换能器系统与方法技术方案

依据一实施例，换能器系统包括：换能元件和耦接至所述换能元件的差分输出的对称检测电路。该换能元件包括信号板、第一感测板以及第二感测板。该对称检测电路被配置为基于差分输出中的非对称而输出误差信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总地涉及电子系统和方法，并且，在特定的实施例中，涉及换能器的系统与方法。
技术介绍
换能器将信号从一个域转换至另一个域，并且经常是感测器中的整体组件。包括日常能看见的换能器的一个通常感测器是麦克风，其将声波转换为电信号。基于微机电系统(Microelectromechanical system, MEMS)的感测器包括使用微机械技术生产的多个换能器。MEMS (譬如MEMS麦克风)通过测量换能器中的物理状态的变化来搜集来自环境的信息，并且将所环能的信号传送至连接至该MEMS感测器的处理电路。MEMS设备可以使用类似于用于集成电路的组装技术的微机械组装技术来制造。MEMS设备可以被设计用作例如振荡器、谐振器、加速器、陀螺仪、压强感测器、麦克风以及微反射镜。很多MEMS设备使用电容感测技术以将物理现象转换为电信号。在该些应用中，感测器中的电容的变化被通过接口电路转换为电压信号。—个该类的电容感测设备是MEMS麦克风。MEMS麦克风通常具有可偏转的薄膜，该薄膜与硬性背板之间以一小距离分开。响应于入射在该薄膜上的声压波，该薄膜向该背板偏转或偏离，从而改变该薄膜与背板之间的间隔距离。通常地，该薄膜和背板由导电材料制造并且形成电容器的“板”。因此，由于将该薄膜与背板分离的距离响应于该入射的声波而改变，产生了该“板”和电信号之间的电容变化。对于电容的MEMS感测器，当存在很大的物理信号或冲击时，该些可偏转的板中的一个可能偏转直到接触邻近的板。在该情况中，被施加至该板的电压可以足够大以导致该板保持与另一个接触。该现象可以被称为“吸入(pull-1n)”。在电容的MEMS感测器中，吸入可能影响感测器的性能。
技术实现思路
根据一实施例，换能器系统包括换能元件和对称检测电路。该换能元件包括信号板、第一感测板以及第二感测板。该对称检测电路被耦接至该换能元件的差分输出，并被配置为基于该差分输出中的不对称来输出误差信号。【附图说明】为了更全面地理解本专利技术以及本专利技术的优点，请结合附图参考下面的描述，其中:图1示出了换能器系统实施例的系统模块图；图2a和2b分别示出了依据第一和第二操作场景的换能器实施例的灵敏度的示意图；图3示出了呈现吸入现象的双背板换能器实施例的原理图；图4示出了呈现吸入现象的双背板换能器实施例在修复前的差分输出波形；图5示出了在操作期间的双背板换能器的波形图；图6示出了 MEMS麦克风系统的实施例的原理图；图7a、7b和7c示出了吸入检测电路实施例的电路图；图8a、8b和8c示出了吸入修复电路实施例的电路图；图9示出了用于换能器系统的操作的实施例方法的模块图。在不同图中的一致的数字和符号通常指向一致的部件，除非另外指出。附图被绘制以清楚地示出实施例的相关方面，并且不必按比例地绘制。【具体实施方式】多个实施例的制作和使用在下面被详细地讨论。然而，可以理解的是，这里所描述的不同实施例在各种语境下均可以应用。所描述的特定的实施例仅仅描述特定方式以制作和使用不同的实施例，并且不应被解释有限的范围。在特定的语境中结合不同的实施例进行说明，命名为麦克风换能器，并且更特别的是MEMS麦克风。本文描述的一些不同的实施例包括例如MEMS换能器系统、MEMS麦克风系统、双背板MEMS麦克风、换能器中的误差检测和修复，以及用于电容MEMS感测器的吸入检测和修复。在其它实施例中，依据本领域的任何已知的方式，本专利技术还可以被用在其它采用任何类型的感测器或换能器的应用中。在电容板换能器中，在由冲击或大幅值信号引起的吸入后，如果电容换能器的一些板被大于拉出(pull-out)电压的电压偏置时，该些板可以保持与另一板接触，其中，在吸入后，当处于该拉出电压时该些板将自发地分离。依据不同的实施例，在双感测板电容换能器(譬如，双背板MEMS麦克风)中，每个板和对应的差分输出的的灵敏度通过吸入来改变。因此，本文描述的实施例包括用于分析双感测板电容换能器(譬如，双背板MEMS麦克风)并且识别吸入情形的方法与电路。在不同的实施例中，修复电路控制受影响的板上的电荷，当吸入被通过吸入检测电路而被检测到时，使得该呈现吸入的板释放并且使得该换能器被返回至未受影响的操作条件。在一些实施例中，双背板MEMS麦克风以薄膜和两个背板之间的、大于拉出电压的电压来操作。在该实施例中，双背板MEMS麦克风被以更高的偏置电压偏置，实现了提升的灵敏度，并且在吸入时被该修复电路所修复。图1示出了换能器系统实施例的系统模块图，该换能器系统100包括双背板MEMS麦克风102、放大器104、吸入检测电路106、修复电路108和偏置电路110。依据不同的实施例，MEMS麦克风102接收来自检测环境中声信号A_in，譬如通过连接至外部环境的声音端口，并且将转换该声信号转换以提供差分电信号至放大器104，该放大器输出放大的差分输出信号E_out。在不同的实施例中，吸入检测电路106在换能器系统100的操作中监测差分输出信号E_out，并且当吸入被检测到时提供释放使能信号R_en至修复电路108。在一些实施例中，吸入检测电路106可以监测放大器104的输入而不是差分输出信号E_out，或是除了差分输出信号E_out以外还监测放大器104的输入。不同特定的实施例的吸入检测电路和修复电路在下面做进一步描述。修复电路108触发释放或修复序列，该序列可以提供隔离修复信号R_dis至MEMS麦克风102以断开麦克风板或可以提供偏置修复信号R_bias至偏置电路110以改变施加至MEMS麦克风102的至少一个板的偏置电压。在不同的实施例中，被施加至MEMS麦克风102的偏置电压V_bias在正常操作期间大于拉出电压VP_out并且在释放或修复序列期间低于拉出电压VP_out。在不同的实施例中，其它类型的差分电容板换能器或感测器可以被用来替换MEMS麦克风102，因为双背板MEMS麦克风仅仅是一个示例性的实施例。例如，如本文所述的，一些实施例可以包括具有吸入检测电路106和修复电路108的双板加速器。在另一个实施例中，本文处所述的，差分输出电容压强感测器可以包括吸入检测电路106和修复电路108。图2a和2b分别示出了依据第一和第二操作场景的换能器实施例的灵敏度图示。该图描述了如在纵轴上所显示的换能器的灵敏度，其与如在横轴上所显示的施加至换能器板的换能器电压V_mic相对。所显示的电压包括吸入电压VP_in和拉出电压VP_out。依据不同的实施例，图2a示出了用于识别第一操作点0P1的第一描述场景，由于其由偏置电压V_bias设置，第一操作点0P1被设置为低于拉出电压VP_out。图2a和2b中所示出的灵敏度图示被生成以特性化关于吸入和拉出行为的换能器行为。为了执行该特性化，小的声信号被施加至声换能器，该声换能器导致在背板和薄膜之间的总位移距离中的小的变化。该小的变化远小于该总位移距离。该换能器电压V_mic是变化的并且对于每个电压该灵敏度被测量。基于图2示出的第一特性化所该生成的图示，第一操作点0P1被确定。第一操作点0P1可以确保该薄膜将不会随着声冲击事件而附着于背板。如果偏置电压V_bias被设置为在第一操作点0P1(低于拉出电压VP_out)操作该换能器，虽然很大的声信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种换能器系统，包括：换能元件，其包括信号板、第一感测板以及第二感测板；以及对称检测电路，其被耦接至所述换能元件的差分输出，所述对称检测电路被配置为基于所述差分输出中的非对称而输出误差信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A·韦斯鲍尔，C·简克纳，U·克伦拜恩，M·菲尔德纳，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE