[發(fā)明專利]具有有源壓縮的電容式微機(jī)電系統(tǒng)麥克風(fēng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980046346.6
• 申請(qǐng)日: 2019-08-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112425184B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 哈?！ひ了?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 朝陽(yáng)半導(dǎo)體技術(shù)江陰有限公司
• 主分類號(hào): H04R3/06
• 分類號(hào): H04R3/06;H04R19/04
• 代理公司: 北京律盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 劉鋒

一種數(shù)字麥克風(fēng)將來(lái)自MEMS電容器的大電壓擺動(dòng)信號(hào)壓縮成適合由集成電路處理的信號(hào)。所述壓縮可通過(guò)將調(diào)節(jié)電容器選擇性地并聯(lián)耦合到所述MEMS電容器而在模擬域中執(zhí)行。所述數(shù)字麥克風(fēng)可使用與基本上是在所述模擬域中執(zhí)行的所述壓縮的逆操作的解壓縮技術(shù)而在數(shù)字域中解壓縮所述信號(hào)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及數(shù)字麥克風(fēng)，且更特定地涉及具有電容壓縮的數(shù)字麥克風(fēng)。

背景技術(shù)

數(shù)字麥克風(fēng)可用于通過(guò)語(yǔ)音命令提供語(yǔ)音辨識(shí)或操作的裝置中。這些裝置可包含通常與語(yǔ)音通信相關(guān)聯(lián)的裝置，例如蜂窩電話，尤其是可被分類為智能電話的電話。但是，所述裝置還可包含通常不與語(yǔ)音操作相關(guān)聯(lián)的裝置，舉例而言，例如電視、冰箱或其它家用裝置的裝置。所述裝置還可包含相對(duì)新的裝置，例如為虛擬助手提供接口的裝置。

許多此類裝置使用集成電路進(jìn)行操作。所述集成電路執(zhí)行各種操作，包含處理由數(shù)字麥克風(fēng)的麥克風(fēng)提供的信號(hào)，以及其它邏輯相關(guān)操作、存儲(chǔ)器相關(guān)操作及可能的通信相關(guān)操作。

集成電路通常在低電壓水平下操作。集成電路操作期望低電壓操作的原因有很多，包含與功率使用、操作速度及其它原因相關(guān)的原因。對(duì)于移動(dòng)裝置及其它電池供電的裝置，低功率使用可能尤其重要，例如以允許電池充電之間更大的使用量。然而，即使對(duì)于其它裝置，低功率操作也可能是期望的，尤其是對(duì)于可能期望始終開(kāi)啟至少用于可能接收及處理基于語(yǔ)音的命令的那些裝置。

數(shù)字麥克風(fēng)的期望動(dòng)態(tài)范圍可能相對(duì)較大。動(dòng)態(tài)范圍可能期望覆蓋非常大的聲音以及幾乎聽(tīng)不見(jiàn)的聲音。此外，對(duì)于一些應(yīng)用，例如語(yǔ)音辨識(shí)應(yīng)用，基于音頻的信號(hào)可能期望具有相對(duì)高的信噪比。不幸的是，數(shù)字麥克風(fēng)的麥克風(fēng)可能具有難以提供此類信號(hào)的組件，尤其是考慮集成電路中使用的電壓水平。

發(fā)明內(nèi)容

在一些實(shí)施例中，一種數(shù)字麥克風(fēng)包含微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)電容器及進(jìn)一步電容，MEMS電容器耦合到包含前置放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)及數(shù)字信號(hào)處理(DSP)電路的處理鏈，其中進(jìn)一步電容隨時(shí)間變化以提供被提供到前置放大器的信號(hào)的模擬壓縮。在一些實(shí)施例中，DSP電路經(jīng)配置以執(zhí)行解壓縮功能，解壓縮功能包含模擬壓縮的解壓縮。

一些實(shí)施例提供一種數(shù)字麥克風(fēng)，其包括：微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)電容器；多個(gè)調(diào)節(jié)電容器，其可選擇性地并聯(lián)耦合到所述MEMS電容器，所述調(diào)節(jié)電容器可選擇性地耦合到所述MEMS電容器以實(shí)現(xiàn)所述MEMS電容器的電壓輸出的x/(1+N|x|)形式的壓縮，N是大于1的壓縮指數(shù)；及處理鏈，其耦合到所述MEMS電容器的一側(cè)，所述處理鏈依次包含前置放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)及解壓縮模塊，所述解壓縮模塊經(jīng)配置以執(zhí)行基本上是x/(1+N|x|)的形式的壓縮的逆操作的解壓縮。

一些實(shí)施例提供一種用于處理數(shù)字麥克風(fēng)的信號(hào)的方法，其包括：選擇性地將多個(gè)調(diào)節(jié)電容器與用作數(shù)字麥克風(fēng)的傳感器的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)電容器并聯(lián)耦合，以便對(duì)由所述MEMS電容器產(chǎn)生的信號(hào)執(zhí)行第一壓縮技術(shù)；放大來(lái)自所述MEMS電容器的信號(hào)，以提供經(jīng)放大信號(hào)；將所述經(jīng)放大信號(hào)數(shù)字化，以證明數(shù)字信號(hào)；及對(duì)所述數(shù)字信號(hào)執(zhí)行數(shù)字操作，所述數(shù)字操作是所述第一壓縮技術(shù)的逆操作。

本發(fā)明的這些方面及其它方面在查閱本發(fā)明后得到更充分的理解。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的方面的數(shù)字麥克風(fēng)的半示意性半框圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的方面的進(jìn)一步數(shù)字麥克風(fēng)的半示意性半框圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的方面的又進(jìn)一步數(shù)字麥克風(fēng)的半示意性半框圖。

圖4是針對(duì)不同壓縮水平的傳感器輸出電壓對(duì)聲壓的圖表。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的方面的又更進(jìn)一步數(shù)字麥克風(fēng)的半示意性半框圖。

圖6A是展示輸入信號(hào)、壓縮信號(hào)及未壓縮聲音信號(hào)的曲線圖。

圖6B是展示解壓縮信號(hào)頻譜的曲線圖。