1 引言
　　與傳統(tǒng)的駐極體電容式麥克風(fēng)相比，電容式MEMS麥克風(fēng)具有以下優(yōu)勢:1)性能穩(wěn)定，溫度系數(shù)低，受濕度和機械振動的影響小;2)成本低廉;3)體積小巧，電容式MEMS麥克風(fēng)的背極板和振膜僅有的駐極體電容式麥克風(fēng)的1/10左右;4)功耗更低。以上幾方面的優(yōu)勢使電容式MEMS麥克風(fēng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。
　　然而，電容式MEMS麥克風(fēng)也給設(shè)計人員提出了挑戰(zhàn):1)麥克風(fēng)在聲壓作用下產(chǎn)生的小信號幅度非常微小，要求讀出電路的噪聲極低;2)電容式MEMS麥克風(fēng)的靜態(tài)電容是pF量級，讀出電路需要GΩ量級的輸入電阻才能實現(xiàn)極點頻率低于20Hz的高通濾波器，因此，高阻值電阻的實現(xiàn)是讀出電路的又一挑戰(zhàn);3)電容式MEMS麥克風(fēng)通常應(yīng)用于電池供電的產(chǎn)品，因此低功耗設(shè)計也是讀出電路設(shè)計時必須考慮的約束。
　　基于以上考慮，在分析電容式MEMS麥克風(fēng)工作原理的基礎(chǔ)上，提出了一種低功耗、低噪聲、高分辨率的電容式MEMS麥克風(fēng)讀出電路。
　　2 電容式MEMS麥克風(fēng)
　　2.1 工作原理
　　電容式MEMS麥克風(fēng)的主要結(jié)構(gòu)包括一個薄而有彈性的聲學(xué)振膜及一個剛性的背極板。振膜、背極板以及它們之間的空氣隙共同組成一個平行板電容器，故有:
　　V=Q/C，C=εS/x (1)
　　式中，C 為電容量，S 為極板的面積，Q 是極板間的電壓為V 時存儲的電荷量，ε是極板間介質(zhì)(空氣)的介電常數(shù)，x 為兩極板間的距離。當(dāng)dP 大小的聲壓變化作用于振膜時，將引起兩極板間的電壓變化:

　　電荷泵為麥克風(fēng)提供穩(wěn)定的直流電壓，以保持麥克風(fēng)電容所儲電荷量不變。在此基礎(chǔ)上，聲壓作用于振膜時，將引起麥克風(fēng)兩極板間電壓的變化，這個音頻范圍內(nèi)的電壓小信號Vmic通過麥克風(fēng)電容Cmic和讀出電路的高阻值輸入電阻組成的高通濾波器讀出。
　　需要特別指出，背靠背的二極管有三個作用:1)提供高阻值輸入電阻，與麥克風(fēng)電容一起實現(xiàn)低極點頻率的高通濾波器，進而實現(xiàn)麥克風(fēng)小信號的讀出;2)為單位增益緩沖器提供直流偏置電壓;3)起靜電保護作用，在讀出電路遭受靜電襲擊時為其提供低阻直流通路。單位增益緩沖器的作用一是屏蔽麥克風(fēng)與后續(xù)信號處理電路，避免兩者之間相互影響，二是提高讀出電路的驅(qū)動能力。