系统唤醒压电麦克风模组的制作方法

1.本实用新型属于声音传感领域，特别是涉及一种系统唤醒压电麦克风模组。


背景技术：

2.近年来随着移动设备和穿戴设备的流行，人们与移动设备和穿戴设备的交互也越来越频繁，声音作为一种传统的人与人的交互方式，也逐渐在人机交互中显示出重要性，比如现有的语音唤醒，语音识别指令能够在不触及电子设备的情况下，对设备进行控制，提供更好的用户体验。为了能够实时的获取用户的声音信号，现有的麦克风需要一直保持正常工作状态，以实时监听语音信号，增加了麦克风功耗。
3.事实上，男性声音的基频在85～180hz，女性声音的基频在165～255hz。人类实际的发声频率是基频的高次谐波，且能量最高的区域不在基频。人声主要区分为元音和辅音，元音频率能够达到4000hz，辅音频率能够达到6000hz。在早期的电话技术中，语音频带范围约为300～3400hz。
4.人类对声音的感知频率范围是20hz～20000hz，人大声说话能够达到60db。移动设备和穿戴设备上的麦克风设计主要是拾取人声，包括语音指令、通话、录音等。目前主流的压电麦克风谐振频率在14khz左右。
5.压电式麦克风为了保证灵敏度响应曲线的平坦，需要压电麦克风的谐振频率控制在工作频率以上，这就使得在工作频率范围内，由于远离谐振频率，压电麦克风的灵敏度较小，在实际应用时，需要使用放大器将电信号放大。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种系统唤醒压电麦克风模组，用于解决现有技术中压电麦克风模组灵敏度较低的问题。
7.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种系统唤醒压电麦克风模组，所述系统唤醒压电麦克风模组包括：唤醒压电麦克风，用于接收到声波后产生唤醒电信号；唤醒芯片，连接于所述唤醒压电麦克风，用于接收所述唤醒电信号，并对所述唤醒电信号进行阈值判断，若所述唤醒电信号大于阈值时，向电源电压输出第一控制信号，以控制所述电源电压给拾音麦克风和处理芯片供电，若所述唤醒电信号小于阈值时，向电源电压输出第二控制信号，以控制电源电压不给拾音麦克风和处理芯片供电；拾音麦克风，连接于所述唤醒芯片，用于在电源电压供电后，拾取外界声信号，并将所述外界声信号转化成拾取电信号；处理芯片，连接于所述拾音麦克风，用于接收所述拾取电信号，并对所述拾音麦克风进行放大处理后输出至终端设备；所述唤醒芯片的谐振频率小于所述拾音麦克风的谐振频率。
8.可选地，有别于常规麦克风工作在平带，所述唤醒压电麦克风工作在谐振模态，其谐振频率为2000hz～4000hz。
9.可选地，所述唤醒芯片包括基体、压电悬臂梁和电极结构，压电悬臂梁的一端固定
于所述基体上，另一端悬空，所述电极结构设置于所述压电悬臂梁表面。
10.可选地，所述压电悬臂梁在所述电极结构的区域具有多个镂空区，使所述电极结构分割成独立排布的多个电极单元区，且所述电极单元区通过导线串联并工作在谐振频率附近，以增强唤醒电信号。
11.可选地，所述唤醒芯片包括基体、压电片和电极结构，所述基体为环形基体，所述压电片的周缘连接于所述环形基体上，所述电极结构为环形电极，所述环形电极设置于所述电极结构的外周表面。
12.可选地，所述环形基体为圆环形基体，所述环形电极为圆环形电极，所述压电片为圆形压电片，所述圆形压电片的中心还设置有加重质量块，以减小所述圆形压电片的谐振频率。
13.可选地，所述环形基体为多边形环形基体，所述电极结构为多边形环形电极结构，所述压电片为多边形压电片。
14.可选地，所述圆形压电片具有多个镂空区，使所述电极结构分割成独立排布的多个电极单元区，且所述电极单元区通过导线串联并工作在谐振频率附近，以增强唤醒电信号。
15.可选地，所述环形基体为矩形环基体，所述环形电极为矩形环电极，所述压电片为矩形压电片，所述矩形压电片在所述矩形环电极区域具有多个镂空区，使所述电极结构分割成独立排布的多个电极单元区，且所述电极单元区通过导线串联，以增强唤醒电信号。
16.可选地，所述矩形压电片的中部区域具有多个镂空区，且多个所述镂空区沿所述矩形压电片的对角线方向延伸。
17.可选地，多个所述电极单元区在声波作用下工作在谐振频率附近，具有相同的振动相位和振动频率。
18.可选地，所述唤醒芯片包括基体、压电片和电极结构，所述基体位于所述压电片两侧，所述电极结构位于所述压电片的两侧边缘，所述压电片与所述电极结构的交界处具有镂空区，以使所述压电片与所述电极结构区域由一桥体连接。
19.可选地，所述压电片中还具有自所述压电片与所述电极结构的交界处朝所述压电片中部延伸的镂空区，以将所述压电片分成第一部分和第二部分，且所述第一部分与所述第二部分由一桥体连接。
20.可选地，所述唤醒芯片包括mos管，所述唤醒压电麦克风连接于所述mos管的栅极，所述mos管的阈值电压低于所述唤醒压电麦克风接收到声波后产生的唤醒电信号电压。
21.可选地，还包括pcb电路板和外壳，所述唤醒压电麦克风、唤醒芯片、拾音麦克风及处理芯片设置于所述pcb电路板上并实现所述唤醒压电麦克风、唤醒芯片、拾音麦克风及处理芯片的电连接，所述外壳顶部设置有进声孔。
22.可选地，还包括pcb电路板和外壳，所述唤醒压电麦克风、唤醒芯片、拾音麦克风及处理芯片设置于所述pcb电路板上并实现所述唤醒压电麦克风、唤醒芯片、拾音麦克风及处理芯片的电连接，所述pcb电路板设置有与所述唤醒压电麦克风对应的第一进声孔以及与所述拾音麦克风对应的第二进声孔。
23.如上所述，本实用新型的系统唤醒压电麦克风模组，具有以下有益效果：
24.本实用新型提出了一种零功耗系统唤醒压电麦克风模组，该模组主要利用唤醒压
电麦克风的谐振态响应，在谐振态响应下，唤醒压电麦克风在声压下能够输出数百毫伏的电压，如果在人声情况下，唤醒压电麦克风的输出电压可以超过唤醒芯片的阈值电压，之后电压给拾音麦克风和集成电路芯片供电，供电后，拾音麦克风将拾取的声信号转化成电信号，经过集成电路芯片，输入到终端设备，从而有效降低系统功耗以及提高系统的灵敏度。
25.本实用新型的唤醒压电麦克风在设计的唤醒工作频率范围内，频率响应只有一个谐振态，并且电极间的振动同相，从而可有效增加唤醒压电麦克风的输出电信号。
26.本实用新型提出一种系统唤醒压电麦克风模组，利用谐振频率增加灵敏度的唤醒压电麦克风。本实用新型的唤醒麦克风设计的谐振频率在2000～4000hz，这样可以极大的增加2000～4000hz处的灵敏度，相比大于10khz的谐振频率，100～2000hz的灵敏度也有较大的提升。
附图说明
27.图1显示为本实用新型实施例的系统唤醒压电麦克风模组的结构框图。
28.图2～图4显示为本实用新型实施例的系统唤醒压电麦克风模组的第一种唤醒压电麦克风结构示意图。
29.图5显示为本实用新型实施例的系统唤醒压电麦克风模组的第二种唤醒压电麦克风结构示意图。
30.图6显示为本实用新型实施例的系统唤醒压电麦克风模组的第三种唤醒压电麦克风的结构示意图。
31.图7显示为本实用新型实施例的系统唤醒压电麦克风模组的第四种唤醒压电麦克风的结构示意图。
32.图8显示为本实用新型实施例的系统唤醒压电麦克风模组的一种封装结构示意图。
33.图9显示为本实用新型实施例的系统唤醒压电麦克风模组的另一种封装结构示意图。
34.图10显示为本实用新型实施例的系统唤醒压电麦克风模组在1pa声压下的电压频率响应曲线。
35.图11显示为目前主流麦克风器件在1pa声压下的电压频率响应曲线。
36.元件标号说明
37.10
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唤醒压电麦克风
38.20
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唤醒芯片
39.201
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基体
40.202
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压电悬臂梁
41.203
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电极结构
42.204
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导线
43.205
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镂空区
44.206
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加重质量块
45.207
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压电片
46.30
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拾音麦克风
47.40
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处理芯片
48.50
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外壳
49.501
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第一进声孔
50.502
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第二进声孔
51.60
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pcb电路板
52.601
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进声孔
具体实施方式
53.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
54.如在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
55.为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
56.在本技术的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
57.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
58.实施例1
59.如图1～图8及图10～图11所示，本实施例提供一种系统唤醒压电麦克风10模组，所述系统唤醒压电麦克风10模组包括：唤醒压电麦克风10，用于接收到声波后产生唤醒电信号；唤醒芯片20，连接于所述唤醒压电麦克风10，用于接收所述唤醒电信号，并对所述唤醒电信号进行阈值判断，若所述唤醒电信号大于阈值时，向电源电压输出第一控制信号，以控制所述电源电压给拾音麦克风30和处理芯片40供电，若所述唤醒电信号小于阈值时，向电源电压输出第二控制信号，以控制电源电压不给拾音麦克风30和处理芯片40供电；拾音麦克风30，连接于所述唤醒芯片20，用于在电源电压供电后，拾取外界声信号，并将所述外界声信号转化成拾取电信号；处理芯片40，连接于所述拾音麦克风30，用于接收所述拾取电信号，并对所述拾音麦克风30进行放大处理后输出至终端设备；所述唤醒芯片20的谐振频率小于所述拾音麦克风30的谐振频率。
60.在本实施例中，所述唤醒压电麦克风10的谐振频率为2000hz～4000hz。本实用新
型基于人声的主要频率在300hz～3400hz，本提出一种利用谐振频率增加灵敏度的唤醒压电麦克风10，所述唤醒压电麦克风10的谐振频率为2000hz～4000hz，从而可以极大的增加2000～4000hz处的灵敏度，相比普通压电麦克风大于10khz的谐振频率，本实用新型的唤醒压电麦克风10在100～2000hz频率下的灵敏度也有较大的提升，从而可以进一步提升唤醒压电麦克风10对人声的灵敏度。
61.在一实施例中，如图2～图4所示，其中，图2显示为本实用新型一实施例中的唤醒芯片20的立体结构示意图，图3显示为图2的唤醒芯片20的俯视结构示意图，图4显示为图2的唤醒芯片20的侧视结构示意图，所述唤醒芯片20包括基体201、压电悬臂梁202和电极结构203，所述压电悬臂梁202的一端固定于所述基体201上，另一端悬空，可以自由振动，所述电极结构203设置于所述压电悬臂梁202表面，在本实施例中，所述电极结构203设置于所述压电悬臂梁202靠近所述基体201的一端表面。该压电悬臂梁202结构可以有效降低所述唤醒芯片20的谐振频率。
62.如图3所示，所述压电悬臂梁202在所述电极结构203的区域具有多个镂空区205，使所述电极结构203分割成独立排布的多个电极单元区，且所述电极单元区通过导线204串联，以增强唤醒电信号。在本实施例中，多个所述电极单元区在声波作用下具有相同的振动相位和振动频率。
63.在另一实施例中，如图5所示，所述唤醒芯片20包括基体201、压电片207和电极结构203，所述基体201为环形基体，所述压电片207的周缘连接于所述环形基体上，所述电极结构203为环形电极，所述环形电极设置于所述电极结构203的外周表面。
64.具体地，如图5所示，所述环形基体为圆环形基体，所述环形电极为圆环形电极，所述压电片207为圆形压电片，所述圆形压电片的中心还设置有加重质量块206，以减小所述圆形压电片的谐振频率。所述圆形压电片具有多个镂空区205，使所述电极结构203分割成独立排布的多个电极单元区，且所述电极单元区通过导线204串联，以增强唤醒电信号，所述镂空区205还可以有效降低所述矩形压电片的谐振频率。在本实施例中，多个所述电极单元区在声波作用下具有相同的振动相位和振动频率。
65.在一个实施例中，所述环形基体为多边形环形基体，所述电极结构为多边形环形电极结构，所述压电片为多边形压电片，所述多边形环形包括三角形环、四边形环、五边形环、六边形环、八边形环或其他多边形环结构等，所述多边形包括三角形、四边形、五边形、六边形、八边形或其他的多边形结构等。例如，如图6所示，所述环形基体为矩形环基体，所述环形电极为矩形环电极，所述压电片207为矩形压电片，所述矩形压电片在所述矩形环电极区域具有多个镂空区205，使所述电极结构203分割成独立排布的多个电极单元区，且所述电极单元区通过导线204串联，以增强唤醒电信号，所述镂空区205还可以有效降低所述矩形压电片的谐振频率。在本实施例中，多个所述电极单元区在声波作用下具有相同的振动相位和振动频率。所述矩形压电片的中部区域具有多个镂空区205，且多个所述镂空区205沿所述矩形压电片的对角线方向延伸，以降低所述矩形压电片的谐振频率，并提高所述矩形压电片对声波的感应效率。
66.在又一实施例中，如图7所示，所述唤醒芯片20包括基体201、压电片207和电极结构203，所述基体201位于所述压电片207两侧，所述电极结构203位于所述压电片207的两侧边缘，所述压电片207与所述电极结构203的交界处具有镂空区205，以使所述压电片207与
所述电极结构203区域由一桥体连接。所述压电片207中还具有自所述压电片207与所述电极结构203的交界处朝所述压电片207中部延伸的镂空区205，以将所述压电片207分成第一部分和第二部分，且所述第一部分与所述第二部分由一桥体连接，以降低所述压电片207的谐振频率，并提高所述压电片207对声波的感应效率。
67.在本实施例中，所述唤醒芯片20包括mos管，所述唤醒压电麦克风10连接于所述mos管的栅极，所述mos管的阈值电压低于所述唤醒压电麦克风10接收到声波后产生的唤醒电信号电压。例如，在谐振态响应下，唤醒压电麦克风10在1pa声压下能够输出数百毫伏的电压，如果在人声情况下，输出电压大概在5毫伏左右，再通过电极的串联，输出电压可以达到几十毫伏，同时，mos管可以将阈值电压做到几十毫伏，因此在人声唤醒时，唤醒压电麦克风10的输出电压可以超过阈值电压并开启mos管，mos管开通后，电压给拾音麦克风30和集成电路芯片供电。
68.如图8所示，所述系统唤醒压电麦克风10模组还包括pcb电路板和外壳50，所述唤醒压电麦克风10、唤醒芯片20、拾音麦克风30及处理芯片40设置于所述pcb电路板上并实现所述唤醒压电麦克风10、唤醒芯片20、拾音麦克风30及处理芯片40的电连接，所述外壳50顶部设置有进声孔601。
69.如图10及图11所示，图11显示为目前谐振频率在14khz附近的主流麦克风器件在1pa声压下的电压频率响应曲线，由图11所示，该主流麦克风器件在工作频率范围(100hz～10khz)，电压频率响应在1毫伏左右。图10显示为本实用新型的唤醒压电麦克风10的电压频率响应曲线，谐振频率在2000hz附近，相比于主流麦克风，本实用新型的唤醒压电麦克风10的电压低频响应可以增大十倍左右，在谐振态附近，输出电压可以增大数百倍；本实用新型的唤醒压电麦克风10在谐振态附近增大的输出电压，可以超过唤醒芯片20的阈值电压，从而开启拾音麦克风30和处理芯片40。
70.实施例2
71.如图1～图7、图9～图11所示，本实施例提供一种系统唤醒压电麦克风10模组，所述系统唤醒压电麦克风10模组的结构如实施例1，与实施例1的不同之处在于，如图9所示，所述系统唤醒压电麦克风10模组包括pcb电路板和外壳50，所述唤醒压电麦克风10、唤醒芯片20、拾音麦克风30及处理芯片40设置于所述pcb电路板上并实现所述唤醒压电麦克风10、唤醒芯片20、拾音麦克风30及处理芯片40的电连接，所述pcb电路板设置有与所述唤醒压电麦克风10对应的第一进声孔501以及与所述拾音麦克风30对应的第二进声孔502。
72.如上所述，本实用新型的系统唤醒压电麦克风10模组，具有以下有益效果：
73.本实用新型提出了一种零功耗系统唤醒压电麦克风10模组，该模组主要利用唤醒压电麦克风10的谐振态响应，在谐振态响应下，唤醒压电麦克风10在声压下能够输出数百毫伏的电压，如果在人声情况下，唤醒压电麦克风10的输出电压可以超过唤醒芯片20的阈值电压，之后电压给拾音麦克风30和集成电路芯片供电，供电后，拾音麦克风30将拾取的声信号转化成电信号，经过集成电路芯片，输入到终端设备，从而有效降低系统功耗以及提高系统的灵敏度。
74.本实用新型的唤醒压电麦克风10在设计的唤醒工作频率范围内，频率响应只有一个谐振态，并且电极间的振动同相，从而可有效增加唤醒压电麦克风10的输出电信号。
75.本实用新型提出一种系统唤醒压电麦克风10模组，利用谐振频率增加灵敏度的唤
醒压电麦克风10。本实用新型的唤醒麦克风设计的谐振频率在2000～4000hz，这样可以极大的增加2000～4000hz处的灵敏度，相比大于10khz的谐振频率，100～2000hz的灵敏度也有较大的提升。
76.所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
77.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。