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JP2002044777A - Microphone device - Google Patents

Microphone device

Info

Publication number
JP2002044777A
JP2002044777A JP2000229425A JP2000229425A JP2002044777A JP 2002044777 A JP2002044777 A JP 2002044777A JP 2000229425 A JP2000229425 A JP 2000229425A JP 2000229425 A JP2000229425 A JP 2000229425A JP 2002044777 A JP2002044777 A JP 2002044777A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
operational amplifier
output terminal
wave sensor
amplifier
signal
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
Application number
JP2000229425A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masami Yakabe
正巳 八壁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP2000229425A priority Critical patent/JP2002044777A/en
Publication of JP2002044777A publication Critical patent/JP2002044777A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microphone device capable of detecting small variations of sound wave input with high sensitivity and precision. SOLUTION: In the microphone device, an amplifying circuit is composed of a first operational amplifier 1 and a second operational amplifier 2. A feedback circuit network is composed of a second resistor 6 and a third resistor 11, an output terminal of the amplifier 2 is connected to a nonreversible input terminal of the amplifier 1 via a first capacitor 7, and a second capacitor 12 is connected between the nonreversible input terminal and an output terminal of the first amplifier 1. The output terminal of the amplifier 2 is connected to a signal output terminal 13. A capacitive sound wave sensor 8 is connected to the nonreversible input terminal of the amplifier 1. If AC electric voltage Vin is inputted into the device, an electric current Id running through basic capacitance Cd of the sensor 8 is supplyied from the amplifier 1 via the second capacitor 12, and an electric voltage Vout is obtained from the terminal 13.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば静電容量
等のインピーダンスを変化させる音波センサを備えたマ
イクロフォン装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microphone device having a sound wave sensor for changing impedance such as capacitance.

【0002】[0002]

【従来の技術】音波信号を入力してこれを電気信号に変
換し出力するマイクロフォン装置の従来例として、例え
ば特開平11−88989号公報記載のものを挙げるこ
とができる。図5は、このマイクロフォン装置の概略構
成を示す回路図である。このマイクロフォン装置は、エ
レクトレット型の音波センサ41を備えている。この音
波センサ41は、外部から受けた音波で振動膜を振動さ
せ、この振動による振動膜とエレクトレット層との間の
容量変化に応じて端子間電圧Veを変化させるものであ
る。この端子間電圧Veの変化は、抵抗42、43、4
4及びFET45で構成されたソースフォロワ回路によ
ってインピーダンス変換され、出力端子46から出力電
圧Vdが出力されるようになっている。
2. Description of the Related Art As a conventional example of a microphone device which inputs a sound wave signal, converts the sound signal into an electric signal, and outputs the electric signal, there is, for example, the one described in JP-A-11-88989. FIG. 5 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the microphone device. This microphone device includes an electret-type acoustic wave sensor 41. The sound wave sensor 41 vibrates the vibrating membrane with a sound wave received from the outside, and changes the inter-terminal voltage Ve in accordance with a change in capacitance between the vibrating membrane and the electret layer due to the vibration. This change in the terminal voltage Ve is caused by the resistances 42, 43, 4
The output voltage Vd is output from the output terminal 46 after impedance conversion by the source follower circuit composed of the FET 4 and the FET 45.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記音波センサ41を
含む一般的なコンデンサマイクロフォンの容量Ceは、
一定の基礎容量値Cdと外部から受けた音波によって変
化する容量変化分ΔCとの和で表すことができる。 Ce=Cd+ΔC ところが前記端子間電圧Veは、コンデンサマイクロフ
ォンの全体の容量値Ceの変化に応じて変化するもので
ある。そのため前記容量変化分ΔCが基礎容量値Cdに
比べて微少である場合には、容量変化分ΔCの検出感度
がきわめて低くなってしまうという問題があった。この
問題を解決すべく前記回路の増幅度を上げると、今度は
出力電圧Vdが飽和してしまい、容量変化分ΔCを正確
に検出できなくなるという問題が生じる。
The capacitance Ce of a general condenser microphone including the sound wave sensor 41 is as follows.
It can be represented by the sum of a constant basic capacitance value Cd and a capacitance change ΔC that changes due to a sound wave received from the outside. Ce = Cd + ΔC However, the inter-terminal voltage Ve changes in accordance with a change in the overall capacitance value Ce of the condenser microphone. Therefore, when the capacitance change ΔC is smaller than the basic capacitance value Cd, there is a problem that the detection sensitivity of the capacitance change ΔC becomes extremely low. If the degree of amplification of the circuit is increased to solve this problem, the output voltage Vd will be saturated this time, causing a problem that the capacitance change ΔC cannot be detected accurately.

【0004】この発明は、上記従来の課題を解決するた
めになされたものであって、その目的は、微小な音波入
力の変化を高感度で正確に検出することが可能なマイク
ロフォン装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a microphone device capable of accurately detecting a minute change in sound wave input with high sensitivity. It is in.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】そこで本発明のマイクロ
フォン装置は、入力した音波信号に応じてインピーダン
スを変化させる音波センサと、第1の演算増幅器と、第
2の演算増幅器と、第1の演算増幅器の一方の入力端子
と第2の演算増幅器の出力端子との間に設けられた第1
のインピーダンスと、第1の演算増幅器の前記入力端子
にその一端が接続され他端に前記音波センサが接続され
た信号線と、第1の演算増幅器の出力端子と前記信号線
との間に設けられた第2のインピーダンスと、第2の演
算増幅器の出力端子に接続された信号出力端子とを備
え、前記音波センサに第1の演算増幅器の出力端子から
第2のインピーダンスを介して所定の電流を供給するよ
うにしたことを特徴としている。
Therefore, a microphone device according to the present invention comprises a sound wave sensor for changing impedance according to an input sound wave signal, a first operational amplifier, a second operational amplifier, and a first operational amplifier. A first terminal provided between one input terminal of the amplifier and the output terminal of the second operational amplifier.
And a signal line having one end connected to the input terminal of the first operational amplifier and the other end connected to the acoustic wave sensor, and an output terminal of the first operational amplifier and the signal line. And a signal output terminal connected to the output terminal of the second operational amplifier. The acoustic wave sensor receives a predetermined current from the output terminal of the first operational amplifier via the second impedance. Is supplied.

【0006】また本発明のマイクロフォン装置は、入力
した音波信号に応じてインピーダンスを変化させる音波
センサと、入出力端子間で信号増幅を行うよう帰還回路
網を設けた第1の演算増幅器と、第2の演算増幅器と、
第1の演算増幅器の一方の入力端子と第2の演算増幅器
の出力端子との間に設けられた第1のインピーダンス
と、第1の演算増幅器の前記入力端子にその一端が接続
され他端に前記音波センサを接続した信号線と、この信
号線にその一端が接続された電流路と、第2の演算増幅
器の出力端子に接続された信号出力端子とを備え、前記
音波センサに前記電流路から所定の電流を供給するよう
にしたことを特徴としている。
Further, the microphone device of the present invention comprises a sound wave sensor for changing impedance according to an input sound wave signal, a first operational amplifier provided with a feedback network for amplifying a signal between input and output terminals, Two operational amplifiers,
A first impedance provided between one input terminal of the first operational amplifier and an output terminal of the second operational amplifier, one end connected to the input terminal of the first operational amplifier and the other end connected to the other end; A signal line connected to the sound wave sensor, a current path having one end connected to the signal line, and a signal output terminal connected to an output terminal of a second operational amplifier; And a predetermined current is supplied from the power supply.

【0007】上記マイクロフォン装置では、音波センサ
に供給した所定の電流により、音波センサを流れる電流
のうちインピーダンス変化に応じて変化することのない
電流分を、第1のインピーダンスに流れる電流中から減
殺することが可能となる。また、この減殺のための電流
を第1の演算増幅器から第2のインピーダンスを介して
供給するようにすることにより、回路のコンパクト化を
図ることが可能となる。
In the microphone device, a predetermined current supplied to the sound wave sensor reduces a current that does not change in accordance with a change in impedance, out of the current flowing through the sound wave sensor, from the current flowing through the first impedance. It becomes possible. Further, by supplying the current for the reduction from the first operational amplifier via the second impedance, it is possible to reduce the size of the circuit.

【0008】さらに音波センサ、第1のインピーダン
ス、及び第2のインピーダンスをそれぞれ容量性の音波
センサ、第1のコンデンサ、及び第2のコンデンサとす
れば、位相回りによる影響を抑制して、第1のコンデン
サに流れる電流中から音波センサの容量変化に応じて変
化することのない電流分を確実に減殺することが可能と
なる。
Further, if the acoustic wave sensor, the first impedance, and the second impedance are respectively a capacitive acoustic wave sensor, a first capacitor, and a second capacitor, the influence due to the phase rotation can be suppressed, and It is possible to reliably reduce the amount of current that does not change according to the change in the capacitance of the acoustic wave sensor from the current flowing through the capacitor.

【0009】そして上記マイクロフォン装置において、
さらに前記信号線の少なくとも一部を電気的に遮蔽する
シールド手段と、第1の演算増幅器の他方の入力端子電
圧に基づくシールド電圧を前記シールド手段に印加する
シールド電圧印加手段とを設けるようにすると、シール
ド手段と信号線との間の浮遊容量をコントロールして、
音波センサのインピーダンス変化をさらに高精度で検出
することが可能となる。
In the above microphone device,
Further, a shield means for electrically shielding at least a part of the signal line and a shield voltage applying means for applying a shield voltage based on the other input terminal voltage of the first operational amplifier to the shield means are provided. , Controlling the stray capacitance between the shield means and the signal line,
It becomes possible to detect the impedance change of the acoustic wave sensor with higher accuracy.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】次に、この発明のマイクロフォン
装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ
詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, specific embodiments of the microphone device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0011】(実施形態1)図1は、実施形態1のマイ
クロフォン装置の構成を示す回路図である。このマイク
ロフォン装置は、第1演算増幅器1及び第2演算増幅器
2を含む増幅回路を備えて構成されている。第1演算増
幅器1の非反転入力端子には、シールドされた信号線9
の一端が接続されている。
(First Embodiment) FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a microphone device according to a first embodiment. This microphone device includes an amplifier circuit including a first operational amplifier 1 and a second operational amplifier 2. A non-inverting input terminal of the first operational amplifier 1 is connected to a shielded signal line 9.
Are connected at one end.

【0012】この信号線9の他端には、音波センサ8が
設けられている。この音波センサ8は、図4にその縦断
面図を示すように、円筒金属外壁34の一端側に振動膜
31を備えるとともに、前記円筒金属外壁34に絶縁物
33で支持された背極32が、前記振動膜31との間に
所定の間隙を置いて対置するように設けられている。そ
してこの背極32の反振動膜側端部に検出電極35が形
成され、また円筒金属外壁34の反振動膜側端部に負電
極36が形成されている。そして受けた音波に応じて前
記振動膜31が振動することにより、振動膜31と背極
32との間の相対位置を変化させ、これによって負電極
36と検出電極35との間の静電容量Csを変化させる
ものである。そこで前記信号線9をこの音波センサ8の
検出電極35に接続し、また負電極36を接地するよう
にしている。
At the other end of the signal line 9, a sound wave sensor 8 is provided. As shown in the longitudinal sectional view of FIG. 4, the acoustic wave sensor 8 includes a vibrating membrane 31 on one end side of a cylindrical metal outer wall 34, and a back electrode 32 supported by an insulator 33 on the cylindrical metal outer wall 34. , Are provided so as to be opposed to each other with a predetermined gap therebetween. A detection electrode 35 is formed at an end of the back pole 32 on the anti-vibration film side, and a negative electrode 36 is formed at an end of the cylindrical metal outer wall 34 on the anti-vibration film side. Then, the vibration film 31 vibrates according to the received sound wave, so that the relative position between the vibration film 31 and the back electrode 32 is changed, whereby the capacitance between the negative electrode 36 and the detection electrode 35 is changed. Cs is changed. Therefore, the signal line 9 is connected to the detection electrode 35 of the sound wave sensor 8, and the negative electrode 36 is grounded.

【0013】第2演算増幅器2は、非反転入力端子が接
地される一方、反転入力端子には第1抵抗(抵抗値R
1)5及び第2抵抗(抵抗値R2)6の一端がそれぞれ
接続されている。第1抵抗5の他端は交流電圧発生器
(発生交流電圧Vin、角周波数ω)4に接続され、第
2抵抗6の他端は前記第1演算増幅器1の反転入力端子
に接続されている。第2演算増幅器2の出力端子は、第
1コンデンサ(第1のインピーダンス、容量値Cf)7
を介して第1演算増幅器1の非反転入力端子に接続され
ている。また第1演算増幅器1の反転入力端子と出力端
子との間には第3抵抗(抵抗値R3)11が接続され、
非反転入力端子と出力端子との間に設けた電路17には
第2コンデンサ(第2のインピーダンス、容量値Cc)
12が介設されている。そして第2演算増幅器2の出力
端子が信号出力端子13に接続されている。
The second operational amplifier 2 has a non-inverting input terminal grounded, and an inverting input terminal having a first resistor (resistance value R).
1) One end of 5 and a second resistor (resistance value R2) 6 are connected to each other. The other end of the first resistor 5 is connected to an AC voltage generator (generated AC voltage Vin, angular frequency ω) 4, and the other end of the second resistor 6 is connected to the inverting input terminal of the first operational amplifier 1. . The output terminal of the second operational amplifier 2 is connected to a first capacitor (first impedance, capacitance value Cf) 7
To the non-inverting input terminal of the first operational amplifier 1. A third resistor (resistance value R3) 11 is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the first operational amplifier 1,
A second capacitor (second impedance, capacitance value Cc) is connected to the electric circuit 17 provided between the non-inverting input terminal and the output terminal.
12 are interposed. The output terminal of the second operational amplifier 2 is connected to the signal output terminal 13.

【0014】次に、上記のように構成されたマイクロフ
ォン装置の動作について説明する。音波センサ8の全静
電容量Csは、基礎容量値をCd、容量変化分をΔCと
すると、 Cs=Cd+ΔC ―――(1) で表すことができる。そして交流電圧発生器4から角周
波数ωの交流入力電圧Vinを与える。各演算増幅器
1、2の入力端子間がイマジナリ・ショート状態にある
ことから、第2演算増幅器2の反転入力端子電圧V1=
0である。これにより第1演算増幅器1の反転入力端子
電圧V2は、 V2=−(R2/R1)・Vin ―――(2) =Vp となり、また第1演算増幅器1の出力端子電圧V3は、 V3=−((R2+R3)/R1)・Vin ―――(3) となる。つまり、第1演算増幅器1の非反転入力端子電
圧Vp及び出力端子電圧V3は、それぞれ入力電圧Vi
nに比例した電圧になるということである。そしてV3
/V2=(R2+R3)/R2であるから、第1演算増
幅器1の入出力端子間では信号増幅が行われ、そのため
の帰還回路網が第2抵抗6及び第3抵抗11を用いて構
成されていると言える。
Next, the operation of the microphone device configured as described above will be described. The total capacitance Cs of the acoustic wave sensor 8 can be expressed by Cs = Cd + ΔC (1) where Cd is the basic capacitance value and ΔC is the capacitance change. Then, an AC input voltage Vin having an angular frequency ω is supplied from the AC voltage generator 4. Since the input terminals of the operational amplifiers 1 and 2 are in an imaginary short state, the inverted input terminal voltage V1 of the second operational amplifier 2 is
0. Thus, the inverted input terminal voltage V2 of the first operational amplifier 1 becomes V2 =-(R2 / R1) .Vin --- (2) = Vp, and the output terminal voltage V3 of the first operational amplifier 1 becomes V3 = − ((R2 + R3) / R1) · Vin ――― (3) That is, the non-inverting input terminal voltage Vp and the output terminal voltage V3 of the first operational amplifier 1 are equal to the input voltage Vi, respectively.
That is, the voltage becomes proportional to n. And V3
Since / V2 = (R2 + R3) / R2, signal amplification is performed between the input and output terminals of the first operational amplifier 1, and a feedback network therefor is configured using the second resistor 6 and the third resistor 11. It can be said that there is.

【0015】音波センサ8を流れる電流値Isは、 Is=jωCs・Vp =jωCs・V2 ―――(4) で表される。また第2コンデンサ12を流れる電流Ic
は、 Ic=jωCc・(V3−V2) ―――(5) であり、第1コンデンサ7を流れる電流Ifは、 If=Is−Ic ―――(6) である。つまり電路17が、信号線9に接続した音波セ
ンサ8に所定の電流Icを供給する電流路として機能す
る。
The current value Is flowing through the acoustic wave sensor 8 is represented by the following formula: Is = jωCs · Vp = jωCs · V2 (4) The current Ic flowing through the second capacitor 12
Is as follows: Ic = jωCc · (V3−V2) (5), and the current If flowing through the first capacitor 7 is If = Is−Ic (6). That is, the electric circuit 17 functions as a current path for supplying the predetermined current Ic to the sound wave sensor 8 connected to the signal line 9.

【0016】一方、信号出力端子電圧(検出電圧)Vo
utは、 Vout=If/jωCf+V2 ―――(7) で表される。そこでこの式(7)に上式(2)〜(6)
を代入すると、次式 Vout=−(R2+Cs・R2/Cf−Cc・R3/Cf)・Vin/R1 ―――(8) が得られる。さらにこの式(8)に式(1)を代入し
て、 Vout=−(R2+Cd・R2/Cf+ΔC・R2/Cf −Cc・R3/Cf)・Vin/R1 ―――(9) を得ることができる。
On the other hand, the signal output terminal voltage (detection voltage) Vo
ut is expressed by: Vout = If / jωCf + V2 (7) Therefore, this equation (7) is replaced by the above equations (2) to (6).
Is obtained, the following equation is obtained: Vout = − (R2 + Cs · R2 / Cf−Cc · R3 / Cf) · Vin / R1 (8) Further, by substituting the equation (1) into the equation (8), Vout = − (R2 + Cd · R2 / Cf + ΔC · R2 / Cf−Cc · R3 / Cf) · Vin / R1 (9) it can.

【0017】音波センサ8の基礎容量値Cdは既知であ
る。そこで上記マイクロフォン装置では、Cd・R2=
Cc・R3となるように抵抗5、6及びコンデンサ12
を選択している。すると前記電圧Voutは、 Vout=−(1+ΔC/Cf)・Vin・R2/R1 ―――(10) となる。そこで信号出力端子13からVoutを検出す
ることにより、音波センサ8の容量変化分ΔCを知得す
ることができる。
The basic capacitance value Cd of the sound wave sensor 8 is known. Therefore, in the microphone device, Cd · R2 =
Resistors 5 and 6 and capacitor 12 so as to be Cc · R3
Is selected. Then, the voltage Vout becomes: Vout = − (1 + ΔC / Cf) · Vin · R2 / R1 (10) Therefore, by detecting Vout from the signal output terminal 13, the capacitance change ΔC of the acoustic wave sensor 8 can be obtained.

【0018】上記マイクロフォン装置では、第1コンデ
ンサ7を流れる電流Ifに応じた値の電圧Voutが得
られる。音波センサ8を流れる電流Isは、式(6)の
通り、前記電流Ifと第2コンデンサ12を流れる電流
Icとの和で表される。 Is=If+Ic ―――(11) 一方、この電流Isは、音波センサ8の容量Csのうち
基礎容量値Cdに相当する部分に流れる電流Idと、容
量変化分ΔCに相当する部分に流れる電流ΔIとに分解
できる。 Is=Id+ΔI ―――(12) そして、このうちの電流Idを、すべて第2コンデンサ
12を介して第1演算増幅器1の出力端子から供給する
ようにしている。 Id=Ic ―――(13) そのため第1コンデンサ7に流れる電流Ifは電流ΔI
に等しくなり、 If=ΔI ―――(14) 基礎容量値Cdの大きさに依存しない信号出力端子電圧
Voutを得ることができるのである。従って基礎容量
値Cdに比べて容量変化分ΔCがきわめて微少である場
合にも、容量変化分ΔCを高感度で検出することができ
る。また第1コンデンサ7の容量Cfを小さくして検出
感度をより高くしても、電流Ifには電流Idの分を含
まないので、基礎容量値Cdの大きさにかかわらず、電
圧Voutが容易に飽和するのを回避することができ
る。そのため、微少な音波入力の変化であってもこれを
高感度で検出することができる。そして上記電流Ic
は、増幅回路中の第1演算増幅器1から供給するように
している。従って音波センサ8の容量変化を検出する検
出回路のコンパクト化を図ることができる。
In the microphone device, a voltage Vout having a value corresponding to the current If flowing through the first capacitor 7 is obtained. The current Is flowing through the acoustic wave sensor 8 is represented by the sum of the current If and the current Ic flowing through the second capacitor 12, as in Expression (6). Is = If + Ic (11) On the other hand, the current Is is a current Id flowing through a portion corresponding to the basic capacitance value Cd of the capacitance Cs of the acoustic wave sensor 8 and a current ΔI flowing through a portion corresponding to the capacitance change ΔC. And can be decomposed into Is = Id + ΔI (12) Then, all of the current Id is supplied from the output terminal of the first operational amplifier 1 via the second capacitor 12. Id = Ic (13) Therefore, the current If flowing through the first capacitor 7 is equal to the current ΔI
If = ΔI (14) It is possible to obtain a signal output terminal voltage Vout independent of the magnitude of the basic capacitance value Cd. Accordingly, even when the capacitance change ΔC is extremely small compared to the basic capacitance value Cd, the capacitance change ΔC can be detected with high sensitivity. Further, even if the detection sensitivity is increased by reducing the capacitance Cf of the first capacitor 7, the current If does not include the current Id, so that the voltage Vout can be easily set regardless of the magnitude of the basic capacitance value Cd. Saturation can be avoided. Therefore, even a small change in sound wave input can be detected with high sensitivity. And the current Ic
Are supplied from the first operational amplifier 1 in the amplifier circuit. Therefore, the detection circuit for detecting the change in capacitance of the sound wave sensor 8 can be made compact.

【0019】(実施形態2)図2は、実施形態2のマイ
クロフォン装置の構成を示す回路図である。この装置が
実施形態1のものと異なるのは、ボルテージフォロワ又
はバッファ(シールド電圧印加手段)3を介して第1演
算増幅器1の反転入力端子電圧をシールド線(シールド
手段)10に印加している点である。シールド線10
は、信号線9を電気的に遮蔽するものである。第1演算
増幅器1の両入力端子はイマジナリ・ショートしている
ので、このようにすると非反転入力端子電圧に等しいシ
ールド電圧をシールド線10に印加することができる。
これによって信号線9の電圧とシールド線10の電圧と
が等しくなり、両者間に浮遊容量が発生するのを回避す
ることができる。また入力インピーダンスの高いボルテ
ージフォロワ3を用いてシールド電圧を印加しているの
で、増幅回路の帰還回路網からボルテージフォロワ3側
へ電流が流れ込むのを回避し、第1演算増幅器1の出力
電圧V3が変動して信号出力端子電圧Voutに誤差が
生じるのを防止することができる。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a microphone device of Embodiment 2. This device differs from that of the first embodiment in that the inverting input terminal voltage of the first operational amplifier 1 is applied to a shield line (shield means) 10 via a voltage follower or a buffer (shield voltage application means) 3. Is a point. Shield wire 10
Is for electrically shielding the signal line 9. Since both input terminals of the first operational amplifier 1 are imaginarily short-circuited, a shield voltage equal to the non-inverting input terminal voltage can be applied to the shield line 10 in this manner.
As a result, the voltage of the signal line 9 and the voltage of the shield line 10 become equal, and it is possible to avoid the generation of stray capacitance between the two. Further, since the shield voltage is applied using the voltage follower 3 having a high input impedance, it is possible to prevent a current from flowing from the feedback network of the amplifier circuit to the voltage follower 3 side, and to reduce the output voltage V3 of the first operational amplifier 1. It is possible to prevent an error from occurring in the signal output terminal voltage Vout due to fluctuation.

【0020】またここでは、シールド電圧印加手段とし
てボルテージフォロワ3を用いることにより、回路構成
の簡素化を図っている。しかしながら回路規模にこだわ
らない場合には、シールド電圧印加手段として第1演算
増幅器1の反転入力端子電圧を位相・振幅補償できるよ
うな回路を用いてもよい。このような回路を用いると、
入力電圧周波数ωがきわめて高いような場合にも、信号
線9とシールド線10との間を確実に同電位にして浮遊
容量の発生を防止することができる。そしてこの位相・
振幅補償回路として、その入力インピーダンスが演算増
幅器の入力インピーダンス又はMOSFETのゲート入
力インピーダンスと同程度に高いものを用いると、電圧
Voutに誤差が生じるのを確実に防止することができ
る。さらにシールド電圧印加手段として位相振幅補償回
路を用いるような場合には、これをシールド線10と交
流電圧発生器4との間に接続し、交流電圧発生器4の電
圧Vinを位相振幅補償してシールド線10に印加する
ようにしてもよい。第1演算増幅器1の反転入力端子電
圧V2は前記電圧Vinに基づいて形成されているの
で、このようにしても第1演算増幅器1の反転入力端子
電圧V2に基づくシールド電圧を前記シールド線10に
印加することができるからである。
Here, the voltage follower 3 is used as the shield voltage applying means to simplify the circuit configuration. However, if the circuit scale is not limited, a circuit capable of compensating the phase and amplitude of the inverting input terminal voltage of the first operational amplifier 1 may be used as the shield voltage applying means. With such a circuit,
Even when the input voltage frequency ω is extremely high, the potential between the signal line 9 and the shield line 10 can be reliably set to the same potential to prevent generation of stray capacitance. And this phase
When an amplitude compensation circuit having an input impedance as high as the input impedance of the operational amplifier or the gate input impedance of the MOSFET is used, it is possible to reliably prevent an error from occurring in the voltage Vout. Further, in the case where a phase amplitude compensation circuit is used as the shield voltage applying means, this is connected between the shield wire 10 and the AC voltage generator 4, and the voltage Vin of the AC voltage generator 4 is subjected to phase amplitude compensation. You may make it apply to the shield wire 10. Since the inverting input terminal voltage V2 of the first operational amplifier 1 is formed based on the voltage Vin, the shield voltage based on the inverting input terminal voltage V2 of the first operational amplifier 1 is also applied to the shield line 10 in this case. This is because they can be applied.

【0021】以上にこの発明の具体的な実施の形態につ
いて説明したが、この発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施す
ることができる。上記では音波センサ8として容量型の
センサを用いたが、これは背極32又は振動膜31にエ
レクトレット層を形成したエレクトレット型のセンサで
あってもよい。また音波センサ8として誘導型のセンサ
を用いてもよいし、抵抗型のセンサを用いてもよい。イ
ンピーダンス7、12も上記のような容量素子に限ら
ず、抵抗素子又は誘導性素子を用いることができる。ま
た上記実施形態でIcを供給するインピーダンスとして
容量素子(第2コンデンサ12)を用いたのは、音波セ
ンサ8として容量素子を用いたためであり、こうするこ
とでIdに等しいIcを第1演算増幅器1から音波セン
サ8に確実に供給できるからである。従って音波センサ
8として誘導型のセンサを用いる場合には、Icを供給
するインピーダンスも誘導性素子とするのが望ましく、
音波センサ8として抵抗型のセンサを用いる場合には、
前記インピーダンスも抵抗素子とするのが望ましい。
Although the specific embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the present invention. In the above, a capacitive sensor is used as the sound wave sensor 8, but this may be an electret sensor in which an electret layer is formed on the back electrode 32 or the vibration film 31. Further, an inductive sensor or a resistance sensor may be used as the acoustic wave sensor 8. The impedances 7 and 12 are not limited to the above-described capacitance elements, but may be resistance elements or inductive elements. In addition, the reason why the capacitive element (second capacitor 12) is used as the impedance for supplying Ic in the above-described embodiment is that a capacitive element is used as the acoustic wave sensor 8, so that Ic equal to Id is reduced to the first operational amplifier. This is because the sound wave can be reliably supplied to the sound wave sensor 8 from 1. Therefore, when an inductive sensor is used as the acoustic wave sensor 8, it is desirable that the impedance for supplying Ic is also an inductive element.
When a resistance type sensor is used as the acoustic wave sensor 8,
It is desirable that the impedance is also a resistance element.

【0022】さらに電流Ifを流すインピーダンスとし
て容量素子(第1コンデンサ7)を用いたのも、音波セ
ンサ8として容量素子を用いたためであり、こうするこ
とでIfとId(又はIs)との間における位相回りに
よる影響を抑制し、If中からIdを確実に減殺するこ
とができるからである。従って音波センサ8として誘導
型のセンサを用いる場合には、Ifを流すインピーダン
スも誘導性素子とするのが望ましく、音波センサ8とし
て抵抗型のセンサを用いる場合には、前記インピーダン
スも抵抗素子とするのが望ましい。
Further, the reason why the capacitive element (first capacitor 7) is used as the impedance for flowing the current If is that the capacitive element is used as the acoustic wave sensor 8, and thus the phase between If and Id (or Is) is increased. This is because the influence of the surroundings can be suppressed, and Id can be reliably reduced from If. Therefore, when an inductive sensor is used as the acoustic wave sensor 8, it is desirable that the impedance for flowing If is also an inductive element, and when a resistive sensor is used as the acoustic wave sensor 8, the impedance is also a resistive element. It is desirable.

【0023】さらにインピーダンス12を、複数種類の
インピーダンスで構成するようにしてもよい。例えば、
容量素子と抵抗素子とを並列接続して構成することがで
きる。そして容量素子を流れる電流によって前記基礎容
量値Cdに流れる電流Idを供給するとともに、抵抗素
子を流れる電流によって非反転入力端子から第1演算増
幅器1に流れ込む電流を供給するようにすれば、第1コ
ンデンサ7に流れる電流Ifを電流ΔIにきわめて等し
くすることができる。
Further, the impedance 12 may be constituted by a plurality of kinds of impedances. For example,
The capacitance element and the resistance element can be connected in parallel. If the current Id flowing to the basic capacitance value Cd is supplied by the current flowing through the capacitive element, and the current flowing into the first operational amplifier 1 from the non-inverting input terminal is supplied by the current flowing through the resistive element, the first The current If flowing through the capacitor 7 can be made very equal to the current ΔI.

【0024】また電流Idのうち少なくともその一部を
電流Icで賄うようにすれば、検出電圧Voutに対す
るIdの寄与分を減少させることができるので、本発明
の効果を得ることができる。もっとも容量変化分ΔCを
高感度で検出するためには、上記のように電流Idのほ
ぼ全量を電流Icで賄ってIf=ΔIになるべく近づけ
るのが好ましい。
If at least part of the current Id is covered by the current Ic, the contribution of Id to the detection voltage Vout can be reduced, and the effect of the present invention can be obtained. However, in order to detect the capacitance change ΔC with high sensitivity, it is preferable to cover almost the entire amount of the current Id with the current Ic and make If = ΔI as close as possible.

【0025】また信号出力端子電圧Voutから電圧V
2を差し引いて出力する差動回路を演算増幅器等で構成
し、この差動回路を上記検出回路に含めるようにしても
よい。このようにすると、差分回路の出力からはV2分
を含まない信号を得ることができるので、以後の信号処
理回路を簡素化することができる。
The voltage Vout from the signal output terminal voltage Vout
A differential circuit for subtracting and outputting 2 may be constituted by an operational amplifier or the like, and this differential circuit may be included in the detection circuit. By doing so, a signal not including V2 can be obtained from the output of the difference circuit, so that the subsequent signal processing circuit can be simplified.

【0026】さらに上記では、第1演算増幅器1の出力
端子と信号線9との間に設けた電路17を介して電流I
cを音波センサ8に供給したが、他に所定の電流源を設
け、この電流源と信号線9との間に設けた電路を介して
電流Icを供給するようにしてもよい。電流源として
は、例えば交流電圧発生器とこれに接続されたインピー
ダンスであってもよいし、例えば演算増幅器とその出力
端子に接続されたインピーダンスであってもよい。
Further, in the above, the current I is supplied via the electric path 17 provided between the output terminal of the first operational amplifier 1 and the signal line 9.
Although c is supplied to the sound wave sensor 8, another predetermined current source may be provided, and the current Ic may be supplied via an electric path provided between the current source and the signal line 9. The current source may be, for example, an AC voltage generator and an impedance connected thereto, or, for example, an operational amplifier and an impedance connected to an output terminal thereof.

【0027】[0027]

【実施例】図1に示す回路において、R1=R2=1k
Ω、R3=10kΩ、Cc=2pFとした。音波センサ
8として、図4に示すような基礎容量値Cd=20pF
の容量型のセンサを使用し、容量Csを17pF〜23
pFまで変化させるような音波入力を与えた。音波セン
サ8に電流Icを供給しない場合を比較値とし、Cf=
5pFの場合及びCf=1pFの場合のそれぞれについ
て信号出力端子電圧Voutを測定した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the circuit shown in FIG. 1, R1 = R2 = 1k
Ω, R3 = 10 kΩ, and Cc = 2 pF. As the sound wave sensor 8, a basic capacitance value Cd = 20 pF as shown in FIG.
And a capacitance Cs of 17 pF to 23
A sound input was given that varied to pF. A case where the current Ic is not supplied to the sound wave sensor 8 is set as a comparison value, and Cf =
The signal output terminal voltage Vout was measured for each of the cases of 5 pF and Cf = 1 pF.

【0028】図3(a)はCf=5pFとした場合の結
果を示し、同図(b)はCf=1pFとした場合の結果
を示している。Cf=5pFとした場合は、本発明実施
例及び比較例の双方で容量Csの変化に応じたVout
が検出されている。ただし電圧Voutの変化幅は約
0.15V程度であるので、容量Csの微少な変化を正
確に捉えるのは容易ではないと言える。一方、Cf=1
pFの場合、比較例では出力電圧Voutが電源電圧に
接近して飽和し、容量Csの検出がきわめて困難となっ
ている。本発明実施例では、この場合にも容量Csの変
化を検出でき、しかもこのときの電圧Voutの変化幅
は約0.65Vである。従って微小な容量Csの変化、
すなわち微少な音波入力の変化を高感度で正確に検出で
きることが明らかである。
FIG. 3A shows the result when Cf = 5 pF, and FIG. 3B shows the result when Cf = 1 pF. When Cf = 5 pF, Vout according to the change of the capacitance Cs in both the example of the present invention and the comparative example.
Has been detected. However, since the change width of the voltage Vout is about 0.15 V, it can be said that it is not easy to accurately capture a minute change in the capacitance Cs. On the other hand, Cf = 1
In the case of pF, in the comparative example, the output voltage Vout approaches the power supply voltage and saturates, and it is extremely difficult to detect the capacitance Cs. In the embodiment of the present invention, the change in the capacitance Cs can be detected even in this case, and the change width of the voltage Vout at this time is about 0.65V. Therefore, a small change in capacitance Cs,
That is, it is clear that a minute change in the sound wave input can be accurately detected with high sensitivity.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明のマイクロフォン装置では、音波
センサを流れる電流のうち、インピーダンス変化に応じ
て変化することのない電流分を、第1のインピーダンス
に流れる電流中から減殺することができる。従って微小
な音波入力の変化を高感度で正確に検出することが可能
となる。また回路をコンパクト化できるので、チップ化
等を図るのに好適である。
According to the microphone device of the present invention, of the current flowing through the acoustic wave sensor, the current that does not change in accordance with the impedance change can be reduced from the current flowing through the first impedance. Therefore, it is possible to accurately detect a minute change in the sound wave input with high sensitivity. Further, since the circuit can be made compact, it is suitable for making a chip.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施形態1のマイクロフォン装置の
構成を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a microphone device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】実施形態2のマイクロフォン装置の構成を示す
回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration of a microphone device according to a second embodiment.

【図3】実施例における信号出力端子電圧と容量変化と
の関係を、比較例と比較して示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a signal output terminal voltage and a change in capacitance in an example, in comparison with a comparative example.

【図4】この発明のマイクロフォン装置に用いた音波セ
ンサの一例を示す縦断面図である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an example of a sound wave sensor used in the microphone device of the present invention.

【図5】従来例のマイクロフォン装置の構成を示す回路
図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional microphone device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1演算増幅器 2 第2演算増幅器 7 第1コンデンサ 8 音波センサ 9 信号線 10 シールド線 12 第2コンデンサ 13 信号出力端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st operational amplifier 2 2nd operational amplifier 7 1st capacitor 8 Sound wave sensor 9 Signal line 10 Shield line 12 2nd capacitor 13 Signal output terminal

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力した音波信号に応じてインピーダン
スを変化させる音波センサと、第1の演算増幅器と、第
2の演算増幅器と、第1の演算増幅器の一方の入力端子
と第2の演算増幅器の出力端子との間に設けられた第1
のインピーダンスと、第1の演算増幅器の前記入力端子
にその一端が接続され他端に前記音波センサが接続され
た信号線と、第1の演算増幅器の出力端子と前記信号線
との間に設けられた第2のインピーダンスと、第2の演
算増幅器の出力端子に接続された信号出力端子とを備
え、前記音波センサに第1の演算増幅器の出力端子から
第2のインピーダンスを介して所定の電流を供給するよ
うにしたことを特徴とするマイクロフォン装置。
A first operational amplifier; a second operational amplifier; one input terminal of the first operational amplifier; and a second operational amplifier. The first terminal provided between the
And a signal line having one end connected to the input terminal of the first operational amplifier and the other end connected to the acoustic wave sensor, and an output terminal of the first operational amplifier and the signal line. And a signal output terminal connected to the output terminal of the second operational amplifier. The acoustic wave sensor receives a predetermined current from the output terminal of the first operational amplifier via the second impedance. And a microphone device.
【請求項2】 入力した音波信号に応じて静電容量を変
化させる音波センサと、第1の演算増幅器と、第2の演
算増幅器と、第1の演算増幅器の一方の入力端子と第2
の演算増幅器の出力端子との間に設けられた第1のコン
デンサと、第1の演算増幅器の前記入力端子にその一端
が接続され他端に前記音波センサが接続された信号線
と、第1の演算増幅器の出力端子と前記信号線との間に
設けられた第2のコンデンサと、第2の演算増幅器の出
力端子に接続された信号出力端子とを備え、前記音波セ
ンサに第1の演算増幅器の出力端子から第2のコンデン
サを介して所定の電流を供給するようにしたことを特徴
とするマイクロフォン装置。
A first operational amplifier, a second operational amplifier, and one input terminal of the first operational amplifier and a second operational amplifier.
A first capacitor provided between the output terminal of the first operational amplifier and a signal line having one end connected to the input terminal of the first operational amplifier and the other end connected to the acoustic wave sensor; A second capacitor provided between the output terminal of the operational amplifier and the signal line, and a signal output terminal connected to the output terminal of the second operational amplifier. A microphone device wherein a predetermined current is supplied from an output terminal of an amplifier via a second capacitor.
【請求項3】 入力した音波信号に応じてインピーダン
スを変化させる音波センサと、入出力端子間で信号増幅
を行うよう帰還回路網を設けた第1の演算増幅器と、第
2の演算増幅器と、第1の演算増幅器の一方の入力端子
と第2の演算増幅器の出力端子との間に設けられた第1
のインピーダンスと、第1の演算増幅器の前記入力端子
にその一端が接続され他端に前記音波センサを接続した
信号線と、この信号線にその一端が接続された電流路
と、第2の演算増幅器の出力端子に接続された信号出力
端子とを備え、前記音波センサに前記電流路から所定の
電流を供給するようにしたことを特徴とするマイクロフ
ォン装置。
3. A sound wave sensor for changing impedance according to an input sound wave signal, a first operational amplifier provided with a feedback network for performing signal amplification between input and output terminals, a second operational amplifier, A first operational amplifier provided between one input terminal of the first operational amplifier and an output terminal of the second operational amplifier.
And a signal line having one end connected to the input terminal of the first operational amplifier and the other end connected to the acoustic wave sensor, a current path having one end connected to the signal line, and a second operational amplifier. And a signal output terminal connected to an output terminal of an amplifier, wherein a predetermined current is supplied to the acoustic wave sensor from the current path.
【請求項4】 入力した音波信号に応じて静電容量を変
化させる音波センサと、入出力端子間で信号増幅を行う
よう帰還回路網を設けた第1の演算増幅器と、第2の演
算増幅器と、第1の演算増幅器の一方の入力端子と第2
の演算増幅器の出力端子との間に設けられた第1のコン
デンサと、第1の演算増幅器の前記入力端子にその一端
が接続され他端に前記音波センサを接続した信号線と、
この信号線にその一端が接続された電流路と、第2の演
算増幅器の出力端子に接続された信号出力端子とを備
え、前記音波センサに前記電流路から所定の電流を供給
するようにしたことを特徴とするマイクロフォン装置。
4. A sound wave sensor for changing a capacitance in accordance with an input sound wave signal, a first operational amplifier provided with a feedback network for amplifying a signal between input and output terminals, and a second operational amplifier. And one input terminal of the first operational amplifier and the second
A first capacitor provided between the output terminal of the operational amplifier and a signal line having one end connected to the input terminal of the first operational amplifier and the other end connected to the acoustic wave sensor;
A current path having one end connected to the signal line and a signal output terminal connected to the output terminal of the second operational amplifier are provided, and a predetermined current is supplied to the acoustic wave sensor from the current path. A microphone device characterized by the above-mentioned.
【請求項5】 さらに前記信号線の少なくとも一部を電
気的に遮蔽するシールド手段と、第1の演算増幅器の他
方の入力端子電圧に基づくシールド電圧を前記シールド
手段に印加するシールド電圧印加手段とを設けたことを
特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかのマイクロフ
ォン装置。
5. A shield means for electrically shielding at least a part of the signal line, and a shield voltage applying means for applying a shield voltage based on the other input terminal voltage of the first operational amplifier to the shield means. The microphone device according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
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