(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラム及びバックプレートを有する電気音響変換素子と、
前記電気音響変換素子により生成された信号を処理するため、前記電気音響変換素子に操作可能に接続された信号処理回路と、
コンデンサマイクロフォン装置をテストモード又は操作モードに選択的に設定するためのモード設定回路と、
前記ダイヤフラムと前記バックプレート間のＤＣ電圧の差として印加されるＤＣバイアス電圧を生成するための電圧増幅回路と、を備えるコンデンサマイクロフォン装置であって、
前記モード設定回路は、前記ダイヤフラムと前記バックプレート間の前記ＤＣバイアス電圧を０ボルトに設定するための無効回路を有し、
前記コンデンサマイクロフォン装置の電気音響感度は、テストモードで操作された場合、操作モードで操作された場合の前記コンデンサマイクロフォン装置の対応する電気音響感度と比べ、少なくとも４０ｄＢ小さい、
ことを特徴とするコンデンサマイクロフォン装置。
【請求項２】
テストモードで操作された場合、操作モードで操作された場合の前記コンデンサマイクロフォン装置の電気音響感度と比べ、少なくとも５０ｄＢ、例えば６０ｄＢ、例えば７０ｄＢ、例えば８０ｄＢ、低い電気音響感度を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のコンデンサマイクロフォン装置。
【請求項３】
前記信号処理回路、前記モード設定回路、及び、前記電圧増幅回路が、共通の半導体ダイ上に設置される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のコンデンサマイクロフォン装置。
【請求項４】
前記半導体ダイは、電気音響変換素子をさらに備える、
ことを特徴とする請求項３に記載のコンデンサマイクロフォン装置。
【請求項５】
前記電気音響変換素子は、エレクトレット変換素子である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のコンデンサマイクロフォン装置。
【請求項６】
前記モード設定回路は、前記電気音響変換素子を前記信号処理回路から電気的に切断するための電気スイッチを備える、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロフォン装置。
【請求項７】
前記コンデンサマイクロフォン装置が前記テストモードで操作される際、前記信号処理回路に電気的に接続されるキャパシタをさらに備える、
ことを特徴とする請求項６に記載のコンデンサマイクロフォン装置。
【請求項８】
前記キャパシタは、前記電気音響変換素子のダイヤフラム及びバックプレートにより形成される容量と実質的に等しい容量を有する、
ことを特徴とする請求項７に記載のコンデンサマイクロフォン装置。
【請求項９】
前記無効回路は、前記電圧増幅回路の出力ポートを電気的に接地させるための短絡回路装置を備える、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロフォン装置。
【請求項１０】
前記無効回路は、前記電圧増幅回路に供給される制御信号に応答する前記ＤＣバイアス電圧をゼロにするための手段を有する、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロフォン装置。
【請求項１１】
前記信号処理回路への供給電圧レベル及び／又は供給電流レベルが、前記コンデンサマイクロフォン装置のモード設定と実質的に独立である、
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロフォン装置。
【請求項１２】
前記信号処理回路のプリアンプ回路への供給電圧レベルが、前記コンデンサマイクロフォン装置のモード設定と実質的に独立である、
ことを特徴とする請求項１１に記載のコンデンサマイクロフォン装置。
【請求項１３】
コンデンサマイクロフォン装置のハウジング内に搭載された信号処理回路の性能特性を判定するための方法であって、前記コンデンサマイクロフォン装置は、ダイヤフラム及びバックプレートを有する電気音響変換素子、前記電気音響変換素子により生成された信号を処理するための、前記電気音響変換素子に操作可能に接続された信号処理回路、前記コンデンサマイクロフォン装置の操作のモードを選択的に設定するためのモード設定回路を備え、
前記コンデンサマイクロフォン装置は、テストモードで操作された場合、操作モードで操作された場合の前記コンデンサマイクロフォン装置の対応する電気音響感度と比べ、少なくとも４０ｄＢ小さい電気音響感度を有し、
前記方法は、
前記電気音響変換素子を、前記信号処理回路から電気的に切断し、前記ダイヤフラムと前記バックプレート間のバイアス電圧をゼロにし、前記コンデンサマイクロフォン装置を操作のテストモードに設定するステップ、
前記コンデンサマイクロフォン装置の前記信号処理回路にテストデータを供給するステップ、
前記コンデンサマイクロフォン装置がテストモードで操作されている間、前記供給されたテストデータに基づき、前記コンデンサマイクロフォン装置の前記信号処理回路の性能特性を判定するステップ、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記コンデンサマイクロフォン装置は、テストモードで操作された場合、操作モードで操作された場合の前記コンデンサマイクロフォン装置の電気音響感度と比べ、少なくとも５０ｄＢ、例えば６０ｄＢ、例えば７０ｄＢ、例えば８０ｄＢ、低い電気音響感度を有する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記コンデンサマイクロフォン装置をテストモードに設定するステップは、
前記信号処理回路をキャパシタに電気的に接続するステップをさらに備える、
ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記キャパシタは、前記電気音響変換素子の前記ダイヤフラム及び前記バックプレートにより形成される容量と実質的に等しい容量を有する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
電圧増幅回路の出力ポートを電気的に接地することにより、前記バイアス電圧をゼロにする、
ことを特徴とする請求項１３から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記バイアス電圧は、電圧増幅回路に供給される制御信号に応答してゼロになる、
ことを特徴とする請求項１３から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記信号処理回路への供給電圧レベル及び／又は供給電流レベルは、前記コンデンサマイクロフォン装置のモード設定と実質的に独立である、
ことを特徴とする請求項１３から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記信号処理回路のプリアンプ回路への供給電圧レベルは、前記コンデンサマイクロフォン装置のモード設定と実質的に独立である、
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型マイクロフォン装置、及び、当該小型マイクロフォン装置の信号処理回路における選択された性能パラメーターの測定方法に関する。特に、本発明は、信号処理回路により生成された電気信号を、信号処理回路と操作可能に接続された、マイクロフォン変換素子により生成された信号と分離する、組み込み型の診断回路又はテスト回路を有する、小型マイクロフォン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁雑音・音響雑音が多く、測定には適さない製造環境のため、一般的に、低雑音小型マイクロフォンプリアンプを例とする高精度なアナログ回路を、ウェーハ製造時にテストするのは困難である。したがって、組み立てられたマイクロフォン装置の最終テストの際に、信号処理回路の性能パラメータを測定するのが好適である。また、携帯端末及び補聴器向けの小型マイクロフォン装置の製造に際する品質のばらつきのため、電気的及び／又は電気・音響仕様に準拠していることを確認するために、組み立てられたマイクロフォン装置の性能パラメータを測定するのが好適である。性能パラメータの例としては、電気音響感度（Ｖｏｌｔ／Ｐａｓｃａｌ）及び低雑音小型マイクロフォンのプリアンプの電気出力雑音レベルが挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、性能パラメータの測定は、通常、装置のマイクロフォン変換素子により生成された信号と、プリアンプ、電圧調整器、電圧増幅回路といった回路を含む信号処理回路により生成された信号の、相互作用及び合成により影響を受ける。装置の性能パラメータを測定するためには、信号処理回路により処理又は生成された信号と、マイクロフォン変換素子により生成された信号とを、分離する必要がある。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、信号処理回路により生成された電気信号を、マイクロフォン変換素子により生成された信号と分離する、組み込み型の診断回路又はテスト回路を提供することにある。これにより、不合格と判定された小型マイクロフォン装置の故障した部品又はパーツの正確な特定が可能となり、故障した部品は、適宜再設計又は修理され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的は、第１の観点に係る、電気音響変換素子、信号処理回路、モード設定回路を有するコンデンサマイクロフォン装置を提供することにより達成される。前記電気音響変換素子は、ダイヤフラム及びバックプレートを有する。前記信号処理回路は、前記電気音響変換素子により生成された信号を処理するため、前記電気音響変換素子に操作可能に接続される。前記モード設定回路は、前記コンデンサマイクロフォン装置をテストモード又は操作モードに選択的に設定する。前記コンデンサマイクロフォン装置の電気音響感度は、テストモードで操作された場合、操作モードで操作された場合の前記コンデンサマイクロフォン装置の対応する電気音響感度と比べ、少なくとも４０ｄＢ小さい。
【０００６】
前記コンデンサマイクロフォン装置のテストモードは、ディジタル又はアナログの小型コンデンサマイクロフォン装置を、例えば、「合格」「不合格」「Ａ品質」「Ｂ品質」といった、異なるグループに分類するのを容易にする。前記テストモードにより、環境雑音レベルが高い生産環境下において、出力雑音レベルの正確かつ高速な測定が可能となる。したがって、本発明においては、無響室のような試験環境が不要である。このように、通常の電気テストに加え、雑音性能の自動テストが、高速かつコストパフォーマンスの高い方法で実施され得る。
【０００７】
前記テストモードにより、前記信号処理回路により生成された信号の選択的な測定及び評価が、前記電気音響変換素子により生成された信号の影響を受けることなく、可能となる。これにより、不合格と判定された小型マイクロフォン装置の故障した部品又はパーツの正確な特定が容易になる。後に詳述するが、テストモードにより、特に、ＡＳＩＣ形式の半導体ダイ上や、完成したコンデンサマイクロフォン装置上に通常配置される、前記信号処理回路の性能又は電気特性の測定が容易になる。
【０００８】
本発明の特定の実施例においては、エレクトレット型若しくは非エレクトレット型（後者は外部ＤＣバイアス電圧が必要となる）又は両者の組み合わせである電気音響容量変換器を含む。
【０００９】
好適には、前記電気音響変換素子は、ＭＥＭＳマイクロフォン変換素子である。
【００１０】
前記コンデンサマイクロフォン装置は、テストモードで操作された場合、好適には、操作モードで操作された場合の前記コンデンサマイクロフォン装置の電気音響感度と比べ、少なくとも５０ｄＢ、例えば６０ｄＢ、例えば７０ｄＢ、例えば８０ｄＢ、低い電気音響感度を有する。
【００１１】
前記コンデンサマイクロフォン装置は、さらに、ＤＣバイアス電圧を生成するための電圧増幅回路を有してもよい。ＤＣバイアス電圧は、ダイヤフラムとバックプレート間のＤＣ電圧の差として印加される。前記電圧増幅回路は、５−２０Ｖの範囲で、例えば８−１２Ｖ、例えば約１０ＶのＤＣバイアス電圧を発生させる、Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置として実装されてもよい。
【００１２】
好適には、前記信号処理回路、前記モード設定回路、前記電圧増幅回路は、共通の半導体ダイ又は基板上、例えば、ＣＭＯＳ、バイポーラＡＳＩＣ又はＢｉＣＭＯＳ  ＡＳＩＣの形態で、設置されてもよい。任意で、前記半導体ダイは、ダイが単独であるＭＥＭＳコンデンサマイクロフォン装置を提供するため、ＭＥＭＳである電気音響変換素子をさらに有しても良い。
【００１３】
前記コンデンサマイクロフォン装置の前記モード設定回路は、前記電気音響変換素子を前記信号処理回路から電気的に切断するための、電気スイッチを有してもよい。さらに、前記コンデンサマイクロフォン装置が前記テストモードで操作される際、前記信号処理回路に電気的に接続されるキャパシタが提供されてもよい。好適には、前記提供されるキャパシタは、前記電気音響変換素子のダイヤフラム及びバックプレートの構造により形成される容量と、実質的に等しい容量を有する。前記キャパシタは、好適には、テストモードにおいて、信号源容量が、前記信号処理回路から、実質的に操作モードにおける前記電気音響変換素子の容量に等しく「見える」ように、前記信号処理回路と結合される。これにより、前記信号処理回路、例えば、プリアンプの性能特性を、実際の操作環境下で、すなわち、信号源インピーダンスが実質的に操作モードと一致する環境下で、テストすることが可能になる。
【００１４】
前記コンデンサマイクロフォン装置の前記モード設定回路は、前記ダイヤフラムと前記バックプレート間の前記ＤＣバイアス電圧を０（ボルト）に設定するための無効回路をさらに有してもよい。このため、前記無効回路は、前記電気音響変換素子の前記ダイヤフラム又は前記バックプレートに接続される前記電圧増幅回路の出力ポートを電気的に接地させるための、短絡回路装置を有してもよい。
【００１５】
さらに、前記コンデンサマイクロフォン装置の前記モード設定回路は、前記電圧増圧回路に供給される制御信号に応答する前記ＤＣバイアス電圧をゼロにするための無効回路を有してもよい。前記制御信号は、好適には、前記電圧増圧回路に印加されるクロック信号、ＤＣ入力信号、又は、これらの組み合わせを含む。
【００１６】
前記コンデンサマイクロフォン装置においては、前記信号処理回路への供給電圧レベル及び／又は供給電流レベルを、前記コンデンサマイクロフォン装置のモード設定から実質的に独立させるのが容易である。特に、前記信号処理回路のプリアンプ回路への供給電圧レベル又は供給電流レベルは、前記コンデンサマイクロフォン装置のモード設定から実質的に独立であってもよい。したがって、実質的に一定の供給電圧及び／又は実質的に一定の電流が、前記テストモード及び前記操作モードの双方において、前記信号処理回路に印加される。これにより、前記プリアンプ回路の性能特性を、実際の操作環境下で、すなわち、実質的に操作モードにおける供給電圧及び電流設定と同一の状態で、テストすることが可能となる。
【００１７】
第２の観点では、本発明は、コンデンサマイクロフォン装置のハウジング内に搭載された信号処理回路の性能特性を判定するための方法に関する。前記コンデンサマイクロフォン装置は、ダイヤフラム及びバックプレートを有する電気音響変換素子、前記電気音響変換素子により生成された信号を処理するための、前記電気音響変換素子に操作可能に接続された信号処理回路、及び、前記コンデンサマイクロフォン装置の操作のモードを選択的に設定するためのモード設定回路を有する。当該方法は、前記コンデンサマイクロフォン装置を操作のテストモードに設定し、前記コンデンサマイクロフォン装置の前記信号処理回路にテストデータを供給するステップを備える。当該方法は、さらに、前記コンデンサマイクロフォン装置がテストモードで操作されている間、前記供給されたテストデータに基づき、前記コンデンサマイクロフォン装置の前記信号処理回路の性能特性を判定するステップを含む。前記コンデンサマイクロフォン装置は、テストモードで操作された場合、操作モードで操作された場合の前記コンデンサマイクロフォン装置の対応する電気音響感度と比べ、少なくとも４０ｄＢ小さい電気音響感度を有する。
【００１８】
さらに、前記コンデンサマイクロフォン装置は、テストモードで操作された場合、好適には、操作モードで操作された場合の前記コンデンサマイクロフォン装置の電気音響感度と比べ、少なくとも５０ｄＢ、例えば６０ｄＢ、例えば７０ｄＢ、例えば８０ｄＢ、低い電気音響感度を有する。
【００１９】
前記コンデンサマイクロフォン装置をテストモードに設定するステップは、前記電気音響変換素子を、前記信号処理回路から電気的に切断する過程を含んでもよい。また、前記コンデンサマイクロフォン装置をテストモードに設定するステップは、さらに、前記電気音響変換素子の前記ダイヤフラム及び前記バックプレートにより形成される容量と実質的に等しい容量を有するキャパシタを、前記信号処理回路と電気的に接続させるステップを含んでもよい。
【００２０】
前記コンデンサマイクロフォン装置をテストモードに設定するステップは、前記ダイヤフラムと前記バックプレート間のバイアス電圧をゼロにする過程を含んでもよい。前記バイアス電圧は、電圧増幅回路の出力ポートを電気的に接地することにより、ゼロになってもよい。代替的に、前記バイアス電圧は、前記電圧増幅回路に供給される制御信号に応答して、ゼロになってもよい。
【００２１】
当該方法によれば、前記信号処理回路への供給電圧レベルを、前記コンデンサマイクロフォン装置のモード設定と、容易に実質的に独立させることができる。特に、前記信号処理回路のプリアンプ回路への供給電圧レベルは、前記コンデンサマイクロフォン装置のモード設定と実質的に独立であってもよい。したがって、実質的に一定の供給電圧及び／又は実質的に一定の電流が、前記テストモード及び前記操作モードの双方において、前記信号処理回路に印加されてもよい。
【００２２】
本発明のさらなる実施形態は添付の図面を参照してさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る小型マイクロフォン装置を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る小型マイクロフォン装置を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る小型マイクロフォン装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は、種々の改変や代替的な形態を許容するものであり、ここに詳細に記述される特定の実施形態は、図中に一例として示されるものである。しかしながら、当然のことながら、本発明を、開示された特定の形式に制限することを意図したものではない。むしろ、本発明は、添付した特許請求の範囲により定められる本発明の範囲内であれば、全ての改変、均等の範囲、代替物にまで及ぶ。
【００２５】
本発明は、その最も広い観点においては、小型マイクロフォン装置、及び、マイクロフォン装置のモード設定インターフェースを通じた、例えばデジタルデータであるデータの送信により、小型マイクロフォン装置がテストモードに設定され得る、関連する方法に関する。デジタルデータは、例えばテストコンピュータのような、外部手段により提供され得る。
【００２６】
テストモードにおいては、小型マイクロフォン装置の電気音響感度は、操作モードで操作された場合の対応する小型マイクロフォン装置の電気音響感度と比べ、少なくとも４０ｄＢ低い。
【００２７】
テストモードは、信号処理回路の性能又は電気的特性を選択的に測定することを可能にする。信号処理回路は、典型的には、ＡＳＩＣを含み、完成した小型マイクロフォン装置内に配置される。小型マイクロフォン装置をテストモードに設定することにより、マイクロフォンのハウジング又はマイクロフォンパッケージ内に搭載した後、信号処理回路の性能特性が測定され得る。さらに、本発明は、小型マイクロフォン装置の雑音レベルの性能テストを、無響室でない環境下で行うことを可能とする。無響室である環境は、大量生産を行う生産環境下においては現実的ではないため、この特徴は、利点である。
【００２８】
非エレクトレットコンデンサマイクロフォンのマイクロフォン変換素子からの電気出力信号は、組み合わされて変換キャパシタを構成する、ダイヤフラムとバックプレート間に印加されるＤＣバイアス電圧に依存する。ダイヤフラムとバックプレート間にＤＣバイアス電圧が印加されていない場合は、電気音響感度は、印加された音声信号に対し、実質的にゼロとなる。このような条件下においては、小型マイクロフォン装置からの電気出力信号は、マイクロフォン変換素子に操作可能に接続されている信号処理回路からの電気雑音により、大きな影響を受ける。また、このような状況下においては、小型マイクロフォン装置を、無響室や防音音響室といった、音響的に隔離された環境下に置くことなく、マイクロフォン変換素子の固有雑音レベルと、信号処理回路自体の雑音への寄与度を、判定することが可能である。雑音測定の信頼度及び正確度をさらに高めるために、信号処理回路は、テストを目的として、操作モードにおける小信号利得と比べ、例えば１０〜４０ｄＢ、高い小信号利得にプログラムされ、又は、設定されてもよい。
【００２９】
信号処理回路からの電気雑音に加え、マイクロフォン変換素子からの音響電気雑音の寄与もあることに留意するべきである。しかしながら、この音響電気雑音の大きさは、推測が可能であるため（測定値に基づき、又は、平均値を用いて）、音響的な雑音のある生産環境下でさえも、完成した小型マイクロフォン装置の出力雑音レベルの、信頼性のある推測値を得ることができる。
【００３０】
信号処理回路の雑音レベルの判定に加え、ダイヤフラムとバックプレートとの間のＤＣバイアス電圧が無効レベルに降下した場合において、信号経路に明確な低レベルＡＣ信号を印加することにより、信号処理回路の小信号又はＡＣ増幅を判定することが可能である。
【００３１】
図１は、他の構成要素に加えて、信号処理回路を有する、ディジタル小型マイクロフォン装置１の単純化した概要構成を示す。ディジタル小型マイクロフォン装置は、例えば１つ以上のＭＯＳ又はＣＭＯＳトランジスタから成り、低雑音マイクロフォンプリアンプ／バッファ８の入力と、マイクロフォン変換素子３との間に挿入された、プログラマブル電子スイッチ２、及び、プリアンプ／バッファ８の入力端子とＡＣグランドの間に挿入された、第２プログラマブルスイッチ４を有する。第３プログラマブルスイッチ５は、Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置６からのＤＣバイアス電圧を無効レベルに低下させるために用いられる。この第３プログラマブルスイッチ５は、非線形静電引力によるマイクロフォン変換素子のダイヤフラムとバックプレート間の残留癒着の発生を検知及び／又は防ぐ、破壊検知回路７により制御される。
【００３２】
図１に示したマイクロフォン変換素子は、非エレクトレット型のＭＥＭＳマイクロフォン変換素子である。しかしながら、図１に示した実施例においては、Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置と破壊検知回路を省略し、エレクトレットマイクロフォン変換素子により実装してもよい。
【００３３】
プログラマブルスイッチ４の１つは、プリアンプ／バッファ８の入力端子とＡＣグランドをキャパシタＣｍｉｋｅ９経由で連結させるよう配置される。一方、他のプログラマブルスイッチ２は、マイクロフォン変換素子３に対し、低雑音マイクロフォンプリアンプ／バッファ８の入力を切断するよう配置される。キャパシタＣｍｉｋｅ９の容量は、好適には、マイクロフォン変換素子の容量と実質的に等しい。したがって、図１のディジタル小型マイクロフォン装置がテストモードで操作される場合、マイクロフォン変換素子からの雑音による寄与は、マイクロフォン変換素子と信号処理回路の入力端子との間のスイッチの、中間に位置するパスゲートスイッチ（ｐａｓｓ  ｇａｔｅ  ｓｗｉｔｃｈ）２を無効にすることによる切断、又は、信号処理回路の入力端子のＡＣグランドへの接続により、ほとんど除去される。後者は、小信号又はＡＣグランドに入力端子を連結させることにより、例えば、上述のキャパシタＣｍｉｋｅを経由して入力端子をグランド端子又はＤＣ電圧供給端子に連結することにより、実現される。このような方法により、キャパシタＣｍｉｋｅの一方の端子は、小信号又はＡＣグランドに連結される。キャパシタＣｍｉｋｅは、好適には、マイクロフォン変換素子の容量にほぼ等しい公称容量を有してもよい。代替的には、キャパシタＣｍｉｋｅは、マイクロフォン変換素子の容量の＋／−２５％以内の公称容量を有してもよい。マイクロフォン変換素子の容量の公称値に依存して、携帯端末及び補聴器に使用される小型コンデンサマイクロフォン装置のキャパシタＣｍｉｋｅの容量は、好適には、０．５ｐＦ〜２０ｐＦの間である。キャパシタＣｍｉｋｅは、好適には、半導体ダイ又は半導体チップに、信号処理回路及びモード設定回路と共に組み込まれ、ポリエステル繊維−ポリエステル繊維コンデンサを有してもよい。
【００３４】
好適な実施例においては、本発明におけるモード設定回路は、出願人による同時係属の欧州特許出願第１５９９０６７号（その開示内容はその全体を引用により本明細書に含める）に開示されている破壊検知回路と組み合わされる。この後者の回路は、非線形静電引力による、ＭＥＭＳマイクロフォンダイヤフラムとバックプレート間の残留癒着の発生を検知及び／又は防ぐ。破壊検知回路は、好適には、ダイヤフラムとバックプレートの間の非線形静電引力を除去し、よって、癒着の問題を回避するための、ＤＣバイアス電圧無効化機能を有する。ＤＣバイアス電圧無効化機能は、Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置の出力と、ＤＣバイアス電圧キャパシタを短絡させることが可能である、図１内のプログラマブルＭＯＳスイッチ５により実現される。破壊検知回路の無効化機能５は、ＤＣバイアス電圧を無効化、すなわち、ＤＣバイアス電圧を実質的に０ボルトに、非常に高速に変化させることができる。
【００３５】
ＤＣバイアス電圧無効化機能は、ディジタル小型マイクロフォン装置の本実施形態において、２つの異なる目的を果たしてもよい。目的の１つは、破壊検知／防止機能である。もう１つの目的は、装置をテストモードにするための準備である。
【００３６】
図１を参照して、シグマデルタ変換器の形態であるＡ／Ｄ変換器１０は、装置からのアナログプリアンプ信号をデジタル出力信号に変換する。ＴΩ又はＧΩ単位のインピーダンスを有する１組のクロスカップル接続ダイオード１１は、Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置６の出力端子と、マイクロフォン変換素子３のバックプレート又はダイヤフラムとの間に挿入され、マイクロフォン変換素子の電荷を原則として一定にする。
【００３７】
ここに開示するプログラミングインターフェースは、データ、クロック、接地線を有し、カスタマイズされた／独自仕様の、又は、業界標準プログラミングインターフェースであってもよい。プログラミングインターフェースは、好適には、Ａ／Ｄ変換器１０からのデータの送信、及び、例えば、ディジタル小型マイクロフォン装置をテストモードに構成するためのテストコンピュータからディジタル小型マイクロフォン装置へ送信されたデータの受信をサポートする双方向ＩＩＣバスインタフェースといった双方向インターフェースである。プログラミングインターフェースは、代替的には、単独のデータ線及び接地線を備える、１線ディジタルデータインタフェースを構成してもよい。本発明の他の実施形態においては、プログラミングインタフェースは、ＭＩＰＩ  Ａｌｌｉａｎｃｅの仕様に準拠した、ＳＬＩＭｂｕｓＴＭ（低電力チップ間シリアルバス、Ｓｅｒｉａｌ  Ｌｏｗ−ｐｏｗｅｒ  Ｉｎｔｅｒ−ｃｈｉｐ  Ｍｅｄｉａ  Ｂｕｓ）を構成する。
【００３８】
図１に示された実施例においては、Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置６は、クロスカップル接続ダイオードの組１１を経由して、小型マイクロフォン変換素子３のダイヤフラムとバックプレート間の電圧差として印加される、約１０ＶのＤＣバイアス電圧を生成する。ダイヤフラムとバックプレート間に必要な電圧差を生成するために蓄積された電荷を有するエレクトレット小型マイクロフォン変換素子を使用する場合、低ノイズマイクロフォンプリアンプ／バッファ８の入力とマイクロフォン変換素子３の間に挿入されたプログラマブルスイッチ２、及び、低ノイズマイクロフォンプリアンプ／バッファ８の入力端子とＡＣグランドの間に挿入されたプログラマブルスイッチ４は、エレクトレット小型マイクロフォン装置をテストモードに設定するために用いられる。
【００３９】
図１に示したディジタル小型マイクロフォン装置をテストモードに設定すると、信号処理回路により生成される信号は、マイクロフォン変換素子により生成される信号から分離される。このように、故障しているディジタル小型マイクロフォン装置は、ディジタル小型マイクロフォン装置の信号処理回路を通じて適切なデータ信号を送信することにより、正確に特定され得る。
【００４０】
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施形態におけるアナログ小型マイクロフォン装置について説明する。図２におけるアナログ小型マイクロフォン装置は、Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置１３に操作可能に接続されるバックプレートと、ダイヤフラムを有する非エレクトレット小型変換素子１２を使用する。Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置１３は、クロスカップル接続ダイオード１４を経由して、非エレクトレット小型変換素子１２のダイヤフラムとバックプレート間の電圧差として印加される、約１０Ｖのバイアス電圧を生成する。非エレクトレット小型変換素子からの電気出力信号は、アナログ小型マイクロフォン装置の出力端子に達する前に、バッファ１５、及び、低ノイズプリアンプ１６を経由して送信される。
【００４１】
ダイヤフラムとバックプレート間の残留癒着の発生を検知及び／又は防止するための破壊検知回路１７が設置される。破壊検知回路は、ダイヤフラムとバックプレート間の非線形静電引力を除去し、よって、癒着の問題を回避するための、ＤＣバイアス電圧無効機能１８を有する。したがって、ＤＣバイアス電圧無効化機能１８は、Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置１３からのＤＣバイアス電圧を接地させ、それにより、ダイヤフラムとバックプレート間の電圧差を無効化するように構成される。破壊検知回路の無効化機能１８は、ＤＣバイアス電圧を無効化、すなわち、ＤＣバイアス電圧を０に、非常に高速に変化させることができる。
【００４２】
図２に示したアナログ小型マイクロフォン装置が、Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置を短絡させることによりテストモードに設定された場合、故障しているアナログ小型マイクロフォン装置は、アナログ小型マイクロフォン装置の信号処理回路を通じて適切なデータ／テスト信号を送信することにより、正確に特定され得る。
【００４３】
次に、図３を参照して、本発明の第３の実施形態におけるディジタル小型マイクロフォン装置について説明する。図３におけるディジタル小型マイクロフォン装置は、Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置２０に操作可能に接続されたバックプレートと、ダイヤフラムを有する非エレクトレット小型変換素子１９を使用する。Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置２０は、クロスカップル接続ダイオードの組２１を経由して、非エレクトレット小型変換素子１９のバックプレートとダイヤフラム間の電圧差として印加される、約１０Ｖのバイアス電圧を生成する。非エレクトレット小型変換素子からの電気出力信号は、シグマデルタ変換器の形態であるＡ／Ｄ変換器２４に達する前に、バッファ２２、及び、低ノイズプリアンプ２３を経由して印加される。
【００４４】
Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置からの出力電圧は、クロック信号の除去、又は、Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置に供給されるＤＣ入力電圧を減少させることにより、制御される。したがって、図３のディジタル小型マイクロフォン装置をテストモードに設定するために、Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置からのＤＣバイアス電圧を無効化するため、クロック信号又はＤＣ入力電圧は、Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置から除去され得る。図３におけるディジタル小型マイクロフォン装置がテストモードに設定された場合、故障しているディジタル小型マイクロフォン装置は、ディジタル小型マイクロフォン装置の信号処理回路を通じて適切なデータ／テスト信号を送信することにより、正確に特定され得る。
【００４５】
図１乃至３において説明したいずれの実施形態においても、ＤＣバイアス電圧を無効化し、明確な低レベル信号を信号処理回路に印加することにより、信号処理回路の小信号又は交流増幅は測定又は判定され得る。この低レベル信号は、基準電圧（好適にはバンドギャップ電圧が１．２Ｖ）のオン／オフを、適切な周波数で切り替えることにより生成され得る。適切な周波数は、例えば、マスタークロック信号又はメインクロック信号を整数で除する（ｄｏｗｎｓｃａｌｉｎｇ）ことにより導出され得る。さらに、基準電圧は、半導体処理の多様性に係わらず、高精度を維持することが可能な抵抗測定回路及び／又は容量測定回路を使用することにより、適切な大きさに設定され得る。これは、自己テスト又は製造テストに際し、マイクロフォン装置の絶対感度の検出に用いられる。
【００４６】
また、本発明の実施形態は、１つ以上の以下のテストの実施を容易にする。
１．マイクロフォンの容量・バイアス電圧テスト
２．マイクロフォンのバイアステスト
３．入力リークテスト
４．１ｋＨｚ増幅／感度テスト
【００４７】
（マイクロフォンの容量・バイアス電圧テスト）
このテストの目的は、マイクロフォン装置のダイヤフラム及びバックプレートの破壊を防ぐことにある。チャージポンプ／Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置が高速安定フィードバック制御電圧発生装置として設計された場合、内部チャージポンプ電圧が外部のアナログ電圧により無効化され得るよう、その基準電圧は、マイクロフォン装置の外部からアクセス可能であってもよい。これにより、マイクロフォン素子をバイアスするために用いられる内部チャージポンプ電圧は、所定の範囲の電圧で、制御下で連続的に変化し得る。マイクロフォン装置の感度が、様々なチャージポンプ電圧（外部に設定された基準電圧により制御される）に対して測定される場合、マイクロフォン装置における基準電圧／バイアス電圧と感度の関係が判定され得る。この関係は、必要に応じて、容量とバイアス電圧との関係に変換され得る。
【００４８】
チャージポンプに対する基準電圧は、一定の範囲内において、固定された、しかし異なる基準電圧を供給するＯＴＰ（Ｏｎｅ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ）ビットパターンによっても、設定され得る。ＯＴＰ素子群（ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ）が既に実装されていると仮定すると、本実施形態は、基準電圧を印加するための追加の外部接続を置き換えるものである。
【００４９】
（マイクロフォンのバイアステスト）
このテストの目的は、マイクロフォン装置の変換素子の周囲を流れる漏れ電流に関する情報を得ることにある。分圧器として機能する逆バイアスされたダイオード直列回路は、チャージポンプ／Ｄｉｃｋｓｏｎ型電圧発生装置からの出力を分岐させることができる。分岐された出力電圧は、ＴΩ入力インピーダンスアナログバッファ経由で外部モニタリングするための特殊なピン上に印加されるか、又は、単一のＡ／Ｄ変換器により適切なディジタルフォーマットに変換され、ＯＴＰが可能となった場合にはマイクロフォン装置のデータ出力ピン上にシリアルディジタルビットストリームとして出力され得る。
【００５０】
（入力リークテスト）
入力リークレベルは、最終出力ローパスフィルタの、チャージポンプに接続されたクロスカップル接続ダイオード群に生起する電圧差のオンチップ測定によりテストされる。ダイオードの電圧降下は、下記の概略式の対数関数で表される。
Ｖｔ＝Ｌｎ・Ｉｌｅａｋ／Ｉｓ （数１）
Ｖｔの対数的な振る舞いにより、 マイクロフォン装置の、極小リーク電流に対する感度は高い。ダイオード電圧差は、ＴΩ入力インピーダンスアナログバッファ経由でマイクロフォン装置に印加されるか、又は、単一のＡ／Ｄ変換器により変換され、ＯＴＰが可能となった場合にはデータ出力を通じて出力される。
【００５１】
（１ｋＨｚ増幅／感度テスト）
このテストの目的は、マイクロフォン装置のＡＳＩＣの利得に関する情報を得ることにある。システムクロック周波数をおよそ下記に示した値で除した周波数で、内部基準電圧ＶＤＤの抵抗部により調整された、明確に定義されたｍＶレベルの信号を出力する、内部帯域幅制限のある矩形波発生器が、オンチップＶＤＤ調整器を経由して、変換素子の膜側に挿入され得る。よって、対応するシステム出力は、信号経路の利得全体の測定値である。
２．４ＭＨｚ／２１１＝１．１７ｋＨｚ（数２）
【図１】
0005410504.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005410504.tif 000004