[發明專利]MEMS麥克風的信號處理電路及信號處理方法

有效

• 申請號: 202011217343.5
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112492473B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 周延青;潘華兵;鄭泉智;胡鐵剛
• 申請（專利權）人: 杭州士蘭微電子股份有限公司
• 主分類號: H04R19/04
• 分類號: H04R19/04
• 代理公司: 北京成創同維知識產權代理有限公司 11449
• 代理人: 蔡純;岳丹丹

本申請公開了MEMS麥克風的信號處理電路及信號處理方法。該信號處理電路包括：預處理模塊，基于多個閾值范圍，對所述MEMS麥克風提供的輸入信號進行預量化和信號整形，以獲得高有效位數據和整形信號；主模數轉換器，與所述預處理模塊相連接以獲得所述整形信號，對所述整形信號進行量化采樣以獲得低有效位數據；以及數字處理器，與所述預處理模塊相連接以獲得所述高有效位數據，與所述主模數轉換器相連接以獲得所述低有效位數據，以及將所述高有效位數據和所述低有效位數據合并以及進行編碼，從而獲得所述MEMS麥克風的數字信號。該信號處理電路采用信號預處理的方式提高了系統有效位數。

技術領域

本發明涉及MEMS麥克風，更具體地，涉及MEMS麥克風的信號處理電路及信號處理方法。

背景技術

MEMS麥克風是采用微加工工藝制造的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微電子機械系統)器件。由于具有體積小、靈敏度高、與現有半導體技術兼容性好的優點，MEMS麥克風在手機等移動終端上的應用越來越廣泛。MEMS麥克風的結構包括彼此相對的膜片和背極板電極，二者分別經由引線連接至相應的電極。在膜片和背極板電極之間形成有空腔以提供膜片所需的振動空間。

MEMS麥克風與信號處理電路一起組成數字麥克風系統。信號處理電路對MEMS麥克風提供的輸入信號進行一系列信號處理以產生數字信號，包括阻抗轉換、單端信號轉雙端信號、信號放大、模數轉換、以及數字噪聲整形等。數字麥克風系統的信噪比高、抗干擾能力強，并且還可以根據應用靈活調節靈敏度和響應頻段。在數字麥克風系統中，數字信號的有效位數(ENOB)是重要的性能參數，與MEMS麥克風的信號處理電路的內部參數相關。

為了提高數字信號的有效位數，MEMS麥克風的信號處理電路需要增大放大器的動態范圍和提高模數轉換器的分辨率。然而，現有MEMS麥克風的信號處理電路在提高數字信號的有效位數的同時，不僅產生了附加的量化噪聲，而且導致電路設計復雜度和電路成本過高。

發明內容

本發明的目的在于提供MEMS麥克風的信號處理電路及信號處理方法，其中，對MEMS麥克風的模擬信號進行信號預處理以降低數字信號的量化噪聲以及提高數字信號的有效位數。

根據本發明的一方面，提供一種MEMS麥克風的信號處理電路，包括：

預處理模塊，基于多個閾值范圍，對所述MEMS麥克風提供的輸入信號進行預量化和信號整形，以獲得高有效位數據和整形信號；

主模數轉換器，與所述預處理模塊相連接以獲得所述整形信號，對所述整形信號進行量化采樣以獲得低有效位數據；以及

數字處理器，與所述預處理模塊相連接以獲得所述高有效位數據，與所述主模數轉換器相連接以獲得所述低有效位數據，以及將所述高有效位數據和所述低有效位數據合并以及進行編碼，從而獲得所述MEMS麥克風的數字信號。

可選地，所述預處理模塊包括：

量化器，根據所述多個閾值范圍對輸入信號進行初步的量化分級以獲得所述高有效位數據；以及

整形模塊，根據所述多個閾值范圍分別疊加相對應的直流偏移，以獲得所述整形信號。

可選地，所述閾值范圍包括采用n*(Vref_P-Vref_N)劃分的多個正極性范圍，以及采用n*(Vref_N-Vref_P)劃分的多個負極性范圍，其中，Vref_P和Vref_N分別表示上偏移信號和下偏移信號，且Vref_P大于Vref_N，n表示自然數。

可選地，對于n*(Vref_P-Vref_N)和(n+1)*(Vref_P-Vref_N)的正極性范圍，所述整形模塊在所述輸入信號上疊加的直流偏移等于-n*(Vref_P-Vref_N)。