[发明专利]一种驻极体(ECM)麦克风用高增益前置放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种CMOS集成电路，特别指的是一种用于通讯系统中的驻极体(ECM)麦克风用高增益前置放大器。

背景技术

现在语音通讯系统主要还是用驻极体(ECM)麦克风实现声音信号到电信号的转变。ECM麦克风是两个管脚器件，主要包括驻极体电容话筒头，节型场效应晶体管(JFET)放大器。这种采用JFET的ECM麦克风两极器件由于易于应用和制作成本低等特点在通讯系统得到广泛应用。然而，随着便携式电子产品体积的减小，驻极体电容话筒头体积逐步减小，电容由大约10pF减小到2.0-2.5pF左右。而JFET器件的输入电容在10pF量级减弱了驻极体麦克风的灵敏度，导致ECM麦克风信噪比(SNR)变差。因此，需要高增益，低输入电容器件替代JFET。

美国专利6160450，提出了用BiCMOS技术制造的一种双端高增益前置放大器，见图2，来替代JFET。这个放大器用PMOS差分放大器作为输入端，双极NPN器件作为输出端。这个放大器的缺点有下列几点，1)差分放大器作为输入端增加芯片噪音；2)差分放大器Miller效应引起输入电容大；3)采用MOS和BJT器件制造技术成本高；4)电路用Roffset产生DC偏压，差分放大器不对称同时Roffset增加芯片噪音

发明内容

为了解决以上技术中存在的问题本发明提出了用来降低芯片制造成本，提高增益，使偏置电流易于调节以及降低噪音的前置放大器。

本发明采用PMOS源极跟随器作为输入端，如图1所示，PMOS M3尺寸不用很大，输入电容可以控制在2pF以内，便可增加放大器增益。采用PMOS源极跟随器作为输入端，放大器A输入端易于设置DC偏压。另外，本发明采用CMOS集成电路制造技术，降低制造成本。

本发明详细电路如图3所示，芯片电流主要通过NMOS器件M1，控制了PMOS M3栅极直流偏压(VG_M3)，就控制了芯片电流。在差分放大器A的作用下，PMOS M2栅极电压VG_M2和PMOS_M3栅极电压VG_M3相等，通过M1的电流IM1＝VG_M2/R2＝VG_M3/R2，PMOS M3栅极电压VG_M3可以通过R4调节，因此可以调节芯片电流。

如图3所示，本发明放大器增益是R1/R2，在应用中R1一般为固定值2.2KΩ，因此通过调节R2，便可调节增益。比如，选择R2＝1KΩ，放大器增益为6.8dB；面采用传统JFET增益一般小于0dB。芯片电流和工作电流可以通过调节R4来控制，因此，增益和电流可以分别通过调节R2和R4来分别控制。如图4和图5所示，R3为高阻，是DC偏置电阻，和C1组成高通信号输入，C1可以调节为5pF左右。R3大小应满足频率高于50Hz信号要有平带输入，低于50Hz受到抑制。这样芯片频率响应低到50Hz都会很平坦。同时采用AC耦合输入，输入端不存在DC偏压问题。另外，高阻R3也可以用二极管(Diode)或PMOS处于准反型偏置状态实现。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明放大器等效电路示意图。

图2是美国专利6160450发明的前置放大器电路对照图。

图3是本发明采用CMOS技术的前置放大器电路示意图。

图4是本发明利用二极管实现DC偏置的放大器电路示意图

图5是本发明利用PMOS实现DC偏置的放大器电路示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明采用PMOS源极跟随器作为输入端，PMOS M3尺寸不用很大，输入电容可以控制在2pF以内，便可增加放大器增益。采用PMOS源极跟随器作为输入端，放大器A输入端易于设置DC偏压。另外，本发明采用CMOS集成电路制造技术，降低制造成本。

如图3所示，芯片电流主要通过NMOS器件M1，控制了PMOS M3栅极直流偏压(VG_M3)，就控制了芯片电流。由于差分放大器A的作用，PMOS M2栅极电压VG_M2和PMOS M3栅极电压VG_M3相等。通过M1的电流IM1＝VG_M2/R2＝VG_M3/R2。通过R4可以调节PMOS M3栅极电压VG_M3，因此可以调节芯片电流。

如图3所示，本发明放大器增益是R1/R2。应用中R1一般为2.2KΩ，调节R2，可以调节增益。R2＝1KΩ，放大器增益为6.8dB。调节R4，可以调节芯片电流。因此，增益和电流可以分别控制。

如图3所示，R3为高阻，和C1组成高通输入，截止带宽小于50Hz。这样芯片频率响应低到50Hz都会很平坦。C1可以调节为5pF左右。R3阻值很高，在GΩ量级。