到第一晶体管电路和第二晶体管电路(32、34)中的一个晶体管电路和/或接地(gnd)。
[0121]
例如，步骤192可以包括：将第一电容c1的第一接触引脚inp连接到mems器件100的正输出，并且将第一电容c1的第二接触引脚c1-1连接到读出放大器部分30的第一晶体管电路32的第一输出outp1，使得第一电容c1如其不存在那样起作用，因为第一电容c1的第一接触引脚inp和第二接触引脚c1-1同相切换。步骤193可以包括将第二电容c2的第一接触引脚inn连接到mems器件100的负输出，并且将第二电容c2的第二接触引脚c1-2连接到读出放大器部分30的第二晶体管电路34的第一输出outn1，使得第二电容c2如其不存在那样起作用，因为第二电容c2的第一接触引脚inn和第二接触引脚c2-1同相切换。以这种方式，获取设置a或a'。
[0122]
可选地，例如，步骤192可以包括：将第一电容c1的第一接触引脚inp连接到mems器件100的正输出，并且将第一电容c1的第二接触引脚c1-1连接到读出放大器部分30的第二晶体管电路34的第一输出outn1或接地gnd，使得第一电容c1充当输入信号的衰减器以减小差分输出信号之间的差异。步骤193因此可以包括将第二电容c2的第一接触引脚inn连接到mems器件100的负输出，并且将第二电容c2的第二接触引脚c2-1连接到读出放大器部分30的第一晶体管电路32的第一输出outp1或接地gnd，使得第二电容c2充当输入信号的衰减器以减小差分输出信号之间的差异。以这种方式，获取设置d或d'。
[0123]
备选地，例如，步骤192可以包括：将第一电容c1的第一接触引脚inp连接到mems器件100的正输出，并且将第一电容c1的第二接触引脚c1-1连接到读出放大器部分30的第一晶体管电路32的第一输出outp1或第二输出outp。因此，步骤193可以包括将第二电容c2的第一接触引脚inn连接到mems器件100的负输出，并且将第二电容c2的第二接触引脚c2-1连接到读出放大器部分30的第一晶体管电路32的第一输出outp1或第二输出outp。这样做时，第一电容c1和第二电容c2的第一接触引脚inp、inn处的信号的幅度之间的差异得到补偿。以这种方式，获取设置b或b'。
[0124]
备选地，例如，步骤192可以包括：将第一电容c1的第一接触引脚inp连接到mems器件100的正输出，并且将第一电容c1的第二接触引脚c1-1连接到读出放大器部分30的第二晶体管电路34的第一输出outn1或第二输出outn。因此，步骤193可以包括将第二电容c2的第一接触引脚inn连接到mems器件100的负输出，并且将第二电容c2的第二接触引脚c2-1连接到读出放大器部分30的第二晶体管电路34的第一输出outn1或第二输出outn。这样做时，第一电容c1和第二电容c2的接触引脚inp、inn处的信号的幅度之间的差异得到补偿。以这种方式，获取设置c或c'。
[0125]
特别地，步骤192和193的备选方案可以以任何组合进行组合，使得电容c1、c2的输出连接到mems器件的任何输出和差分读出放大器部分30的任何输出，即，outn1、outn、outp1和/或outn1。
[0126]
根据一个示例，方法130可以包括通过使用多个电阻器r1、r2、r3、r4向第一晶体管电路32的第二输出outp施加增益的步骤，其中根据signal(outp)＝signal(inp)*(r1+r3)/r1，输入信号50在第二输出(outp)处被转换为输出信号；其中输入信号是来自第一晶体管电路32的第一输出(outp1)和第一输入(inp1)的组合信号。
[0127]
方法130可以备选地或另外地包括通过使用多个电阻器r1、r2、r3、r4向第二晶体管电路34的第二输出(outn)施加增益的步骤，其中根据signal(outn)＝signal(inn)*(r4+r2)/r2，输入信号在第二输出(outn)处第二输出(outn)处被转换为输出信号，其中输入信号(inn)是来自第二晶体管电路34的第一输出(outn1)和第一输入(inn1)的组合信号。
[0128]
第一输出(outn1)和第一输入(inn1)处的信号和/或第一输出(outp1)和第一输入(inp1)处的信号各自取决于由mems器件100提供的输入信号50。
[0129]
根据一个示例，方法130可以包括：如果r1＝r2和r3＝r4有效，则在第一晶体管电路32的第二输出(outp)和第二晶体管电路34的第二输出(outn)处获取相同量的增益的步骤。r1、r2、r3、r4的电阻值可以在读出放大器部分30的制造过程中选择。还可以为读出放大器部分30提供比电阻器r1、r2、r3、r4、r1、r2、r3、r4更多的电阻器，例如，附加电阻器r5、r6、r7、r8等。例如，附加电阻器可以在读出放大器部分30中通过开关并且取决于电阻器r1、r2、r3、r4所需要的最终电阻来接通或断开。这允许提供更大的灵活性。所实现的电阻器越多，可以选择的增益设置就越多。这样做时或仅通过提供彼此不相等的固定电阻值，特别是如果r1不等于r2和/或r3不等于r4，方法130可以包括分别控制第一晶体管电路32的第二输出(outp)和第二晶体管电路34的第二输出(outn)处的增益。
[0130]
根据一个示例，该方法包括将第一晶体管电路32和第二晶体管电路34的第二输出outp、outn连接到mems器件100的电压节点vmic，以生成返回mems读出电路10的反馈。第一晶体管电路32和第二晶体管电路34的第二输出outp、outn到mems器件100的电压节点vmic的连接在图16和图18中示出。图16示出了差分mems读出电路10的示意图，其中差分mems读出电路10耦合到mems器件100并且耦合到mems器件100的电压节点vmic以生成对电压节点的反馈。在图16和图18中，仅一般地示出了mems器件100、电容c1、c2和读出放大器部分30之间的电路，其中电容c1、c2与读出放大器部分30之间的连接仅由开关60指示。对于本领域技术人员来说，很明显，本文中描述的电容c1、c2与读出放大器部分30之间的任何电路、优选地是图2至图6所示的电路可以用于图16和图18所示的配置以便生成对mems器件100的电压节点vmic的反馈。
[0131]
图16示意性地示出了电路，利用该电路，可以生成与到vmic的输出的反馈一起使用的非对称增益。为了生成上述反馈，第二输出outp与电容coutp耦合，并且第二输出outn与电容coutn耦合，电容coutn又耦合到mems器件100的电压节点vmic。这样做时，第二输出outp、outn处的输出信号可以反馈到mems器件100。由于coutn和coutp而在第二输出outn、outp处获取的反馈由下式给出：
[0132]
signal(outp)＝signal(inp)*a*(1+(coutp-coutn)/cvmic)；以及
[0133]
signal(outn)＝signal(inn)*a*(1+(coutn-coutp)/cvmic)。
[0134]
cvmic是电压节点vmic的焊盘的电容。图16和图18所示的vmic焊盘可以使用例如10pf的滤波电容。因为仅通过焊盘vmic不能达到例如8pf到10pf的期望滤波电容，所以可以添加附加电容，以实现例如8pf到10pf的期望滤波电容。附加电容在图16和图18中未示出。电容与高欧姆输出电阻(例如，10-100gω)一起创建低通以切断显著低于20hz的音频带。8pf到10pf的值对应于滤波电容的下限值。例如20pf的较大电容值可能是有益的。较大的电容值可能与较大的电容面积有关。因子a是本文中描述的放大因子。如果coutp＝coutn有效，则outp处的信号没有增益，并且outn处的信号有衰减，反之亦然。
[0135]
如图18所示，如果coutp与outp之间的开关60闭合，则电容coutp连接到第二输出outp。在这种情况下，电容coutn连接到接地gnd。电容coutn可以充当vmic节点上的附加电容。asic 90可以具有电荷泵95。电荷泵95为mems器件100提供电压vmic。利用电压vmic，可以设置mems器件100的灵敏度。较高的电压vmic导致mems器件输出vtop和vbot处的较大信号50。如图18所示，mems器件输出vtop连接到第一电容c1的第一接触引脚inp，并且输出vbot连接到第二电容c2的第一接触引脚inn。由于coutn和coutp而在秒输出outn、outp处获取的反馈由下式给出：
[0136]
signal(outp)＝signal(inp)*a*(1+coutp/(cvmic+coutn))，以及
[0137]
signal(outn)＝signal(inn)*a*(1-coutp/(cvmic+coutn))
[0138]
由于signal(inp)＝ue和signal(inn)＝-ue有效，其中ue是由mems器件100的电压源提供的电压。因此，差分输出信号由下式给出：
[0139]
signal(outp-outn)＝voutp-voutn)＝2*a*ue，
[0140]
其中a也是本文中描述的放大因子。对于上述使用mems读出电路10的方法，vmic焊盘没有用于改变inp、inn处的信号的可能的非对称性。
[0141]
但是，vmic焊盘也可以用于将inp和inn处的信号设置为相同幅度电平。如果电容coutp连接到vmic焊盘的电容cvmic，则电容coutp产生从输出outp到第一电容c1的第一接触引脚inp的正反馈(参见图16或图18)。outp处的信号被放大。重要的是，电容coutn连接在cvmic与接地之间，即，到outn的开关60应当断开，而到接地的开关60应当闭合(在图18中，所有开关60都示出为断开，以便指示开关本身)。否则，coutn到outn的反馈与coutp具有相同的效果，并且无法调节非对称mems幅度(另请参见图17)。
[0142]
如果coutn＝coutp有效，则根据20’log10(outp/outn)而确定的outp和outn处信号的比率是固定的并且保持不变。outp处的放大率a为a＝(1+coutp/(cvmic+coutn))。由于mems器件100的输出vbot(连接到inn)连接到vmic，所以生成了到outn的负反馈。信号outn以与信号outp被放大的相同的阶数被衰减。outn处的电压衰减为a＝((1-coutp/(cvmic+coutn))。在vmic和/或outp/gnd之间具有开关60的若干电容器(图18中未示出)可以实现为具有更宽的调谐范围。如果需要在outp处进行信号衰减，则电容器coutp切换到接地，并且同时，coutn与到outn的开关连接。信号outn的放大率为a＝(1+coutn/(cvmic+coutp))。信号voutp的衰减为a＝(1-coutn/(cvmic+coutp))。衰减是小于1的放大率，因此放大和衰减用字母a缩写。
[0143]
图17示出了对于具有不同值的电容coutp、coutn和cvmi＝10pf(与图14a、图14b相比)，根据20*log10(outp/outn)而确定的输出信号70的比率。图18示出了原理电路，其中电容器coutp、coutn连接在到vmic的outn与到vmic的outp之间。如果选择相同的coutp和coutn值，即，例如coutn＝coutp＝1ff，则比率outp/outn为1或0，如图17所示，如果函数是根据20*log10(outp/outn)的算法。图17的1f：1f(＝coutn＝coutp＝1ff)和(＝coutn＝coutp＝1pf)处的第一值和第二值示出了这一点。但是，由于比率outp7outn以对数刻度示出，因此根据log10(1)＝0，1f：1f和1p：1p处的第一值和第二值为零，
[0144]
如果coutp大于coutn，则outp处的信号会变大，而outn处的信号会变小。这针对1p:1f(对于coutp＝1pf和coutn＝1ff)和2p:1f(对于coutp＝2pf和coutn＝1ff)处的设置而示出。1f:1p(对于coutp＝1ff和coutn＝1pf)和1f:2p(对于coutp＝1ff和coutn＝2pf)处
的设置示出了当coutn大于coutp时的效果。特别地，电容coutp和coutn是不同的，优选地，一个是零，而另一值被选择以获取优选幅度变化。对于asic的最终版本，电容器通过开关60连接到gnd或outn(coutn)或outp(coutp)(参见图18)。
[0145]
为了补偿信号50的幅度差异，可以提供电压节点(vmic)和可以连接到第二输出outn、outp的电容coutn、coutp，特别是在asic处提供电压节点(vmic)和电容coutn、coutp。相应地，通过将第一晶体管电路32和第二晶体管电路34的第一输出outp1、outn1或第二输出outp、outn连接到mems器件100的电压节点vmic以生成返回mems读出电路10的反馈，通过切换电容coutn、coutp来补偿第一电容c1和第二电容c2的第一接触引脚inp、inn处的信号的幅度之间的差异。coutn、coutp设置在第二输出outp、outn与电压节点vmic之间的路径中。
[0146]
两个输出(第一输出outp1、outn1或第二输出outp、outn)都需要进行补偿(如图16和图18所示)，因为从outp/outp1到vmic的电容只能分别增加比率outp/outn或outp1/outn1，而从outn或outn1到vmic的电容分别降低比率outp/outn或outp1/outn1。如果mems在vmic与outp1/outp之间递送对称信号no或相同电容，则vmic和outn1/outn将连接。有一种情况是，只需要改变一个电容。如果在vmic与例如outn/outn1之间连接有固定电容cfix，则只需要改变vmic和outp/outn1处的电容。可切换电容需要大于cfix或小于cfix以将mems输入幅度的比率改变为大于和小于1的值。
[0147]
关于图18，优选以下设置aa和bb。根据设置aa，电容coutp连接到第二输出outp，并且电容coutn连接到接地gnd，因此，图18中的对应开关60应当闭合。然而，在图18中，为简单起见，所有开关60都示出为断开状态。在设置aa的情况下，outp处的信号按以下倍数放大：
[0148]
a＝1+coutp/(cvmic+coutn)，
[0149]
而outn处的信号根据下式进行衰减
[0150]
a＝1-coutp/(cvmic+coutn)。
[0151]
如果与在inp处的信号相比，mems器件100在inn处递送更大的信号，则可以使用设置aa。
[0152]
根据设置bb，电容coutn连接到第二输出outn，并且电容coutp连接到接地gnd。因此，图18中的对应开关60应当闭合。在设置bb的情况下，outn处的信号按以下倍数放大
[0153]
a＝1+coutn/(cvmic+coutp)，
[0154]
而outn处的信号根据下式进行衰减
[0155]
a＝1-coutn/(cvmic+coutp)。
[0156]
如果与在inn处的信号相比，mems器件100在inp处递送更大的信号，则可以使用设置bb。为了具有更高的微调范围，可以实现若干电容(图18中未示出)，使得电容可以经由开关60连接到第二输出outp和vmic节点和/或可以经由开关60连接到第二输出outn和vmic节点和/或接地gnd。
[0157]
对于本文中描述的mems读出电路10，差分输出(outp-outn)接近于零是有利的。在选择电容coutn和coutp使得一个电容是另一电容的两倍时，模拟结果示出输出信号(outp-outn)的最大值(例如，2p：1f)和最小值(例如，1f：2p)。为了实现读出电路10和图16和图18的电路，使用开关60。如果在outp处需要更多信号，则使用开关60激活反馈电容。如果在outp处需要更少信号，则使用附加开关60将对应电容连接到gnd。对于outn处的更多信号，
执行相同的过程。
[0158]
如果电容coutp连接到vmic节点，则反馈会导致第二输出outp处的信号增加，特别是根据：
[0159]
signal(outp)＝voutp＝signal(inp)*a*(1+coutp/(cvmic+coutn))
[0160]
vmic节点保持其电压，这就是为什么第二输出要衰减信号的原因，特别是根据：
[0161]
signal(outn)＝voutn＝signal(inn)*a*(1-coutp/(cvmic+coutn))
[0162]
如图20所示，差分输出保持恒定，而同时，输出outp处的信号被放大并且输出outn处的信号被衰减。这也可以反过来应用(参见图18)。如果电容coutn连接到vmic，则第二输出outn处的电压被放大，特别是根据：
[0163]
(voutn＝inn*a*(1+coutn/(cvmic+coutp))
[0164]
并且第二输出outp处的电压同时被衰减，特别是根据：
[0165]
(voutp＝inp*a*(1-coutn/(cvmic+coutp))
[0166]
图17和图23示出了补偿范围。如果mems器件100提供～+2.8db的幅度失配inp/inn，则将使用设置7(参见表2和图23)。设置7给出-2.7db、连同mems器件100的-2.8db，差异为0db。使用该设置，可以实现最佳thd和最高声压级。
[0167]
图20示出了具有非对称输入信号的差分输出信号(outp-outn)的模拟结果。用于获取图20至图23所示的模拟结果的设置0到7在表2中总结。
[0168][0169][0170]
表2
[0171]
如图20所示，信号传递函数(outp-outn)基本保持恒定。根据图20，传递函数在-1.09545db到-1.09585db之间移动，即，在0.0004db的范围内，这基本上是恒定的。这表示，尽管单端输出被放大或衰减，但传递函数(outp-outn)保持不变，如图21和图22所示。
[0172]
图21示出了用于确定图20和图23所示的结果的输出信号outp的模拟结果。图22示出了用于确定图20和图23所示的结果的输出outn处的信号的模拟结果。用于计算图20至图23所示的值的设置0到7在表2中总结。图23示出了输出outp和outn处的信号比的模拟结果，即，如图21和图22所示的信号比。
[0173]
电压节点vmic源自电荷泵95，并且电压节点vmic的电压用于设置mems器件100的
匹配灵敏度。
[0174]
尽管一些方面已经被描述为装置的上下文中的特征，但显然这种描述也可以被视为对方法的对应特征的描述。尽管某些方面已经在方法的上下文中被描述为特征，但显然这种描述也可以被视为对与装置的功能相关的对应特征的描述。
[0175]
描述了附加的实施例和示例，它们可以单独使用或与本文中描述的特征和功能结合使用。
[0176]
这里总结了本发明的示例实施例。还可以从说明书的全部内容和本文中提交的权利要求来理解其他实施例。
[0177]
示例1.一种差分mems读出电路，包括：第一输入焊盘，表示第一电容；其中所述第一电容包括所述第一输入焊盘作为第一接触引脚和第二接触引脚；第二输入焊盘，表示第二电容；其中所述第二电容包括所述第二输入焊盘作为第一接触引脚和第二接触引脚；以及差分读出放大器部分，包括连接到所述第一输入焊盘的所述第一接触引脚的第一输入和连接到所述第二焊盘的所述第一接触引脚的第二输入，其中所述差分读出放大器部分包括第一晶体管电路和第二晶体管电路并且所述第一输入焊盘和所述第二输入焊盘的所述第二接触引脚中的每个第二接触引脚耦合到所述第一晶体管电路和所述第二晶体管电路中的一个晶体管电路或者耦合到所述第一晶体管电路和所述第二晶体管电路中的一个晶体管电路和/或接地。
[0178]
示例2.根据示例1所述的mems读出电路，其中所述第一晶体管电路和所述第二晶体管电路中的每个晶体管电路包括第一输出和第二输出，其中所述第二接触引脚受到来自所述第一输出和/或所述第二输出和/或接地的信号中的一个信号的影响。
[0179]
示例3.根据示例2所述的mems读出电路，其中所述第一晶体管电路和所述第二晶体管电路中的每个晶体管电路的所述第一输出是所述差分读出放大器部分的中间输出，特别地，所述第一晶体管电路和所述第二晶体管电路中的每个晶体管电路的所述第一输出提供缓冲输入信号。
[0180]
示例4.根据示例2所述的mems读出电路，其中所述第一晶体管电路和所述第二晶体管电路中的每个晶体管电路的所述第二输出是所述差分读出放大器部分的外部输出，特别地，所述第一晶体管电路和所述第二晶体管电路中的每个晶体管电路的所述第二输出以任意放大率被放大。
[0181]
示例5.根据示例2或4所述的mems读出电路，其中为了将所述第一晶体管电路和所述第二晶体管电路中的每个晶体管电路的所述第二输出与所述第二接触引脚中的一个耦合，使用对应焊盘电容的负连接。
[0182]
示例6.根据示例1至5中一项所述的mems读出电路，其中所述第一输入、所述第一输出和/或所述第二输出与对应焊盘的连接是通过金属线来完成的。
[0183]
示例7.根据示例1至5中一项所述的mems读出电路，其中所述第一输出和/或所述第二输出与对应焊盘的连接是通过开关来完成的。
[0184]
示例8.根据示例7所述的mems读出电路，其中每个输入焊盘连接到两个开关，所述两个开关用于在所述第一输出和/或所述第二输出与对应焊盘之间切换。
[0185]
示例9.根据示例8所述的mems读出电路，其中在每个开关状态下，所述两个开关中的与所述输入焊盘中的一个输入焊盘相关联的一个开关断开而另一开关闭合。
[0186]
示例10.根据前述示例中一项所述的mems读出电路，其中所述mems读出电路被配置为提供信号传递函数以减小所述读出放大器部分的第二输出与第二输出处的信号之间的差异。
[0187]
示例11.根据前述示例中一项所述的mems读出电路，其中所述第二输入中的一个第二输入是正输入，而所述第二输入中的另一第二输入是负输入，或者其中所述第二输入中的一个第二输入是负输入，而所述第二输入中的另一第二输入是正输入。
[0188]
示例12.根据前述示例中一项所述的mems读出电路，其中如果所述第一电容的所述第一接触引脚连接到mems器件的正输出并且所述第一电容的所述第二接触引脚连接到所述读出放大器部分的所述第一晶体管电路的所述第一输出，则所述第一电容如其不存在那样起作用，因为所述第一电容的所述第一接触引脚和所述第二接触引脚同相切换。
[0189]
示例13.根据前述示例中一项所述的mems读出电路，其中如果所述第一电容的所述第一接触引脚连接到mems器件的正输出并且所述第一电容的所述第二接触引脚连接到所述读出放大器部分的所述第二晶体管电路的所述第一输出或连接到接地，则所述第一电容用作所述输入信号的衰减器。
[0190]
示例14.根据前述示例中一项所述的mems读出电路，其中如果所述第一电容的所述第一接触引脚连接到mems器件的正输出、并且所述第一电容的所述第二接触引脚连接到所述读出放大器部分的所述第一晶体管电路的所述第一输出或所述第二输出，并且如果所述第二电容的所述第一接触引脚连接到mems器件的负输出、并且所述第二电容的所述第二接触引脚连接到所述读出放大器部分的所述第一晶体管电路的所述第一输出或所述第二输出，则所述第一电容和所述第二电容的所述第一接触引脚处的信号的幅度之间的差异得到补偿。
[0191]
示例15.根据前述示例中一项所述的mems读出电路，其中如果所述第一电容的所述第一接触引脚连接到mems器件的正输出并且所述第一电容的所述第二接触引脚连接到所述读出放大器部分的所述第二晶体管电路的所述第一输出或所述第二输出，并且如果所述第二电容的所述第一接触引脚连接到mems器件的负输出并且所述第二电容的所述第二接触引脚连接到所述读出放大器部分的所述第二晶体管电路的所述第一输出或所述第二输出，则所述第一电容和所述第二电容的所述第一接触引脚处的信号的幅度之间的差异得到补偿。
[0192]
示例16.根据前述示例中一项所述的mems读出电路，其中如果所述第一晶体管电路和所述第二晶体管电路的所述第一输出或所述第二输出连接到mems器件的电压节点以生成返回所述mems读出电路的反馈，则相应地，所述第一电容和所述第二电容的所述第一接触引脚处的信号的幅度之间的差异通过切换被设置在所述第二输出与所述电压节点之间的路径中的电容来补偿。
[0193]
示例17.根据示例16所述的mems读出电路，其中所述电压节点处的电压是所述mems器件的偏置电压，特别地，所述偏置电压是利用电荷泵生成的。
[0194]
示例18.根据前述示例中一项所述的mems读出电路，其中所述差分读出放大器部分包括多个电阻器，所述多个电阻器被配置为根据所接收的差分信号进行切换，使得所接收的差分信号之间的差异减小。
[0195]
示例19.根据前述示例中一项所述的mems读出电路，其中根据所述输入焊盘的所
述电容，上至1到2db的增益对称性被实现。
[0196]
示例20.一种mems器件，用于连接到根据前述示例中一项所述的mems读出电路，其中所述mems器件被配置为充当差分型传感器以在所述第一接触引脚处提供差分信号，其中所述mems读出电路被配置为接收所述差分信号并且减小所述第二输出处的所述差分信号的幅度的差异。
[0197]
示例21.一种系统，包括根据示例1至19中一项所述的mems读出电路和根据示例20所述的mems器件。
[0198]
示例22.一种使用根据示例1至19中一项所述的mems读出电路的方法，所述方法包括：提供mems器件；通过以下方式将所述mems器件与mems读出电路连接：将第一输入连接到所述第一输入焊盘的所述第一接触引脚并且将第二输入连接到所述第二焊盘的所述第一接触引脚，以及将所述第一输入焊盘和所述第二输入焊盘的所述第二接触引脚中的每个第二接触引脚耦合到所述第一晶体管电路和所述第二晶体管电路中的一个晶体管电路或所述第一晶体管电路和所述第二晶体管电路中的一个晶体管电路和/或接地。
[0199]
示例23.根据示例22所述的方法，包括：
[0200]
将所述第一电容的所述第一接触引脚连接到所述mems器件的正输出，并且将所述第一电容的所述第二接触引脚连接到所述读出放大器部分的所述第一晶体管电路的所述第一输出，使得所述第一电容如其不存在那样起作用，因为所述第一电容的所述第一接触引脚和所述第二接触引脚同相切换，以及
[0201]
将所述第二电容的所述第一接触引脚连接到所述mems器件的负输出，并且将所述第二电容的所述第二接触引脚连接到所述读出放大器部分的所述第二晶体管电路的所述第一输出，使得所述第二电容如其不存在那样起作用，因为所述第二电容的所述第一接触引脚和所述第二接触引脚同相切换，或者
[0202]
将所述第一电容的所述第一接触引脚连接到所述mems器件的正输出，并且将所述第一电容的所述第二接触引脚连接到所述读出放大器部分的所述第二晶体管电路的所述第一输出或连接到接地，使得所述第一电容充当所述输入信号的衰减器以减小所述差分输出信号之间的差异，以及
[0203]
将所述第二电容的所述第一接触引脚连接到所述mems器件的正输出，并且将所述第二电容的所述第二接触引脚连接到所述读出放大器部分的所述第一晶体管电路的所述第一输出或接地，使得所述第二电容充当所述输入信号的衰减器以减小所述差分输出信号之间的差异，或者
[0204]
将所述第一电容的所述第一接触引脚连接到所述mems器件的正输出、并且将所述第一电容的所述第二接触引脚连接到所述读出放大器部分的所述第一晶体管电路的所述第一输出或所述第二输出，并且将所述第二电容的所述第一接触引脚连接到所述mems器件的负输出、并且将所述第二电容的所述第二接触引脚连接到所述读出放大器部分的所述第一晶体管电路的所述第一输出或所述第二输出，所述第一电容和所述第二电容的所述第一接触引脚处的信号的幅度之间的差异得到补偿，或者
[0205]
将所述第一电容的所述第一接触引脚连接到所述mems器件的正输出、并且将所述第一电容的所述第二接触引脚连接到所述读出放大器部分的所述第二晶体管电路的所述第一输出或所述第二输出，并且将所述第二电容的所述第一接触引脚连接到所述mems器件
的负输出、并且将所述第二电容的所述第二接触引脚连接到所述读出放大器部分的所述第二晶体管电路的所述第一输出或所述第二输出，所述第一电容和所述第二电容的所述第一接触引脚处的信号的幅度之间的差异得到补偿。
[0206]
示例24.根据示例22或23中一项所述的方法，包括：通过使用多个电阻器r1、r2、r3、r4向所述第一晶体管电路的所述第二输出施加增益，其中根据outp＝inoutp*(r1+r3)/r1，输入信号(inoutp)在所述第二输出处被转换为输出信号；其中所述输入信号(inoutp)是来自所述第一晶体管电路的所述第一输出和所述第一输入的组合信号；和/或通过使用多个电阻器r1、r2、r3、r4向所述第二晶体管电路的所述第二输出施加增益，其中根据outn＝inoutn*(r4+r2)/r2，输入信号(inoutn)在所述第二输出处被转换为输出信号，其中所述输入信号(inoutn)是来自所述第二晶体管电路的所述第一输出和所述第一输入的组合信号。
[0207]
示例25.根据示例22至24中一项所述的方法，包括：如果r1＝r2并且r3＝r4有效，则在所述第一晶体管电路的所述第二输出和所述第二晶体管电路的所述第二输出处获取相同量的增益。
[0208]
示例26.根据示例22至25中一项所述的方法，包括：如果r1不等于r2、和/或r3不等于r4，则分别控制所述第一晶体管电路的所述第二输出和所述第二晶体管电路的所述第二输出处的增益。
[0209]
示例27.根据示例22至26中一项所述的方法，包括：将所述第一晶体管电路和所述第二晶体管电路的所述第二输出连接到所述mems器件的电压节点以生成返回所述mems读出电路的反馈。
[0210]
示例28.根据示例27所述的方法，其中所述电压节点源自电荷泵，并且所述电压节点的电压用于设置所述mems器件的匹配灵敏度。
[0211]
示例29.根据示例27或28所述的方法，包括：
[0212]
将所述第一晶体管电路和所述第二晶体管电路的所述第二输出连接到所述mems器件的所述电压节点以生成返回所述mems读出电路的反馈，相应地，通过切换设置在所述第二输出与所述电压节点之间的路径中的电容来补偿所述第一电容和所述第二电容的所述第一接触引脚处的信号的幅度之间的差异。
[0213]
示例30.根据示例29所述的方法，包括：
[0214]
将所述电容连接到所述第一晶体管电路的所述第二输出，以及将所述电容连接到接地；或者将所述电容连接到所述第二晶体管电路的所述第二输出，以及将所述电容连接到接地。
[0215]
取决于某些实现要求，处理设备的实施例可以以硬件或以软件或至少部分以硬件或至少部分以软件实现。该实现可以使用其上存储有电子可读控制信号的数字存储介质来执行，例如软盘、dvd、蓝光、cd、rom、prom、eprom、eeprom或闪存，该电子可读控制信号与可编程计算机系统协作(或能够与其协作)，使得相应方法被执行。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。一些实施例包括具有电子可读控制信号的数据载体，该电子可读控制信号能够与可编程计算机系统协作，使得本文中描述的方法中的一个被执行。
[0216]
通常，处理设备的实施例可以实现为具有程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，该程序代码可操作用于执行方法中的一个。程序代码可以例
如存储在机器可读载体上。其他实施例包括存储在机器可读载体上的用于执行本文中描述的方法中的一个的计算机程序。换言之，该方法的实施例因此是具有程序代码的计算机程序，该程序代码用于当计算机程序在计算机上运行时执行本文中描述的方法中的一个。
[0217]
因此，该方法的另一实施例是一种数据载体(或数字存储介质，或计算机可读介质)，该数据载体上记录有用于执行本文中描述的方法中的一个的计算机程序。数据载体、数字存储介质或记录介质通常是有形的和/或非暂态的。另一实施例包括一种处理装置，例如计算机或可编程逻辑器件，该处理装置被配置为或适于执行本文中描述的方法中的一个。另一实施例包括一种其上安装有用于执行本文中描述的方法中的一个的计算机程序的计算机。
[0218]
在一些实施例中，一种可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列)可以用于执行本文中描述的方法的功能中的一些或全部。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作以执行本文中描述的方法中的一个。通常，这些方法优选地由任何硬件设备来执行。
[0219]
本文中描述的装置可以使用硬件装置、或者使用计算机、或者使用硬件装置和计算机的组合来实现。本文中描述的方法可以使用硬件装置、或者使用计算机、或者使用硬件装置和计算机的组合来执行。
[0220]
在前面的“具体实施方式”中，可以看出，为了简化公开的目的，在示例中将各种特征组合在一起。这种公开方法不应当被解释为反映要求保护的示例需要比每个权利要求中明确列举的更多特征的意图。相反，如所附权利要求所反映的，主题可能不在于单个公开示例的所有特征。因此，所附权利要求在此并入“具体实施方式”中，其中每个权利要求可以作为单独的示例独立存在。虽然每个权利要求都可以作为单独的示例独立存在，但应当注意，尽管从属权利要求在权利要求中可能涉及与一个或多个其他权利要求的特定组合，但其他示例也可能包括从属权利要求与每个其他从属权利要求的主题的组合或每个特征与其他从属或独立权利要求的组合。这样的组合在本文中提出了，除非声明不打算使用特定组合。此外，任何其他独立权利要求旨在包括权利要求的特征，即使该权利要求不直接依赖于该独立权利要求。
[0221]
尽管这里已经说明和描述了具体实施例，但是本领域普通技术人员将理解，在不背离本实施例的范围的情况下，可以用多种替代和/或等效实现代替所示和描述的具体实施例。本技术旨在涵盖本文中讨论的特定实施例的任何修改或变化。因此，实施例旨在仅由权利要求及其等同物来限制。