本文選題：MEMS麥克風(fēng) + 偏置電路��； 參考：《西安電子科技大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：隨著無線通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展,消費(fèi)類電子產(chǎn)品日趨小型化、輕薄化和高度集成化。這些產(chǎn)品的聲學(xué)輸入部分的電路設(shè)計(jì)也面臨著類似的要求。與傳統(tǒng)的駐極體電容式麥克風(fēng)ECM相比,MEMS麥克風(fēng)具有體積小、成本低、一致性好、耐高溫、抗震、工藝重復(fù)性好、便于大批量生產(chǎn)、易于集成等優(yōu)點(diǎn),使其成為目前消費(fèi)類電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的熱門,為其設(shè)計(jì)專用集成電路也變得相當(dāng)重要。本課題來源于啟攀微電子(上海)有限公司,項(xiàng)目名稱為CPM211,主要內(nèi)容是采用umc35cdmos工藝為歐姆龍公司的一款MEMS麥克風(fēng)芯片設(shè)計(jì)一款專用集成電路芯片,芯片中包含低噪前置放大器電路和偏置電路。前置放大器具有阻抗轉(zhuǎn)換功能,可以提高M(jìn)EMS麥克風(fēng)輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力,使后級(jí)功率放大器能正常工作,低噪技術(shù)則可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低SNR的損失。偏置電路主要由帶隙基準(zhǔn)源、振蕩器和電荷泵構(gòu)成,它輸出一個(gè)15 V左右的偏置電壓以驅(qū)動(dòng)MEMS麥克風(fēng)正常工作。本文首先介紹本課題研究的目的和意義,然后以麥克風(fēng)的發(fā)展史為鋪墊,重點(diǎn)介紹了電容式MEMS麥克風(fēng)的相關(guān)電學(xué)參數(shù),為后面制定設(shè)計(jì)目標(biāo)提供參考。作為電路設(shè)計(jì)的框架和依據(jù),MEMS麥克風(fēng)的低噪前置放大器及偏置電路的系統(tǒng)架構(gòu)以及理論基礎(chǔ)占據(jù)了本文四分之一的篇幅。本文的重點(diǎn)部分,詳細(xì)介紹了低噪前置放大器和偏置電路的電路圖,以及使用仿真工具對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行仿真的過程和結(jié)果。考慮到電路設(shè)計(jì)流程的完整性,本文針對(duì)版圖設(shè)計(jì)的流程以及設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的因素做了一般性的介紹。在代工廠將MEMS麥克風(fēng)的低噪前置放大器及偏置電路裸片與MEMS麥克風(fēng)裸片封裝成一個(gè)芯片后,本文詳細(xì)描述了對(duì)芯片樣品的測試過程和結(jié)果。測試結(jié)果顯示MEMS麥克風(fēng)的低噪前置放大器及偏置電路芯片與MEMS麥克風(fēng)芯片封裝成品的總電流為160μA、靈敏度為-42 dB,頻響曲線在帶內(nèi)平滑,SNR約為60 dB,THD小于0.2%,偏置電壓BIAS為15.2V,低噪前置運(yùn)放的增益為4.5 dB,各項(xiàng)測試指標(biāo)都能夠滿足要求。本文提供的MEMS麥克風(fēng)前置放大器電路和偏置電路方案具有噪聲小、靈敏度高、DC-DC升壓轉(zhuǎn)換效率高、功耗低等特點(diǎn),在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中具有極強(qiáng)的工程實(shí)用性。
[Abstract]:With the rapid development of wireless communication technology, consumer electronic products are becoming miniaturized, thin and highly integrated. The circuit design of the acoustic input part of these products faces similar requirements. Compared with the traditional electret capacitive microphone ECM, MEMS microphones have the advantages of small size, low cost, good consistency, high temperature resistance, seismic resistance, good process repeatability, easy mass production and easy integration. It has become a hot topic in the design of consumer electronic products, and it is very important to design ASIC for it. The project is named CPM211.The main content of this project is to design a special integrated circuit chip for a MEMS microphone chip of OMRON by using umc35cdmos technology. The chip includes a low-noise preamplifier circuit and a bias circuit. The preamplifier has the function of impedance conversion, which can improve the driving ability of the output signal of MEMS microphone and make the power amplifier work normally. The low noise technology can further reduce the loss of SNR on this basis. The bias circuit consists of a bandgap reference source, an oscillator and a charge pump. It outputs a bias voltage of about 15 V to drive the MEMS microphone to work properly. In this paper, the purpose and significance of this research are introduced first, and then the related electrical parameters of capacitive MEMS microphones are introduced with emphasis on the history of microphone development. As the frame of circuit design and the system architecture and theoretical basis of low-noise preamplifier and bias circuit based on MEMS microphones, this paper occupies the space of 1/4. In the key part of this paper, the circuit diagram of low noise preamplifier and bias circuit is introduced in detail, and the simulation process and result of each module are also given. Considering the integrity of the circuit design process, this paper introduces the layout design process and the key factors in the design. After the low noise preamplifier of MEMS microphone and the bare chip of bias circuit and the bare chip of MEMS microphone are encapsulated into a chip in the manufacturing plant, the testing process and results of the chip sample are described in detail in this paper. The test results show that the total current of MEMS microphone preamplifier, bias circuit chip and MEMS microphone chip package is 160 渭 A, the sensitivity is -42 dB, the frequency response curve is 60 dB THD less than 0.2 in the band smooth, the bias voltage is bias. The gain of low noise preamplifier is 4.5 dB, and all the test indexes can meet the requirements. The MEMS microphone preamplifier circuit and bias circuit provided in this paper have the advantages of low noise, high sensitivity, high efficiency of DC-DC boost conversion and low power consumption.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN722.71

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本文編號(hào)：2093549