音频设备、电路中的方法以及麦克风技术

本公开涉及音频设备、电路中的方法以及麦克风。该音频设备包括：输入缓冲器；模数转换器，该模数转换器联接到输入缓冲器；解压缩模块，该解压缩模块联接到模数转换器；以及增益控制模块，该增益控制模块联接到输入缓冲器和解压缩模块。输入缓冲器具有第一可调节增益且在模拟域内操作。模数转换器将从输入缓冲器接收的输入模拟数据转换成数字数据。解压缩模块在数字域内操作，并且被配置为解压缩从模数转换器接收的数字数据。解压缩模块具有第二可调节增益并产生输出数字信号。增益控制模块通过选择性控制模拟域中的输入缓冲器的第一增益和数字域中的解压缩模块的第二增益，来确定何时针对特性的变化补偿输入模拟数据。

Digital microphone with adjustable gain control

A method for providing a device. The device comprises: an input buffer; analog-to-digital converter, the analog-to-digital converter is connected to the input buffer; decompression module, the decompression module is coupled to the analog-to-digital converter; and gain control module, the gain control module is connected to the input buffer and decompression module. The input buffer has the first adjustable gain and operates within the analog domain. The analog to digital converter converts the input analog data received from the input buffer into digital data. The decompression module operates within the digital domain and is configured to decompress digital data received from the analog-to-digital converter. The decompression module has a second adjustable gain and generates an output digital signal. The gain control module determines when the input analog data is compensated for the change in characteristics by selectively controlling the first gain of the input buffer in the analog domain and the second gain in the decompressed module in the digital domain.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可调节增益控制的数字麦克风相关申请的交叉引用本专利基于35U.S.C.§119(e)要求2014年9月19日提交的标题为“DigitalMicrophoneWithAdjustableGainControl”的美国第62/052684号临时申请的权益，此处以引证的方式将上述申请的内容全文并入。
本申请涉及数字麦克风，更具体地，涉及这些装置中的增益控制。
技术介绍
各种类型的麦克风和接收器已经使用多年。在这些装置中，不同的电部件一起收容在壳体或组件内。其它类型的声学装置可以包括其它类型的部件。这些装置可以用于诸如助听器、个人音频耳机这样的听力仪器中，或用于诸如蜂窝电话和计算机等这样的其他电子装置中。一些麦克风使用接收声能并将声能转换成电信号的微机电系统(MEMS：Micro-Electro-MechanicalSystem)。这些麦克风还可以使用专用集成电路(ASIC)，该ASIC从MEMS取得电信号，并且对信号执行后处理，和/或针对更大电子环境中接着的电路级缓冲信号。ASIC的输出可以为模拟形式或数字形式，并且具有提供数字输出的ASIC的麦克风被称为数字麦克风。近年来，数字麦克风在便携式电子设备中特别是在移动电话中变得越来越流行。同时，还存在对支持高声学过载点(AOP：AcousticOverloadPoint)等级的麦克风增长的需求。更高的声级意味着到ASIC的MEMS输出处的更高电压电平。该增大将意味着MEMS输出电压电平可能最终高于ASIC的电源电压电平，这因此将产生动态范围问题，其中，ASIC在不在输入处对信号削波的情况下，将不能处理这种高输入电压电平。因为ASIC输入处信号的恒定削波将减小麦克风的动态范围(DR)，所以这从麦克风系统观点不可接受。附图说明为了更完全地理解本公开，应参照以下详细描述和附图，附图中：图1包括根据本专利技术的各种实施方式的、具有自动增益控制的麦克风的框图；图2包括示出了根据本专利技术的各种实施方式的增益控制电路的操作的方面的曲线图；图3包括根据本专利技术的各种实施方式的增益控制电路的一个示例的流程图；图4包括根据本专利技术的各种实施方式的、具有自动增益控制的麦克风的部分的电路图；图5包括根据本专利技术的各种实施方式的、具有自动增益控制的另一个麦克风的部分的电路图；图6包括根据本专利技术的各种实施方式的麦克风的部分的电路图；图7包括根据本专利技术的各种实施方式的、具有自动增益控制的麦克风(包括切换电路)的部分的电路图；图8包括根据本专利技术的各种实施方式的增益控制模块的框图；图9包括根据本专利技术的各种实施方式的增益控制模块中的决策模块的操作的一个示例的流程图；以及图10A和图10B示出了根据本专利技术的各种实施方式的缓冲器中的压缩器的两个示例，图10A示出了没有衰减，并且图10B示出了示例12dB衰减。技术人员将理解，附图中的元件是为了简化和清晰而例示。进一步将理解的是，可以以发生的特定顺序来描述或描绘特定动作和/或步骤，然而本领域技术人员将理解，实际上不需要针对顺序的这种特定性。还将理解的是，这里所用的术语和表达具有如与关于其对应各调查和研究区域的这种术语和表达一致的普通含义，除了这里另外阐述特定含义的情况。具体实施方式虽然本专利技术容许许多不同形式的实施方式，但附图中示出且这里将详细描述本专利技术的各种优选实施方式，理解的是，本公开被认为是本专利技术原理的范例，并且不旨在将本专利技术的广泛方面限于所例示的实施方式。在这里所述的方法中，来自微机电系统(MEMS)装置的信号以不劣化麦克风动态范围(DR)的方式，在它到达数字输出之前在ASIC输入处衰减且然后放大。在自动增益控制(AGC)电路模块的监督下，自适应执行衰减和然后放大。控制模拟域和数字域的增益。当一个增大时，另一个可以减小。当一个减小时，另一个可以增大，以便维持如图2所示的线性输入/输出特性。在一些方面中，一种设备包括输入缓冲器。该输入缓冲器从换能器接收并存储输入模拟数据。输入缓冲器具有第一可调节增益且在模拟域中操作。设备还包括联接到输入缓冲器的模数转换器。模数转换器将从输入缓冲器接收的输入模拟数据转换成数字数据。设备还包括联接到模数转换器的解压缩模块。解压缩模块在数字域中操作，并且被配置为解压缩从模数转换器接收的数字数据。解压缩模块具有第二可调节增益且产生输出数字信号。设备还包括联接到输入缓冲器和解压缩模块的增益控制模块。增益控制模块通过选择性控制模拟域中的输入缓冲器的第一增益和数字域中的解压缩模块的第二增益，来确定输入模拟数据何时补偿特性的变化。现在参照图1，描述了用于控制模拟域和数字域中的增益的设备的一个示例。MEMS装置102联接到专用集成电路(ASIC)104。ASIC104包括：输入缓冲器106(该输入缓冲器具有自动增益控制)、放大器108、模数转换器(ADC)110、解压缩模块112、输出驱动器电路114、以及增益控制模块116。在一些方面中，输入缓冲器106可以是前置放大器。MEMS装置102包括膜片和背板。声能移动膜片，并且相对于背板的位移产生电信号。ASIC104可以是执行各种处理功能的任意类型的集成电路。在一个示例中，ASIC104执行放大功能、滤波功能以及相移功能。还可以执行功能的其他示例。输入缓冲器(或前置放大器)106对所接收的信号执行阻抗变换(impedancetransformation)。放大器108用于放大信号。模数转换器(ADC)110将模拟信号转换成数字信号。解压缩模块112用于向系统提供滤波功能，或以其他方式解压缩信号。输出驱动器电路114用于驱动外部电路。增益控制模块116控制解压缩模块112和输入缓冲器106的增益。在图1的系统的操作的一个示例中，向ASIC104馈送在MEMS装置102处产生的电信号。信号首先由输入缓冲器106缓冲，然后可以可选地由放大器108来放大，以降低ADC110的噪声要求。ADC110将模拟信号转换成数字信号。数字信号链118可以包括任意数量的解压缩模块。信号在被在输出驱动器电路114处逐出之前被传输并穿过数字信号链118。在方面中，本方法基于来自MEMS装置102的信号的振幅等级，来考虑在输入缓冲器106处的信号衰减和然后在数字域处的放大。增益控制模块116确定何时在模拟域和在数字域处应用增益变化。解压缩模块112补偿模拟域中的增益变化。还可以使用包括解压缩模块112和增益控制模块116的DSP块或模块。信号峰值级的识别在数字域中发生，从而将数字域增益变为补偿模拟增益变化。此外，在数字域中提供并使用算法来补偿由输入缓冲器106中的模拟AGC实施方案引入的不利作用。这些不利作用包括：偏置和由于输入缓冲器106中的增益变化而引起的电压跳变。其他示例是可以的。使用本方法，数字麦克风可以处置并处理具有高声压级的信号。另外，在增益控制算法的监督下，由模拟和数字域增益的自适应变化来保持全动态范围。此外，由于模拟实施方案而出现的不利作用由数字域中的算法来补偿。现在参照图2，描述了输入缓冲器和解压缩模块的输出处的信号幅度。如图所示，第一信号202表示输入缓冲器(例如，图1的输入缓冲器106)的输出处的信号。第二信号204指示在由解压缩模块112处理之后的信号。在点206处，数字域信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，所述设备包括：输入缓冲器，所述输入缓冲器被配置为从换能器接收并存储输入模拟数据，所述输入缓冲器具有第一可调节增益且在模拟域内操作；模数转换器，该模数转换器联接到所述输入缓冲器，所述模数转换器被配置为将从所述输入缓冲器接收的所述输入模拟数据转换成数字数据；解压缩模块，该解压缩模块联接到所述模数转换器，所述解压缩模块被配置为在数字域内操作，所述解压缩模块被配置为解压缩从所述模数转换器接收的所述数字数据，所述解压缩模块具有第二可调节增益并产生输出数字信号；增益控制模块，该增益控制模块联接到所述输入缓冲器和所述解压缩模块，所述增益控制模块被配置为，通过选择性控制所述模拟域中的所述输入缓冲器的所述第一增益、和所述数字域中的所述解压缩模块的所述第二增益，来确定何时针对特性的变化补偿所述输入模拟数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.19 US 62/052,6841.一种设备，所述设备包括：输入缓冲器，所述输入缓冲器被配置为从换能器接收并存储输入模拟数据，所述输入缓冲器具有第一可调节增益且在模拟域内操作；模数转换器，该模数转换器联接到所述输入缓冲器，所述模数转换器被配置为将从所述输入缓冲器接收的所述输入模拟数据转换成数字数据；解压缩模块，该解压缩模块联接到所述模数转换器，所述解压缩模块被配置为在数字域内操作，所述解压缩模块被配置为解压缩从所述模数转换器接收的所述数字数据，所述解压缩模块具有第二可调节增益并产生输出数字信号；增益控制模块，该增益控制模块联接到所述输入缓冲器和所述解压缩模块，所述增益控制模块被配置为，通过选择性控制所述模拟域中的所述输入缓冲器的所述第一增益、和所述数字域中的所述解压缩模块的所述第二增益，来确定何时针对特性的变化补偿所述输入模拟数据。2.根据权利要求1所述的设备，其中，随着所述第一增益增大，所述第二增益减小，并且其中，当所述第一增益减小时，所述第二增益增大。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述增益控制模块还被配置为对信号强度进行采样。4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述增益控制模块还被配置为确定所述信号强度是否超过第一预定阈值。5.根据权利要求4所述的设备，其中，响应于确定所述信号强度超过所述第一预定阈值，所述增益控制模块被配置为减小所述第一增益并增大所述第二增益。6.根据权利要求3所述的设备，其中，所述增益控制模块还被配置为确定所述信号强度是否在第二预定阈值以下达预定时间段。7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·乌里塔斯，P·F·霍伟斯藤，S·格尔古耶夫，C·弗斯特，
申请(专利权)人：美商楼氏电子有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US