JP6414231B2 - マイク用電子回路及びマイクを動作させる方法 - Google Patents

Description

本開示は、マイク用電子回路に関する。具体的には、電子回路はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）として構成される。さらに、本開示は、電子回路を備えたマイクに関する。マイクはＭＥＭＳ技術（微小電気機械システム）によって作成される。さらに、マイクを動作させる方法を開示している。

さまざまな用途に、マイクは３端子モードで動作する。３端子モードでは、電源用、グランド用及び出力用に別個の端子が用意される。別の用途には、２端子モードが要求される。２端子モードでは、電源及び出力が同じ端子に割り当てられる。

本開示の目的は、改善された特性を有する電子回路及びマイクを提供することである。具体的には、様々なモードにおける電子回路の動作を可能とすることが、少なくともいくつかの実施形態の目的である。さらに、マイクを動作させる改善された方法を提供することが本開示の目的である。

本開示の一態様は、マイク用電子回路に関する。電子回路は、ＡＳＩＣとして構成される。電子回路は、第１の端子を備えている。第１の端子は、電源用に構成される。電源は、トランジスタなど、電子回路の構成部品に供給される。さらに、または代替として、電源は、電子回路に接続可能なトランスデューサを動作させるために供給される。

電子回路は、第２の端子を備えている。第２の端子の機能は、電子回路の選択されたモードに依存する。

電子回路は、第３の端子を備えている。第３の端子は、グランド用に構成する。

一実施形態では、電子回路は、第１のモードで動作する。第１のモードでは、第２の端子は、マイクの出力用には構成されていない。代わりに、第２の端子は、グランドに接続される。第２の端子をグランドに容量的に接続するためにコンデンサを設けてもよい。また、コンデンサによって電磁干渉（ＥＭＩ）保護がもたらされる。マイク出力は、第１の端子に設けられる。それに応じて、第１のモードでは、第１の端子は、電源及びマイク出力の両方用に構成される。第３の端子は、グランド用に構成される。第１のモードは、電源、マイク出力及びグランドが２つの端子に割り当てられるため、２端子モードとも称される。

一実施形態では、電子回路は、第２のモードで動作する。第２のモードは、３端子モードである。第２のモードでは、第２の端子はマイク出力用に構成される。それに応じて、電気出力信号は、第２の端子に供給される。３端子モードでは、第１の端子は、電源用にのみ構成される。第２のモードは、電源、マイク出力及びグランドが３つの端子に割り当てられるため、３端子モードとも称される。

電子回路は、選択的に、第１のモード及び第２のモードで動作可能である。この目的のため、電子回路は、第１または第２のモードで動作するようにプログラム可能である。

電子回路は、メモリを備える。メモリは不揮発性メモリであってもよい。メモリは、第１または第２のモードにおいて電子回路を設定するように構成される。具体的には、メモリは、モードの１つを選択するためにプログラム可能である。さらに、メモリは、マイクの感度の調整を可能とするように構成される。

電子回路は、調整可能な負荷を備える。具体的には、電子回路は、少なくとも１つのスイッチャブル抵抗（switchable resistor）を備える。スイッチャブル抵抗は、メモリによって制御される。具体的には、メモリが抵抗のオンまたはオフを切り替える。ここで、「スイッチャブル」とは、抵抗を通って流れる電流量を、具体的にはスイッチをオープンまたはクローズすることによって制御することができることを意味する。抵抗を「オフに切り替える」または「非アクティブにする」ことは、抵抗を通して小さな電流が流れることを可能にすることを意味する。抵抗を「オンに切り替える」または「アクティブにする」ことは、抵抗を通して大きな電流が流れることを可能にすることを意味する。スイッチャブル抵抗は、マイクの電子回路それぞれの感度を、目標に調整することを可能にする。抵抗のオンとオフを切り替えることによって、同じ電子回路を第１及び第２のモードで使用できる。一実施形態では、スイッチャブル抵抗は、第１のモードでオンに切り替えられる。スイッチャブル抵抗は、第２のモードでオフに切り替えられる。

第１のモードにおける電子回路の動作は、追加の外付け抵抗を必要としない。好ましくは、電子回路はＡＳＩＣで構成され、スイッチャブル抵抗は、ＡＳＩＣに組み込まれる。これによって、電子回路に必要なスペースを削減することができる。組み込まれた抵抗は、エリアをほとんど増加させないようにすることができる。さらに、抵抗を電子回路、具体的にはＡＳＩＣに組み込むことによって、マイクの感度のばらつきを低減することができる。感度のばらつきは、外付け部品の許容誤差に起因して生じる。

電子回路は、少なくとも１つのスイッチを備える。スイッチを使用して、スイッチャブル抵抗をアクティブまたは非アクティブにする。具体的には、スイッチは、メモリによって制御される。プログラムされたモードに応じて、メモリは、スイッチをオープンまたはクローズする。それによって、スイッチャブル抵抗が、アクティブまたは非アクティブにされる。一実施形態では、第１のモードにおいてスイッチはクローズされる。第２のモードにおいてスイッチはオープンされる。

一実施形態では、スイッチは、スイッチャブル抵抗と直列に接続される。抵抗をアクティブにするために、スイッチはクローズされる。抵抗を非アクティブにするために、スイッチはオープンされる。スイッチは、第１のモードにおいてクローズされ、第２のモードにおいてオープンされる。

さらなる例として、スイッチは、抵抗と並列に接続される。抵抗をアクティブにするために、スイッチはオープンされる。抵抗を非アクティブにするために、スイッチはクローズされる。スイッチは、第１のモードにおいてオープンされ、第２のモードにおいてクローズされる。

電子回路は、トランスデューサから信号を受信するための信号入力を備える。一実施形態では、スイッチャブル抵抗は、信号入力と第２の端子との間の電路に配置される。スイッチャブル抵抗は、さらなる抵抗と並列に接続される。

一実施形態では、スイッチャブル抵抗は、信号入力と第３の端子との間の電路に配置される。スイッチが、抵抗と並列に接続される。

一実施形態では、電子回路は、２つのスイッチャブル抵抗を備える。電子回路は、スイッチの各々が抵抗の１つに割り当てられた、２つのスイッチを備える。具体的には、電子回路は、例えば上記のように、第３の端子に接続された第１のスイッチャブル抵抗と、第２の端子に接続された第２のスイッチャブル抵抗とを備える。

一実施形態では、少なくとも１つのスイッチャブル抵抗が調整可能である。好ましくは、メモリが、抵抗の調整を制御する。その調整によって、マイクの感度を調整することを可能にする。これによって、２端子モードにおいて顧客が要求する感度をもたらす値に抵抗を設定することを可能にする。その結果、抵抗に起因するだけでなくマイクの感度のばらつきにも起因する感度のばらつきが低減される。さらに、調整によって、マイクの消費電流及びＴＨＤ（総高調波歪）性能を調節することも可能にする。具体的には、メモリが抵抗の微調整を可能にする。

本開示のさらなる態様は、電子回路及びトランスデューサを備えたマイクに関する。電子回路は、上記のように任意の構造的及び機能的特徴を備える。特定の態様との関連においてそれぞれの特徴が明記されていない場合であっても、マイクに関して記載された特徴は、電子回路に関連して本明細書にも開示され、その逆も同様である。

トランスデューサは、ＭＥＭＳ技術の応用によって製作される。トランスデューサは、コンデンサを備える。具体的には、音響入力信号が、トランスデューサの電気容量の変化をもたらす。すなわち、マイクは、コンデンサマイクである。トランスデューサは、ダイアフラム、及び１つまたは複数のバックプレートを備える。具体的には、トランスデューサは、シングルエンドまたは差動のトランスデューサである。

本開示のさらなる態様によれば、マイクを動作させる方法が提供される。方法は、上記のようにマイクの任意の機能的及び構造的特徴を含む。特定の態様との関連においてそれぞれの特徴が明記されていない場合であっても、マイクに関して記載された特徴は、方法に関連して本明細書にも開示され、その逆も同様である。

方法は、モードの１つを選択するステップを含む。具体的には、モードを選択するということは、第１または第２のモードで動作するようにメモリをプログラムすることを意味する。さらに、方法は、選択されたモードにおいてマイクを動作させるステップを含む。

方法は、少なくとも１つのスイッチャブル抵抗を調整するステップも含む。一例として、抵抗の微調整が行われる。抵抗を微調整するために、選択されたモードでマイクが動作させられる。そのとき、例えばマイク出力についての計測によって、マイクのパラメータが決定される。一例として、感度、ＴＨＤ性能または消費電流が決定される。その後、メモリをプログラムすることによって、抵抗値が調整される。これによって、マイクのパラメータを最適化することを可能にする。

さらなる特徴、改善点及び有用性が、図に関連して以下の例示的な実施形態の記載から明らかとなる。

第１のモードにおけるマイク２用の電子回路１の回路図を示す。 第２のモードにおけるマイク２用の電子回路１の回路図を示す。

類似の素子、同種の素子及び同様の働きをする素子は、図において同じ符号で示されている。

図１及び図２は、２つの異なるモードにおけるマイク用の電子回路１を示している。図１では、電子回路１は第１のモードになっており、図２では、電子回路１は第２のモードになっている。

電子回路１は、特定用途向け電子回路（ＡＳＩＣ）である。電子回路１はダイとして作成される。

マイク２は、音響入力信号を電気信号に変換するために、トランスデューサ３、具体的にはＭＥＭＳトランスデューサを備える。一例として、トランスデューサ３は、シリコンまたはガリウムヒ素などの半導体材料を含んでもよい。トランスデューサ３は、ダイアフラム、及び１つまたは複数のバックプレートを備える。一例として、ダイアフラムとバックプレートとの間の距離は、１μｍから１０μｍの範囲である。トランスデューサ３は、例えば差動トランスデューサとして、またはシングルエンドトランスデューサとして構成される。

マイク２は、ＭＥＭＳダイ、及び電子回路１を備えたＡＳＩＣダイを備える。示されている電子回路１は、ＭＥＭＳトランスデューサ以外の別のトランスデューサと共にも使用される。マイク２は、例えばヘッドセットに使用され得る。

トランスデューサ３は、電子回路１に電気的に接続されている。具体的には、電子回路１は、トランスデューサ３の信号を処理する。一例として、信号は増幅器として機能するトランジスタ２０、及び／またはさらなる部品２１によって処理される。さらに、電子回路は、トランスデューサ３にバイアス電圧を供給するが、図に詳細には示していない。

電子回路１は、電子回路１を電圧源５に接続するための第１の端子４を備えている。抵抗６が、第１の端子４と電圧源５との間の接続部分に配置される。抵抗６は、電圧源５と直列に接続されている。

電子回路１は、電子回路１をグランドに接続するための第３の端子７を備えている。トランスデューサ３もグランドに接続される。

電子回路１は、電子回路１の動作モードに応じた機能を有する第２の端子８を備えている。端子４、７、８はピンとして構成される。

図１に示すように、電子回路１は、２端子モードである第１のモードで動作可能である。第１のモードでは、第２の端子８は、マイク出力として使用されない。代わりに、第１のモードでは、第２の端子８は、コンデンサ９を介してグランドに接続される。コンデンサ９は、第２の端子８に直列に接続される。コンデンサ９は、電子回路１の一部ではなく、具体的にはＡＳＩＣの一部ではない。

図２に示すように、電子回路１は、３端子モードである第２のモードでも動作可能である。第２のモードでは、第２の端子８はマイク出力として使用される。第２の端子８にコンデンサは接続されない。音響入力に応答してトランスデューサ３によって生成される電気信号が、第２の端子８に供給される。

図１及び図２に見られるように、電子回路１は、第１または第２のモードでの動作を可能にするためのメモリ１０を備えている。メモリ１０は、不揮発性メモリである。メモリ１０は、制御入力１１及びクロック入力１２を備えている。メモリは、外部から、具体的には制御ピンを経由して制御入力１１へアクセスすることによってプログラム可能である。制御入力１１に供給される入力信号に応じて、メモリ１０が電子回路１を第１または第２のモードで動作するように切り替える。

電子回路１は、第１のスイッチャブル抵抗１３及び第２のスイッチャブル抵抗１４を備えている。第１のスイッチャブル抵抗１３は、第３の端子７に接続されている。具体的には、第１のスイッチャブル抵抗１３は、第３の端子７に直列に接続されている。さらなる抵抗１５が、第１のスイッチャブル抵抗１３と並列に接続されている。第１のスイッチャブル抵抗１３は、第１のスイッチ１６によってアクティブまたは非アクティブにすることができる。第２のモードでは、第１のスイッチャブル抵抗１３が非アクティブになるように、第１のスイッチ１６はオープンになっている。

第２のスイッチャブル抵抗１４は、第２の端子８に接続されている。第２のスイッチャブル抵抗１４は、第２のスイッチ１７によってアクティブまたは非アクティブにすることができる。第２のスイッチ１７は、第２のスイッチャブル抵抗１４と並列に接続されている。第２のモードでは、第２のスイッチャブル抵抗１４がブリッジされて非アクティブにされるように、第２のスイッチ１７はクローズになっている。

第１及び第２のスイッチ１６、１７は、メモリ１０によって制御される。具体的には、メモリ１０は、第１のスイッチ１６の状態を制御する第１のスイッチ制御１８、及び第２のスイッチ１７の状態を制御する第２のスイッチ制御１９を備えている。電子回路１が第１のモードで動作させられるべきとき、メモリ１０は、第１のスイッチ制御１８を経由して対応する信号を供給することによって、第１のスイッチ１６をクローズする。さらに、メモリ１０は、第２のスイッチ制御１９を経由して対応する信号を供給することによって、第２のスイッチ１７をオープンする。第１及び第２のスイッチャブル抵抗１３、１４をアクティブにすることによって、第１のモードで要求される感度が達成される。

電子回路１が第２のモードに切り替えられるとき、メモリ１０は、第１のスイッチ１６をオープンし、第２のスイッチ１７をクローズする。その結果、第１及び第２のスイッチャブル抵抗１３、１４を非アクティブにすることができる。

さらに、スイッチャブル抵抗１３、１４は、メモリ１０によって調整可能である。具体的には、メモリ１０は、第１及び第２それぞれのスイッチャブル抵抗１３、１４を調整するための、第１の調整制御２２及び第２の調整制御２３を備えている。これによって、スイッチャブル抵抗１３、１４の微調整を可能にしている。その結果、第１のモードにおける感度のばらつきが低減される。このばらつきは、抵抗からだけではなく、マイクの全体のばらつきからも生じる。したがって、全体のばらつきを低減することができる。具体的には、感度調整は、第２のスイッチャブル抵抗１４を調整することによって達成することができる。さらに、具体的には第１のスイッチャブル抵抗１３を調整することによって、マイクの消費電流及びＴＨＤ性能も調整することができる。

１ 電子回路
２ マイク
３ トランスデューサ
４ 第１の端子
５ 電圧源
６ 抵抗
７ 第３の端子
８ 第２の端子
９ コンデンサ
１０ メモリ
１１ 制御入力
１２ クロック入力
１３ 第１のスイッチャブル抵抗
１４ 第２のスイッチャブル抵抗
１５ さらなる抵抗
１６ 第１のスイッチ
１７ 第２のスイッチ
１８ 第１のスイッチ制御
１９ 第２のスイッチ制御
２０ トランジスタ
２１ 電子回路のさらなる部品
２２ 第１の調整制御
２３ 第２の調整制御
２４ 信号入力

Claims (15)

1. マイク用の電子回路であって、
   第１の端子と第２の端子とを備え、
   前記電子回路は、第１のモードまたは第２のモードで選択的に動作可能で、前記第１のモードでは、前記第１の端子がマイク出力用に構成され、前記第２のモードでは、前記第２の端子がマイク出力用に構成される電子回路。
2. 前記電子回路を前記第１または第２のモードに設定するためのメモリを備える請求項１記載の電子回路。
3. 少なくとも１つのスイッチャブル抵抗を備える請求項１または請求項２記載の電子回路。
4. 前記第１のモードにおいて、前記スイッチャブル抵抗がオンに切り替えられる請求項３記載の電子回路。
5. 前記第１及び第２のモードにおいて、前記第１の端子が電源用に構成される請求項１〜４のいずれか１項記載の電子回路。
6. トランスデューサから信号を受信するための信号入力を備え、前記スイッチャブル抵抗が、前記信号入力と前記第２の端子との間の電路に配置される請求項３または請求項４記載の電子回路。
7. グランド用に構成される第３の端子を備える請求項１〜６のいずれか１項記載の電子回路。
8. トランスデューサから信号を受信するための信号入力と、グランド用に構成される第３の端子とを備え、前記スイッチャブル抵抗が、前記信号入力と前記第３の端子との間の電路に配置される請求項３または請求項４記載の電子回路。
9. 少なくとも１つのスイッチャブル抵抗と、前記スイッチャブル抵抗をオンに切り替えるために前記メモリによって制御可能な少なくとも１つのスイッチとを備える請求項２記載の電子回路。
10. 前記スイッチャブル抵抗が調整可能である請求項３、４、６、８及び９のいずれか１項記載の電子回路。
11. 少なくとも１つのスイッチャブル抵抗を備え、前記スイッチャブル抵抗が調整可能であり、前記メモリが、前記スイッチャブル抵抗の調整を制御する請求項２記載の電子回路。
12. 前記電子回路が特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）である請求項１〜１１のいずれか１項記載の電子回路。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項記載の電子回路と、トランスデューサとを備えるマイク。
14. 前記トランスデューサが、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）技術によって作成される請求項１３記載のマイク。
15. 請求項１３または請求項１４記載のマイクを動作させる方法であって、
    前記第１または第２のモードを選択するステップと、
    マイクを選択されたモードで動作させるステップとを含む方法。

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