具有数字反馈环路的麦克风组装件制造技术

一种麦克风组装件，其包括换能器元件和处理电路。处理电路包括模数转换器(ADC)，其配置成接收、采样以及量化由换能器元件生成的麦克风信号以生成对应数字麦克风信号。处理电路包括反馈路径，该反馈路径包括：数字环路滤波器，其被配置成接收并对所述数字麦克风信号进行滤波以提供第一数字反馈信号；和数模转换器(DAC)，其被配置成将第一数字反馈信号转换成对应模拟反馈信号。处理电路另外包括换能器输出端处的求和节点，该求和节点被配置成组合麦克风信号和模拟反馈信号。

Microphone assembly with digital feedback loop

A microphone assembly includes a transducer element and a processing circuit. The processing circuit includes an analog-to-digital converter (ADC), which is configured to receive, sample and quantify microphone signals generated by transducer elements to generate corresponding digital microphone signals. The processing circuit includes a feedback path comprising a digital loop filter configured to receive and filter the digital microphone signal to provide a first digital feedback signal, and a digital-to-analog converter (DAC) configured to convert the first digital feedback signal into a corresponding analog feedback signal. The processing circuit also includes a summation node at the output end of the transducer, which is configured to combine microphone signals and analog feedback signals.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有数字反馈环路的麦克风组装件相关申请的交叉引用本申请要求2016年7月5日提交的美国专利申请No.15/202404的权益和优先权，其全部内容通过引用并入于此。
技术介绍
便携式通信和计算装置(诸如智能电话、移动电话、平板电脑等)是由可再充电电池源供电的紧凑型装置。紧凑尺寸和电池源严格限制了在这种便携式通信装置中利用的麦克风和麦克风放大电路的最大可接受尺寸和功耗。US2011/0051954A1公开了一种用于电容式换能器的信号调节器。该信号调节器包括差分前置放大器，其包括连接至麦克风换能器输出端的非反相输入端和连接至反馈路径的输出端的分离反相输入端。该反馈路径包括数模转换器并从模数转换器的输出端延伸至前置放大器的反相输入端。然而，仍然需要改进麦克风组装件的声音质量和鲁棒性，例如通过准确地控制频率响应并减少或消除在高声压级下的诸如麦克风前置放大器的信号处理电路的过载失真。过载和失真问题通常因诸如信号处理电路的晶体管的有源放大元件的饱和和非线性而造成。
技术实现思路
第一方面涉及一种麦克风组装件，该麦克风组装件包括：换能器元件，该换能器元件被配置成在换能器输出端处将声音转换成麦克风信号；和处理电路。所述处理电路包括：前置放大器，该前置放大器包括连接至所述换能器输出端的输入节点，该输入节点用于接收所述麦克风信号，所述前置放大器被配置成生成放大麦克风信号和缓冲麦克风信号中的至少一个；和模数转换器(ADC)，该模数转换器被配置成接收、采样以及量化所述放大或缓冲麦克风信号以生成对应数字麦克风信号。所述处理电路另外包括：反馈路径，该反馈路径包括数字环路滤波器，该数字环路滤波器包括可调节或固定传递函数，所述数字环路滤波器被配置成接收并对所述数字麦克风信号进行滤波以提供第一数字反馈信号；和数模转换器(DAC)，该数模转换器被配置成将所述第一数字反馈信号转换成对应模拟反馈信号。所述处理电路另外包括所述换能器输出端处的求和节点，该求和节点被配置成组合所述麦克风信号和所述模拟反馈信号。第二方面涉及一种控制麦克风的信号放大路径的频率响应的方法。所述方法包括以下步骤：a)在麦克风传感器输出端将传入声音转换成对应麦克风信号；b)通过模数转换器(ADC)对所述麦克风信号进行采样和量化，以生成对应数字麦克风信号；c)对所述数字麦克风信号进行低通滤波以提供第一数字反馈信号；d)通过数模转换器(DAC)将所述第一数字反馈信号转换成对应模拟反馈信号；以及e)在所述麦克风换能器输出端组合所述麦克风信号和所述模拟反馈信号以闭合数字反馈环路。以上概述仅仅是例示性的，而非以任何方式进行限制。除了上述例示方面、实施方式、以及特征以外，进一步方面、实施方式、以及特征通过参照下列图和详细描述而变清楚。附图说明本公开的前述和其它特征结合附图根据下面描述和所附权利要求将变得更清楚。附图仅描绘了根据本公开的几个实施方式，并因此不应被视为对其范围的限制。下面结合附图对各种实施方式进行更详细描述。图1是根据各种实施方式的示例性微型麦克风组装件的示意性例示图。图2是根据各种实施方式的微型麦克风组装件的处理电路的简化电气框图。图3是根据各种实施方式的反馈环路或路径的数字环路滤波器的框图。图4是根据各种实施方式的处理电路的反馈环路或路径的混合脉冲宽度和脉冲幅度调制器(PWAM)的简化框图。图5是噪声整形上采样器和量化器的示例性实施方式的简化框图。图6是根据各种实施方式的混合脉冲宽度和脉冲幅度调制器(PWAM)的调制器部分的操作的示意性框图。图7是形成处理电路的电流模式DAC的一部分的电流输出转换器的示例性实施方式的简化示意性框图。图8是根据各种实施方式的在空闲状态操作的可控电流生成器和示例性电流输出转换器的简化示意性框图。图9A和图9B是根据各种实施方式的分别在第一状态和第二状态操作的可控电流生成器的简化示意性框图。图10是处理电路的示例性麦克风前置放大器的简化示意性框图。在下面详细描述中，参照附图对各种实施方式进行描述。本领域技术人员应当明白，附图是示意性的并且为清楚起见而进行了简化，并因此仅示出对于理解本公开而言必不可少的细节，而其它细节则被省去了。贯穿全文，相同标号指相同元件或组件。因此，不必针对各个附图来详细描述相同元件或组件。还应清楚的是，特定动作和/或步骤可以按出现的特定次序描述或描绘，而本领域技术人员应当明白，有关顺序的这种特殊性实际上不需要。具体实施方式本公开的一个方面涉及一种麦克风组装件，其包括换能器元件和处理电路。所述处理电路包括模数转换器(ADC)，该模数转换器被配置成接收、采样以及量化由所述换能器元件生成的麦克风信号以生成对应数字麦克风信号。所述处理电路包括：反馈路径，该反馈路径包括数字环路滤波器，该数字环路滤波器被配置成接收并对所述数字麦克风信号进行滤波以提供第一数字反馈信号；和数模转换器(DAC)，该数模转换器用于将所述第一数字反馈信号转换成对应模拟反馈信号。所述处理电路另外包括所述换能器输出端处的求和节点，该求和节点被配置成组合所述麦克风信号和所述模拟反馈信号。另一方面涉及一种麦克风组装件，该麦克风组装件包括：换能器元件，该换能器元件被配置成在换能器输出端处将声音转换成麦克风信号；和处理电路。所述处理电路包括：前置放大器，该前置放大器包括连接至所述换能器输出端的输入节点，该输入节点用于接收所述麦克风信号，所述前置放大器被配置成生成放大麦克风信号和缓冲麦克风信号中的至少一个；和模数转换器(ADC)，该模数转换器被配置成接收、采样以及量化所述放大或缓冲麦克风信号以生成对应数字麦克风信号。所述处理电路另外包括：反馈路径，该反馈路径包括数字环路滤波器，该数字环路滤波器包括可调节或固定传递函数，所述数字环路滤波器被配置成接收并对所述数字麦克风信号进行滤波，以提供第一数字反馈信号；和数模转换器(DAC)，该数模转换器被配置成将所述第一数字反馈信号转换成对应模拟反馈信号。所述处理电路另外包括所述换能器输出端处的求和节点，该求和节点被配置成组合所述麦克风信号和所述模拟反馈信号。所述换能器元件可以包括电容式换能器元件(例如，微机电系统(MEMS)换能器)，其被配置成将传入声音转换成对应麦克风信号。所述电容式换能器元件例如可以表现出在0.5pF与10pF之间的换能器电容。所述电容式换能器元件的一些实施方式可以包括分别提供所述麦克风信号的第一和第二互充电换能器板(例如，振膜和背板)。可以通过适当高阻抗DC偏压电源将电荷注入所述振膜和背板之一上。所述处理电路可以包括半导体管芯，例如，集成前置放大器、模数转换器、数字环路滤波器、数模转换器以及可选的各种其它模拟和数字电路的混合信号CMOS半导体装置，如下所述。麦克风组装件可以被整形并且调整尺寸，以适合于便携式音频和通信装置，诸如智能电话、平板电脑以及移动电话等。换能器元件可以响应于可听声音。模数转换器可以适于根据特定转换器类型来生成表示麦克风信号的多比特或单比特数字麦克风信号。模数转换器的一些实施方式可以包括过采样转换器类型，如单比特或多比特sigma-delta转换器(ΣΔ)，其被配置成按第一采样频率生成单比特(PDM)或多比特数字麦克风信号。多比特sigma-delta转换器(ΣΔ)可以被配置成生成具有两比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种麦克风组装件，所述麦克风组装件包括：换能器元件，所述换能器元件被配置成将声音转换成换能器输出端处的麦克风信号；以及处理电路，所述处理电路包括：前置放大器，所述前置放大器包括连接至所述换能器输出端的输入节点，所述输入节点用于接收所述麦克风信号，所述前置放大器被配置成生成放大麦克风信号和缓冲麦克风信号中的至少一个；模数转换器ADC，所述模数转换器被配置成接收、采样以及量化所述放大麦克风信号或所述缓冲麦克风信号以生成对应数字麦克风信号；以及反馈路径，所述反馈路径包括：数字环路滤波器，所述数字环路滤波器被配置成接收并对所述数字麦克风信号滤波，以提供第一数字反馈信号；数模转换器DAC，所述数模转换器被配置成将所述第一数字反馈信号转换成对应模拟反馈信号；以及所述换能器输出端处的求和节点，所述求和节点被配置成组合所述麦克风信号和所述模拟反馈信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.05 US 15/202,4041.一种麦克风组装件，所述麦克风组装件包括：换能器元件，所述换能器元件被配置成将声音转换成换能器输出端处的麦克风信号；以及处理电路，所述处理电路包括：前置放大器，所述前置放大器包括连接至所述换能器输出端的输入节点，所述输入节点用于接收所述麦克风信号，所述前置放大器被配置成生成放大麦克风信号和缓冲麦克风信号中的至少一个；模数转换器ADC，所述模数转换器被配置成接收、采样以及量化所述放大麦克风信号或所述缓冲麦克风信号以生成对应数字麦克风信号；以及反馈路径，所述反馈路径包括：数字环路滤波器，所述数字环路滤波器被配置成接收并对所述数字麦克风信号滤波，以提供第一数字反馈信号；数模转换器DAC，所述数模转换器被配置成将所述第一数字反馈信号转换成对应模拟反馈信号；以及所述换能器输出端处的求和节点，所述求和节点被配置成组合所述麦克风信号和所述模拟反馈信号。2.根据权利要求1所述的麦克风组装件，其中，所述换能器元件包括电容式换能器，所述电容式换能器在第一互充电换能器板和第二互充电换能器板上施加所述麦克风信号。3.根据权利要求2所述的麦克风组装件，其中，所述换能器元件表现出0.5pF与10pF之间的换能器电容。4.根据权利要求2所述的麦克风组装件，其中，所述模拟反馈信号被直接连接至所述换能器输出端，而不介入任何有源放大或缓冲电路。5.根据权利要求4所述的麦克风组装件，其中，所述模拟反馈信号被直接连接至所述第一互充电换能器板和所述第二互充电换能器板中的至少一个。6.根据权利要求1所述的麦克风组装件，其中，所述模数转换器包括按第一采样频率生成单比特PDM或多比特数字麦克风信号的∑Δ调制器；其中，所述反馈路径包括在所述数字环路滤波器前面的抽取器，所述抽取器被配置为按第二采样频率将所述单比特或多比特数字麦克风信号转换成第一多比特PCM数字信号，其中，所述第二采样频率低于所述第一采样频率；并且其中，所述第一多比特PCM数字信号耦接至所述数字环路滤波器的输入端。7.根据权利要求1所述的麦克风组装件，其中，所述数字环路滤波器包括具有处于或高于10Hz的截止频率的低通滤波器。8.根据权利要求7所述的麦克风组装件，其中，所述低通滤波器具有处于或高于50Hz的截止频率。9.根据权利要求7所述的麦克风组装件，其中，所述低通滤波器具有处于或高于100Hz的截止频率。10.根据权利要求1所述的麦克风组装件，其中，所述处理电路还包括：命令和控制接口，所述命令和控制接口用于接收来自主机处理器的滤波器配置数据。11.根据权利要求10所述的麦克风组装件，其中，所述命令和控制接口包括I2C、USB、UART或SPI命令和控制接口中的至少一个。12.根据权利要求10所述的麦克风组装件，其中，所述数字环路滤波器包括由所述滤波器配置数据控制的可调节或可编程传递函数。13.根据权利要求1所述的麦克风组装件，其中，所述数模转换器DAC包括：混合脉冲宽度和脉冲幅度调制器PWAM，所述混合脉冲宽度和脉冲幅度调制器被配置成通过以下处理来生成所述模拟反馈信号：按比所述第一数字反馈信号的采样频率高的采样频率，将所述第一数字反馈信号转换成对应的脉冲宽度和脉冲幅度调制信号。14.根据权利要求13所述的麦克风组装件，其中，所述混合脉冲宽度和脉冲幅度调制器PWAM包括：电流输出转换器，所述电流输出转换器被配置成将所述脉冲宽度和脉冲幅度调制信号转换成对应的可变宽度和幅度电流脉冲序列；并且其中，所述电流输出转换器包括与所述DAC输出端并联连接的多个单独可控电流生成器。15.根据权利要求14所述的麦克风组装件，其中，所述多个单独可控电流生成器中的每一个都包括：连接在所述电流输出转换器的正DC供电轨与所述DAC输出端之间的第一电流源，所述第一电流源用于向所述DAC输出端输出第一电流电平；以及连接在所述DAC输出端与所述电流输出转换器的负DC供电轨之间的第二电流源，所述第二电流源用于从所述DAC输出端吸收第二电流电平；以及DC误差抑制电路，所述DC误差抑制电路被配置为使所述第一电流电平和所述第二电流电平相匹配。16.根据权利要求15所述的麦克风组装件，其中，所述多个单独可控电流生成器中的每一个都包括：连接在所述电流输出转换器的正DC供电轨与所述DAC输出端之间的第一电流源，所述第一电流源用于向所述DAC输出端输出第一电流电平；以及连接在所述DAC输出端与所述电流输出转换器的负DC供电轨之间的第二电流源，所述第二电流源用于把第二电流电平吸收至所述DAC输出端；以及DC误差抑制电路，所述DC误差抑制电路被配置成使所述第一电流电平和所述第二电流电平相匹配。17.根据权利要求16所述的麦克风组装件，其中，各个所述单独可控电流生成器在10kHz下的输出阻抗大于1MΩ。18.根据权利要求16所述的麦克风组装件，其中，各个所述单独可控电流生成器在10kHz下的输出阻抗大于10MΩ。19.根据权利要求16所述的麦克风组装件，其中，各个所述单独可控电流生成器在10kHz下的输出阻抗大于100MΩ。20.根据权利要求16所述的麦克风组装件，其中，所述多个单独可控电流生成器中的每一个都包括：连接至所述第一电流源和所述第二电流源中的至少一个的反馈调节环路，所述反馈调节环路用于动态地调节所述第一电流电平和所述第二电流电平中的至少一个。21.根据权利要求16所述的麦克风组装件，其中，所述反馈调节环路包括差分环路放大器；所述差分环路放大器包括：连接至所述第一电流源与所述第二电流源之间的中点节点的第一输入端和连接至DC基准电压的第二输入端；以及连接至所述第一电流源和所述第二电流源中的至少一个的输出端。22.根据权利要求17所述的麦克风组装件，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·沙扬，C·E·弗斯特，P·F·霍斯顿，K·S·贝特尔森，H·汤姆森，
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