CN115278490A - 压电式mems麦克风 - Google Patents
压电式mems麦克风 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115278490A CN115278490A CN202211071657.8A CN202211071657A CN115278490A CN 115278490 A CN115278490 A CN 115278490A CN 202211071657 A CN202211071657 A CN 202211071657A CN 115278490 A CN115278490 A CN 115278490A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piezoelectric
- signal
- mems microphone
- cantilever beam
- piezoelectric cantilever
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 11
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 4
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 26
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
- H04R19/04—Microphones
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
- H04R2201/003—Mems transducers or their use
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
Abstract
本申请实施例提供了一种压电式MEMS麦克风，包括：第一压电悬臂梁和第二压电悬臂梁，其中，第一压电悬臂梁，用于将接收到的声音信号转换成第一电信号，第二压电悬臂梁，用于将接收到的声音信号转换成第二电信号；第一电信号与第二电信号相位相反，两组感应信号通过3通道输出，经过差分减法电路，差模信号得到增强，共模噪声信号被抑制。通过本申请，解决了压电式MEMS麦克风信号质量较差的问题，进而提高了压电式MEMS麦克风信噪比(SNR)、噪声分辨率等拾音特性。
Description
技术领域
本申请实施例涉及麦克风技术领域，具体而言，涉及一种压电式MEMS麦克风。
背景技术
微机电***(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)麦克风广泛用于话筒、手机、电脑和车载语音设备中，具有体积小、灵敏度高、成本低等优点。目前常见的MEMS麦克风包括电容式麦克风(硅麦)和压电式麦克风(压麦)。压麦由单个压电振膜构成，结构简单，具有防水防尘、功耗低、动态响应范围大、启动时间短、匹配电路简单等优点，满足“多环境”“零功耗”“长待机”唤醒场景需求，非常适合智能家居、智能驾驶和可穿戴设备等应用。但相较于电容式MEMS麦克风，压电式MEMS麦克风存在较大的本底噪声，现有技术一般通过优化结构参数、降低材料损耗和扩大背腔体积等等参数对压电式MEMS麦克风的本底噪声进行抑制，但由于水平有限，信噪比(SNR)无法得到有效提升，导致目前的压电式MEMS麦克风信号质量普遍较差。
针对相关技术中，压电式MEMS麦克风信号质量较差的问题，尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种压电式MEMS麦克风，以至少解决相关技术中压电式MEMS麦克风信号质量较差的问题。
根据本申请的一个实施例，提供了一种压电式MEMS麦克风，包括：第一压电悬臂梁和第二压电悬臂梁，其中，
所述第一压电悬臂梁，用于将接收到的声音信号转换成第一电信号，所述第二压电悬臂梁，用于将接收到的声音信号转换成第二电信号；
所述第一电信号与所述第二电信号相位相反。
在一个示例性实施例中，所述第一压电悬臂梁与所述第二压电悬臂梁均为压电单晶片，其中，
所述压电单晶片包括：衬底、底电极、压电薄膜和顶电极；
所述第一压电悬臂梁通过所述底电极输出所述第一电信号，所述顶电极接地；
所述第二压电悬臂梁通过所述顶电极输出所述第二电信号，所述底电极接地。
在一个示例性实施例中，所述第一压电悬臂梁与所述第二压电悬臂梁均为压电双晶片，其中，
所述压电双晶片包括：下电极、第一压电薄膜、中层电极、第二压电薄膜和上电极；
所述第一压电悬臂梁通过所述下电极和所述上电极输出所述第一电信号，所述中层电极接地；
所述第二压电悬臂梁通过所述中层电极输出所述第二电信号，所述下电极和所述上电极接地。
在一个示例性实施例中，所述压电式MEMS麦克风，还包括：固定边界，其中，
所述固定边界将所述第一压电悬臂梁和所述第二压电悬臂梁中每个压电悬臂梁的一端进行固定，所述每个压电悬臂梁的另一端形成自由端。
在一个示例性实施例中，所述第一压电悬臂梁和所述第二压电悬臂梁形成所述压电式MEMS麦克风的工作区域，其中，
所述固定边界设置在所述工作区域的外周，或者，所述固定边界设置在所述工作区域的中部。
在一个示例性实施例中，在所述固定边界设置在所述工作区域的中部的情况下，所述压电式MEMS麦克风，还包括：连接支架，其中，
所述连接支架设置在每两个压电悬臂梁之间，每个压电悬臂梁通过所述连接支架锚定在所述工作区域的外周。
在一个示例性实施例中，所述压电式MEMS麦克风，还包括：柔性结构，其中，
所述每个压电悬臂梁通过所述柔性结构连接在所述连接支架上；
所述柔性结构控制所述压电悬臂梁在工作区域内同步振动。
在一个示例性实施例中，所述压电式MEMS麦克风，还包括：第一信号端口，第二信号端口和接地信号端口，其中，
所述第一信号端口连接所述第一压电悬臂梁上输出所述第一电信号的电极；
所述第二信号端口连接所述第二压电悬臂梁上输出所述第二电信号的电极；
所述接地信号端口连接所述第一压电悬臂梁和所述第二压电悬臂梁上接地的电极。
在一个示例性实施例中，所述压电式MEMS麦克风，还包括：差分放大电路，其中，所述差分放大电路包括第一输入端，第二输入端和输出端，
所述第一输入端与所述第一信号端口连接，所述第二输入端与所述第二信号端口连接；
所述差分放大电路对所述第一电信号进行放大得到第一放大信号，并对所述第二电信号进行放大得到第二放大信号；对所述第一放大信号和所述第二放大信号进行差分运算得到差分信号；由所述输出端输出所述差分信号。
在一个示例性实施例中，所述第一压电悬臂梁的数量与所述第二压电悬臂梁的数量相等，所述第一压电悬臂梁和所述第二压电悬臂梁交错布置。
通过本申请，压电式MEMS麦克风中包括两类压电悬臂梁，即第一压电悬臂梁和第二压电悬臂梁，两类压电悬臂梁交错布置，其能够分别将接收到的声音信号转换成相位相反的感应电信号，从而使得压电式MEMS麦克风的信号可以形成差分信号，从而抑制本底噪声，压电式MEMS麦克风能够输出信噪比更高，噪声分辨率更高的信号。因此，可以解决压电式MEMS麦克风信号质量较差的问题，达到提高压电式MEMS麦克风的拾音效果。
附图说明
图1是根据本申请实施例的一种压电式MEMS麦克风的结构示意图一；
图2是根据本申请可选的实施方式的一种振膜结构采用压电单晶片结构的压电式MEMS麦克风的示意图；
图3是根据本申请可选的实施方式的一种振膜结构采用压电双晶片结构的压电式MEMS麦克风的示意图；
图4是根据本申请实施例的一种压电式MEMS麦克风的结构示意图二；
图5是根据本申请可选的实施方式的一种压电式MEMS麦克风的示意图；
图6是根据本申请实施例的一种压电式MEMS麦克风的结构示意图三；
图7是根据本申请可选的实施方式的一种固定边界设置在工作区域的中部的压电式MEMS麦克风的示意图；
图8是根据本申请实施例的一种压电式MEMS麦克风的结构示意图四；
图9是根据本申请实施例的一种柔性结构形状的示意图一；
图10是根据本申请实施例的一种柔性结构形状的示意图二；
图11是根据本申请实施例的一种压电式MEMS麦克风的结构示意图五；
图12是根据本申请可选的实施方式的一种三通道差分输出的压电式MEMS麦克风的示意图；
图13是根据本申请实施例的一种压电式MEMS麦克风的结构示意图六；
图14是根据本申请可选的实施方式的一种麦克风元件的连接电路的示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的实施例。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
在本实施例中提供了一种压电式MEMS麦克风，图1是根据本申请实施例的一种压电式MEMS麦克风的结构示意图一，如图1所示，该包括：第一压电悬臂梁102和第二压电悬臂梁104，其中，所述第一压电悬臂梁102，用于将接收到的声音信号转换成第一电信号A，所述第二压电悬臂梁104，用于将接收到的声音信号转换成第二电信号B；所述第一电信号A与所述第二电信号B相位相反。
通过上述结构，压电式MEMS麦克风中包括两类压电悬臂梁，即第一压电悬臂梁和第二压电悬臂梁，两类压电悬臂梁交错布置，其能够分别将接收到的声音信号转换成相位相反的电信号，从而使得压电式MEMS麦克风的信号可以形成差分信号，再经差分放大电路处理差模信号、共模信号，从而抑制本底噪声，压电式MEMS麦克风能够输出信噪比、分辨率更高的信号。因此，可以解决压电式MEMS麦克风信号质量较差的问题，达到提高压电式MEMS麦克风拾音效果。
可选地，在本实施例中，第一压电悬臂梁的数量与第二压电悬臂梁的数量相等，第一压电悬臂梁和第二压电悬臂梁的分布方式可以是交错相邻布置的，或者也可以是随意分布。
可选地，在本实施例中，第一压电悬臂梁又可称为第一类压电悬臂梁，第二压电悬臂梁又可称为第二类压电悬臂梁，第一类压电悬臂梁和第二类压电悬臂梁数量相同，交错布置形成工作区域，从而形成单一压电振膜的压电式MEMS麦克风，第一类压电悬臂梁与第二类压电悬臂梁输出相位相反的两类电信号，即第一电信号和第二电信号，进而形成通过单一压电振膜实现差分输出的压电式MEMS麦克风。
即压电式MEMS麦克风的工作区域的压电振膜被划分为两类区域，两类区域数量相同交错布置，两类区域分别输出相位相反的电信号，从而形成信号的差分输出。或者说，在单个工作区域的多个压电悬臂梁一半输出信号A，另一半输出信号B，进行差分输出。
可选地，在本实施例中，上述工作区域为对称结构，可以是轴对称结构，或者也可以是中心对称结构。上述工作区域可以但不限于为圆形区域、八边形区域或者各种偶数边的多边形区域。
可选地，在本实施例中，第一电信号与第二电信号相位相反。比如：第一电信号为正电压，则第二电信号为负电压。或者，第一电信号为负电压，第二电信号为正电压。第一电信号与第二电信号的大小不一定相等，其可以相等也可以不等。
可选地，在本实施例中，第一声音信号是第一压电悬臂梁上接收到的声音信号，第二声音信号是第二悬臂梁上接收到的声音信号。第一声音信号和第二声音信号可以相同也可以不同。
可选地，在本实施例中，上述压电式MEMS麦克风采用的振膜结构可以但不限于包括压电单晶片或者压电双晶片等等。
可选地，在本实施例中，上述第一压电悬臂梁和第二压电悬臂梁可以但不限于通过相反的电极引出方式来形成相位相反的电信号。
在一个示例性实施例中，所述第一压电悬臂梁与所述第二压电悬臂梁均为压电单晶片，其中，所述压电单晶片包括：衬底、底电极、压电薄膜和顶电极；所述第一压电悬臂梁通过所述底电极输出所述第一电信号，所述顶电极接地；所述第二压电悬臂梁通过所述顶电极输出所述第二电信号，所述底电极接地。
可选地，在本实施例中，如果压电式MEMS麦克风上部署的压电悬臂梁均为压电单晶片结构，即压电式MEMS麦克风使用压电单晶片结构的压电振膜，那么两类压电悬臂梁可以但不限于采用相反的电极引出方式来形成相位相反的电信号，可以是上述第一压电悬臂梁将压电单晶片的底电极作为终端输出第一电信号，压电单晶片的顶电极接地。第二压电悬臂梁通过压电单晶片的顶电极作为终端输出第二电信号，压电单晶片的底电极接地。
在一个可选的实施方式中，提供了一种压电式MEMS麦克风的振膜结构采用压电单晶片结构的示例。图2是根据本申请可选的实施方式的一种振膜结构采用压电单晶片结构的压电式MEMS麦克风的示意图，如图2所示，压电单晶片包括衬底层201、底电极202、压电薄膜203、顶电极204。若A类悬臂梁(即上述第二压电悬臂梁)的底电极202接地、顶电极204为终端，则与之对应是B类悬臂梁(即上述第一压电悬臂梁)的底电极202为终端、顶电极204接地。
在一个示例性实施例中，所述第一压电悬臂梁与所述第二压电悬臂梁均为压电双晶片，其中，所述压电双晶片包括：下电极、第一压电薄膜、中层电极、第二压电薄膜和上电极；所述第一压电悬臂梁通过所述下电极和所述上电极输出所述第一电信号，所述中层电极接地；所述第二压电悬臂梁通过所述中层电极输出所述第二电信号，所述下电极和所述上电极接地。
可选地，在本实施例中，如果压电式MEMS麦克风上部署的压电悬臂梁均为压电双晶片结构，即压电式MEMS麦克风使用压电双晶片结构的压电振膜，那么两类压电悬臂梁可以但不限于采用相反的电极引出方式来形成相位相反的电信号，可以是上述第一压电悬臂梁通过压电双晶片的下电极和上电极作为终端输出第一电信号，压电双晶片的中层电极接地；上述第二压电悬臂梁通过压电双晶片的中层电极作为终端输出第二电信号，压电双晶片的下电极和上电极接地。
在一个可选的实施方式中，提供了一种压电式MEMS麦克风的振膜结构采用压电双晶片结构的示例。图3是根据本申请可选的实施方式的一种振膜结构采用压电双晶片结构的压电式MEMS麦克风的示意图，如图3所示，压电双晶片包括下电极301、第一压电薄膜302、中层电极303、第二压电薄膜304、上电极305。若A类悬臂梁(即上述第一压电悬臂梁)的下电极301和上电极305为终端、中层电极303接地，则与之对应的B类悬臂梁(即上述第二压电悬臂梁)的中层电极303为终端、下电极301和上电极305接地。
在一个示例性实施例中，所述压电式MEMS麦克风，还包括：固定边界，其中，所述固定边界将所述第一压电悬臂梁和所述第二压电悬臂梁中每个压电悬臂梁的一端进行固定，所述每个压电悬臂梁的另一端形成自由端。
可选地，在本实施例中，压电式MEMS麦克风可以但不限于通过固定边界使得每个压电悬臂梁形成一端固定一端自由的可振动结构。
在一个示例性实施例中，图4是根据本申请实施例的一种压电式MEMS麦克风的结构示意图二，如图4所示，所述第一压电悬臂梁和所述第二压电悬臂梁形成所述压电式MEMS麦克风的工作区域402，其中，所述固定边界404设置在所述工作区域402的外周(如图4中实线固定边界404所示)，或者，所述固定边界404设置在所述工作区域402的中部(如图4中虚线固定边界404所示)。
可选地，在本实施例中，压电式MEMS麦克风的压电悬臂梁固定方式可以采用***固定的方式，也可以采用中部固定的方式。
在一个可选的实施方式中，提供了一种能够降低本底噪声，提高信噪比(SNR)的压电式MEMS麦克风。图5是根据本申请可选的实施方式的一种压电式MEMS麦克风的示意图，如图5所示，压电式MEMS麦克风结构包括第一类悬臂梁501、第二类悬臂梁502和固定边界503，固定边界503设置在工作区域外周。第一类悬臂梁501与第二类悬臂梁502分别输出A信号与B信号，二者数量相同。该压电式MEMS麦克风整体工作区域可以是圆形、八边形以及各种偶数边的多边形。
在一个示例性实施例中，图6是根据本申请实施例的一种压电式MEMS麦克风的结构示意图三，如图6所示，在所述固定边界602设置在所述工作区域的中部604的情况下，所述压电式MEMS麦克风，还包括：连接支架606，其中，所述连接支架606设置在每两个压电悬臂梁之间，每个压电悬臂梁通过所述连接支架606锚定在所述工作区域的外周608。
可选地，在本实施例中，如果固定边界设置在所述工作区域的中部，则还可以通过在每两个压电悬臂梁之间部署连接支架使得每个压电悬臂梁通过所述连接支架锚定在工作区域的外周，一方面起到固定压电悬臂梁的作用，另一方面压电悬臂梁面积较大的一端成为可振动的自由端，使得单位声压下的输出信号更大，灵敏度更高，更有利于MEMS麦克风的小型化、以及SNR的提升。
在一个可选的实施方式中，提供了一种固定边界设置在工作区域的中部的压电式MEMS麦克风。图7是根据本申请可选的实施方式的一种固定边界设置在工作区域的中部的压电式MEMS麦克风的示意图，如图7所示，将固定边界705设置在工作区域中部，多个压电悬臂梁通过连接支架704锚定在外周非工作区703，第一类悬臂梁701和第二类悬臂梁702交错分布来输出差分信号。当压电悬臂梁面积较大一端为自由端，单位声压下的输出信号更大，灵敏度更高，有利于整体结构的小型化以及信噪比的提升。
在一个示例性实施例中，图8是根据本申请实施例的一种压电式MEMS麦克风的结构示意图四，如图8所示，所述压电式MEMS麦克风，还包括：柔性结构802，其中，所述每个压电悬臂梁通过所述柔性结构802连接在所述连接支架804上；所述柔性结构802控制所述压电悬臂梁在工作区域内同步振动。
可选地，在本实施例中，每个压电悬臂梁与连接支架之间的柔性结构的数量可以但不限于为一个或者多个。柔性结构可以在保证工作区域同步振动的同时不会对其振动造成限定，柔性结构可以但不限于为具有弹簧系数k的低刚度结构。比如：在微纳制备工艺中，由于各薄膜层存在不同的残余应力，若无法平衡、抵消应力，极易造成悬臂梁不同程度的翘曲，无法保证组合悬臂梁同步振动，A、B信号会出现相位偏差，无法达到差分放大信号的目的。悬臂梁自由端与连接支架相邻的每一处设置n个“Z”型柔性结构使悬臂梁、连接支架互连，可以减少振动串扰，保证组合悬臂梁同步振动。
可选地，在本实施例中，柔性结构可以但不限于是任何能够达到上述功能的形状，比如：“Z”形或“π”形。图9是根据本申请实施例的一种柔性结构形状的示意图一，如图9所示，在悬臂梁自由端边缘添加类似于(a)“Z”形或(b)“π”形的连接结构，弹簧系数为k。每个柔性结构的两个锚点一个设置在压电悬臂梁上，另一个设置在连接支架上。
图10是根据本申请实施例的一种柔性结构形状的示意图二，如图10所示，以“Z”形连接结构为例，柔性结构可以是第一类柔性结构1001的形式，也可以是第二类柔性结构1002的形式，柔性结构将压电悬臂梁与连接支架1004相连。使得纵向具有2m个自由度的组合悬臂梁通过多个弹簧系数为k的低刚度连接结构连接成一个整体，增加了压电悬臂梁的整体刚度与稳定性，柔性结构的尺寸与数量可根据麦克风工作需求进行调整，可以调节麦克风的谐振频率以及声压过载点(AOP)。添加柔性可确保组合悬臂梁的位移函数相位同步，器件稳定地输出差分信号，并且可以抑制例如扇形或者倒梯形压电悬臂梁的扭转振动模态，减少串扰信号的输出。
除了电极终端的设置，还可以通过控制组合振膜的同步振动来得到效果更好的差分信号，组合振膜的同步振动即位移函数同相。MEMS麦克风工作的主要频率小于10kHz，声波波长远大于麦克风器件的尺寸(约1mm2)，在MEMS麦克风的有效工作面积内可视声波为均匀平面波，要使组合振膜同步振动，首先可以使得其结构完全对称(轴对称或者中心对称)，其次可以在微纳加工时使得薄膜镀层厚度均匀、应力均衡，否则在未工作时，组合振膜就可能已因残余应力的影响发生了不规则的变形、翘曲。
由于微纳加工中的残余应力不可能做到完全消除，因此可以采用上述额外的技术手段，在各悬臂梁自由端添加低刚度连接结构(即柔性结构)，使多个悬臂梁都锚接在同一固定框架上，目的是限制组合悬臂梁的自由度，且不会大幅度抑制悬臂梁的振动。连接结构可以是类“Z”字形、“π”字形结构等，一个锚点设置在固定框架上，另一个锚点设置在悬臂梁自由端。一方面可以降低微纳工艺制备过程中的残余应力导致的振膜翘曲，另一方面可以确保麦克风在工作时输出的两个信号相位相反，有利于后续的差分放大。
在一个示例性实施例中，图11是根据本申请实施例的一种压电式MEMS麦克风的结构示意图五，如图11所示，所述压电式MEMS麦克风，还包括：第一信号端口1102，第二信号端口1104和接地信号端口1106，其中，所述第一信号端口1102连接所述第一压电悬臂梁上输出所述第一电信号的电极；所述第二信号端口1104连接所述第二压电悬臂梁上输出所述第二电信号的电极；所述接地信号端口1106连接所述第一压电悬臂梁和所述第二压电悬臂梁上接地的电极。
可选地，在本实施例中，第一电信号通过第一信号端口引出，第二电信号通过第二信号端口引出，再将压电悬臂梁上接地的电极引出接地信号端口，从而形成通过单一压电振膜实现三通道差分输出的压电式MEMS麦克风。
在一个可选的实施方式中，提供了一种三通道差分输出的压电式MEMS麦克风。图12是根据本申请可选的实施方式的一种三通道差分输出的压电式MEMS麦克风的示意图，如图12所示，(1)中信号A与信号B的布线对称分布，差分输出压电式MEMS麦克风通过3端口输出，包括有A信号通道1201、B信号通道1202和接地端1203。以压电双晶片电极引出为示例，(2)与(3)中为终端信号、接地端口的引出方式。绝缘层1206用来保护电极层，引出下电极1204和上电极1205用作所述A信号通道1201或者接地端1203。引出中层电极1207用作所述B信号通道1202或者接地端1203。A信号与B信号的共地，最终形成3端口进行差分输出。
在一个示例性实施例中，图13是根据本申请实施例的一种压电式MEMS麦克风的结构示意图六，如图13所示，所述压电式MEMS麦克风，还包括：差分放大电路1302，其中，所述差分放大电路1302包括第一输入端1304，第二输入端1306和输出端1308，所述第一输入端1304与所述第一信号端口1102连接，所述第二输入端1306与所述第二信号端口1104连接；所述差分放大电路1302对所述第一电信号进行放大得到第一放大信号，并对所述第二电信号进行放大得到第二放大信号；对所述第一放大信号和所述第二放大信号进行差分运算得到差分信号；由所述输出端输出所述差分信号。
可选地，在本实施例中，2m个压电悬臂梁被设置为两个部分，其中m个压电悬臂梁输出信号A，另外m个压电悬臂梁输出信号B，信号A与信号B中的差模信号主体为有用信号，共模信号主体为共模噪声，经过差分放大电路中的放大器电路以及减法电路后，输出信号得到有效增强，且共模噪声被有效抑制。
可选地，在本实施例中，上述压电式MEMS麦克风差分输出技术方案可有效提升SNR、降低非线性失真，相较于双振膜加背板的三层差分电容式麦克风等麦克风结构，具有结构简单、微纳加工成本低、有利于压麦器件小型化等优点。
在一个可选的实施方式中，提供了一种三通道差分输出的压电式MEMS麦克风元件的连接电路。图14是根据本申请可选的实施方式的一种麦克风元件的连接电路的示意图，如图14所示，麦克风元件可以是上述任意一种结构的压电式MEMS麦克风元件，该差分输出压电式MEMS麦克风元件匹配后端差分放大电路，声波信号输入麦克风元件，输出信号A与信号B，信号A与信号B通过运算放大器的两个端口分别放大，可以通过调整R1、R2、R3、Rf以获得不同的放大增益比。再将输出端的两组放大信号相减，差模信号得以增强，共模噪声信号被抑制，整个麦克风的SNR可有效提升，且非线性失真被抑制。
通过上述结构，能够通过组合压电振膜实现麦克风信号的差分输出，增强差模感应信号，抑制共模噪声信号，在不增加工作面积的前提下，可有效提高压电式MEMS麦克风的灵敏度和信噪比(SNR)。并通过上述的连接支架将固定边界调整至工作区域中部，并且在悬臂梁自由端边缘设置例如“Z”形的柔性结构与连接支架互连，提升了单位声压下的灵敏度，抑制了残余应力不均衡导致的振膜翘曲、振动不同步等问题，确保多个悬臂梁的振动同相，有效抑制振动串扰带来的非线性失真，可稳定输出差分信号。上述提出的压电式MEMS麦克风结构提高了压电式MEMS麦克风的灵敏度、信噪比、响应线性度。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种压电式MEMS麦克风，其特征在于，包括：第一压电悬臂梁和第二压电悬臂梁，其中，
所述第一压电悬臂梁，用于将接收到的声音信号转换成第一电信号，所述第二压电悬臂梁，用于将接收到的声音信号转换成第二电信号；
所述第一电信号与所述第二电信号相位相反。
2.根据权利要求1所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，所述第一压电悬臂梁与所述第二压电悬臂梁均为压电单晶片，其中，
所述压电单晶片包括：衬底、底电极、压电薄膜和顶电极；
所述第一压电悬臂梁通过所述底电极输出所述第一电信号，所述顶电极接地；
所述第二压电悬臂梁通过所述顶电极输出所述第二电信号，所述底电极接地。
3.根据权利要求1所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，所述第一压电悬臂梁与所述第二压电悬臂梁均为压电双晶片，其中，
所述压电双晶片包括：下电极、第一压电薄膜、中层电极、第二压电薄膜和上电极；
所述第一压电悬臂梁通过所述下电极和所述上电极输出所述第一电信号，所述中层电极接地；
所述第二压电悬臂梁通过所述中层电极输出所述第二电信号，所述下电极和所述上电极接地。
4.根据权利要求1所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，还包括：固定边界，其中，
所述固定边界将所述第一压电悬臂梁和所述第二压电悬臂梁中每个压电悬臂梁的一端进行固定，所述每个压电悬臂梁的另一端形成自由端。
5.根据权利要求4所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，所述第一压电悬臂梁和所述第二压电悬臂梁形成所述压电式MEMS麦克风的工作区域，其中，
所述固定边界设置在所述工作区域的外周，或者，所述固定边界设置在所述工作区域的中部。
6.根据权利要求5所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，在所述固定边界设置在所述工作区域的中部的情况下，所述压电式MEMS麦克风，还包括：连接支架，其中，
所述连接支架设置在每两个压电悬臂梁之间，每个压电悬臂梁通过所述连接支架锚定在所述工作区域的外周。
7.根据权利要求6所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，还包括：柔性结构，其中，
所述每个压电悬臂梁通过所述柔性结构连接在所述连接支架上；
所述柔性结构控制所述压电悬臂梁在工作区域内同步振动。
8.根据权利要求1所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，还包括：第一信号端口，第二信号端口和接地信号端口，其中，
所述第一信号端口连接所述第一压电悬臂梁上输出所述第一电信号的电极；
所述第二信号端口连接所述第二压电悬臂梁上输出所述第二电信号的电极；
所述接地信号端口连接所述第一压电悬臂梁和所述第二压电悬臂梁上接地的电极。
9.根据权利要求8所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，还包括：差分放大电路，其中，所述差分放大电路包括第一输入端，第二输入端和输出端，
所述第一输入端与所述第一信号端口连接，所述第二输入端与所述第二信号端口连接；
所述差分放大电路对所述第一电信号进行放大得到第一放大信号，并对所述第二电信号进行放大得到第二放大信号；对所述第一放大信号和所述第二放大信号进行差分运算得到差分信号；由所述输出端输出所述差分信号。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的压电式MEMS麦克风，其特征在于，所述第一压电悬臂梁的数量与所述第二压电悬臂梁的数量相等，所述第一压电悬臂梁和所述第二压电悬臂梁交错布置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211071657.8A CN115278490A (zh) | 2022-09-02 | 2022-09-02 | 压电式mems麦克风 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211071657.8A CN115278490A (zh) | 2022-09-02 | 2022-09-02 | 压电式mems麦克风 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115278490A true CN115278490A (zh) | 2022-11-01 |
Family
ID=83755459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211071657.8A Pending CN115278490A (zh) | 2022-09-02 | 2022-09-02 | 压电式mems麦克风 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115278490A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116193342A (zh) * | 2023-01-09 | 2023-05-30 | 武汉敏声新技术有限公司 | 一种电容-压电式耦合麦克风 |
-
2022
- 2022-09-02 CN CN202211071657.8A patent/CN115278490A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116193342A (zh) * | 2023-01-09 | 2023-05-30 | 武汉敏声新技术有限公司 | 一种电容-压电式耦合麦克风 |
| CN116193342B (zh) * | 2023-01-09 | 2023-11-24 | 武汉敏声新技术有限公司 | 一种电容-压电式耦合麦克风 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10484798B2 (en) | Acoustic transducer and microphone using the acoustic transducer | |
| US4056742A (en) | Transducer having piezoelectric film arranged with alternating curvatures | |
| CN111148000B (zh) | 一种mems麦克风及阵列结构 | |
| CN111050256A (zh) | 一种小型化的高灵敏度压电式麦克风 | |
| WO2010073598A1 (ja) | 平衡信号出力型センサー | |
| CN111294715B (zh) | 压电mems麦克风 | |
| US20100166235A1 (en) | Silicon condenser microphone | |
| JPWO2018207578A1 (ja) | 圧電マイクロフォンチップおよび圧電マイクロフォン | |
| CN110602616A (zh) | 一种高灵敏度mems压电式麦克风 | |
| KR101612851B1 (ko) | 초소형 보청기 | |
| WO2021036653A1 (zh) | 一种高灵敏度压电式麦克风 | |
| JP2010283595A (ja) | マイクロホン | |
| CN113613151B (zh) | 微机电***麦克风、麦克风单体及电子设备 | |
| WO2023202418A1 (zh) | 一种麦克风组件及电子设备 | |
| CN115278490A (zh) | 压电式mems麦克风 | |
| CN220554108U (zh) | 麦克风 | |
| CN116193342B (zh) | 一种电容-压电式耦合麦克风 | |
| Yi et al. | Piezoelectric microspeaker with compressive nitride diaphragm | |
| CN216649988U (zh) | 一种mems麦克风 | |
| KR101994583B1 (ko) | Mems 압전형 마이크로폰 | |
| CN114222231B (zh) | 基于固支梁结构的双晶压电式mems麦克风 | |
| CN216649990U (zh) | 电容式麦克风 | |
| CN113596690B (zh) | 新型压电式mems麦克风的结构及装置 | |
| CN114205721B (zh) | 硅基麦克风装置及电子设备 | |
| CN114014254A (zh) | 一种mems结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |