具有双MEMS装置的声学设备制造方法及图纸

根据本公开的一个方面，提供了一种声学设备，该声学设备包括第一换能器、第二换能器、耦接到所述第一换能器的信号发生器、以及耦接到所述第二换能器的邻近检测模块。缓冲模块被耦接到所述第一换能器和第二换能器并且被配置为处理从所述第二换能器接收到的模拟信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有双MEMS装置的声学设备相关申请的交叉引用本专利根据35U.S.C.§119(e)要求于2014年10月2日提交的题为“AcousticApparatusWithDualMEMSDevices”的美国临时申请No.62/058,992的权益，其内容通过引用整体并入本文。
本申请涉及声学装置，并且更具体地，涉及在这些装置中使用超声波方法。
技术介绍
多年来，已经使用了不同类型的声学装置。一种类型的声学装置是麦克风，并且一种类型的麦克风是微机电系统(MEMS)麦克风。在MEMS麦克风中，MEMS管芯包括膜片(diaphragm)和背板。MEMS管芯通常设置有基板(或基座)，并且由壳体(例如，具有壁的杯或盖)包封。端口可以延伸穿过基板(用于底部端口装置)或者穿过壳体的顶部(用于顶部端口装置)。在任何情况下，声能穿过端口，移动膜片并且相对于背板产生变化的电位，这产生电信号。专用集成电路(ASIC)可以对该信号执行进一步处理。麦克风被部署在各种类型的装置中，诸如个人计算机或蜂窝电话。邻近检测器(proximitydetector)还与各种类型的装置一起使用。例如，当与蜂窝电话一起使用时，邻近检测器可以感测用户的存在。邻近检测器通常使用红外检测器。不幸的是，这些类型的检测器消耗大量的功率，需要多个组件(红外LED和红外传感器)，并占据较大的物理占用(footprint)。当邻近检测器与小尺寸和低功耗是重要设计考虑的电子装置结合使用时，这成为特别的问题。这些问题导致一些用户对先前方法不满意。附图说明为了更完全地理解本公开，应参照以下详细描述以及附图，在附图中：图1A包括根据本专利技术的各种实施方式的具有超声波检测器的声学设备的框图；图1B包括根据本专利技术的各种实施方式的具有超声波检测器的声学设备的框图；图1C包括根据本专利技术的各种实施方式的具有超声波检测器的声学设备的框图；图2A包括根据本专利技术的各种实施方式的具有超声波检测器的声学设备的状态转换图的一个示例；图2B包括根据本专利技术的各种实施方式的具有超声波检测器的声学设备的状态转换图的另一示例；图3包括根据本专利技术的各种实施方式的具有超声波检测器的声学设备的操作方面的流程图；图4包括根据本专利技术的各种实施方式的具有超声波检测器的声学设备的操作方面的流程图；本领域技术人员应当理解，图中的元件被示出以用于简洁和清晰的目的。应进一步理解的是，某些动作和/或步骤可能以特定发生顺序被描述或描绘，但是本领域技术人员应当明白，实际上并不要求关于顺序的这种特定性。还应理解的是，除非本文已经另行阐述了特定含义，否则本文所使用的术语和表述具有与关于对应的各自调查和研究领域的该术语和表述相一致的一般含义。具体实施方式在本方法中，提供了一种双用途超声波收发器麦克风。更具体地，多个MEMS装置或换能器被用作收发器。提供内置电路或智能件，其确定飞行时间(从MEMS装置到目标的超声波信号的飞行时间、以及反射信号返回到MEMS装置的时间)，并最终确定物理对象或干扰源的距离。该功能可以被设置在具有允许与外部控制器的通信(例如，邻近输出、麦克风输出、命令和控制信息以及模式切换)的逻辑控制器/接口的专用集成电路上。虽然本文中利用的许多换能器是MEMS换能器，但是应当理解，可以使用任何类型的换能器(例如，MEMS、压电或一些其它类型的换能器)。有利地，与先前方法相比，本方法允许邻近检测功能的较低部件计数(lowerpartcount)。此外，与由先前装置提供的占用相比，为邻近检测功能提供更小占用。本方法还产生更低的功率消耗，延长了电池寿命并降低了材料整体构建的成本。此外，使用声学换能器用于邻近检测比先前方法利用更少的功率。将邻近检测器集成到声学端口中，并且麦克风消除了对红外发光二极管(LED)、电子装置中的传感器和相关电路的需要，从而降低了成本。这简化了电子装置的架构，并且在PCB上留下了额外空闲空间，这将允许更小的设计、更薄的设计或其它想要组件的集成。在本方法中，由于换能器在传输和检测之间切换，因此麦克风可以同时用于声学噪声消除(ANC)和邻近检测。本方法可用于不使用第三麦克风用于噪声消除的电话，或也可用于只想要邻近检测集成的可佩戴电子装置。在这些实施方式的许多中，设备包括第一换能器和第二换能器。第一换能器被配置为发送超声波信号。第一换能器(或第二换能器)被配置为检测这些信号的反射。第二换能器还接收可听声学信号并将这些信号转换成电信号。现在参考图1A，描述了设备的一个示例。微机电系统(MEMS)双用途专用集成电路(ASIC)100包括电荷泵102、放大器106、缓冲器108、邻近检测块或模块109(包括信号发生器110和邻近检测内核112)和缓冲模块114以及接口逻辑控制模块116。ASIC100耦接到系统控制器120以及第一MEMS装置122和第二MEMS装置123(或者任何其它类型的换能器，举例来说，诸如压电换能器)。应当理解，如果使用压电传感器，则不需要电荷泵。系统控制器120也可以在ASIC100外部。MEMS装置122、123以及ASIC100可以被结合到MEMS麦克风101中。在这些方面，ASIC100以及MEMS装置122和123可以设置在基座上并被帽或盖覆盖。帽、盖或基座可以具有允许声音和反射声音进入麦克风的端口，并允许超声波信号离开麦克风101。电荷泵102提供用于操作MEMS装置122和123的电流、电压和/或功率。超声波信号(经由放大器106)被发送到MEMS装置122。信号(反射的超声波信号或正常音频范围内的信号)被输入(经由缓冲器108或直接到缓冲模块114)。放大器106可以是被配置为放大信号的硬件和/或软件的任何组合，并且缓冲器108可以是被配置为接收来自MEMS装置123的信号的硬件和/或软件的任何组合。尽管本文中使用MEMS装置122和123，但是应当理解，也可以使用任何其它类型的换能器(例如，压电或一些其它类型的换能器)。邻近检测块或模块109可以是被配置为执行邻近检测功能的硬件和/或软件的任何组合。在超声波操作模式中，发送超声波信号，从感兴趣的对象接收它们的反射，并计算到感兴趣的对象(例如用户的脸部)的距离。当在超声波操作模式下操作时，信号发生器110生成用于传输(经由放大器106)到MEMS装置122的超声波信号。内核112还进行飞行时间测量，例如，计算从发送信号的时间到接收到反射信号的时间的飞行时间。在另一示例中，内核112可以通过测量反射信号的幅度来确定邻近度。根据飞行时间测量和计算，可以由内核112确定到目标的距离。该距离可以从内核112通过接口逻辑控制模块116被发送到系统控制器120。其它示例是可能的。缓冲模块114可以对从MEMS装置123接收的音频信号执行麦克风音频处理。例如，该处理可以包括增益调整、相位调整、信息检索或噪声去除。其它示例是可能的。接口逻辑控制模块116用于外部装置(例如，系统控制器120)与ASIC100的内部块/模块之间的接口。接口逻辑控制模块116可以分别具有针对麦克风功能和邻近检测功能(诸如PDM和I2C)的单独输出端，或者这两个功能可以借助于多路复用或另一种方法共享单个输出端。系统控制器120可以是电子装置中的组件。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声学设备，所述声学设备包括：第一换能器；第二换能器；信号发生器，所述信号发生器耦接到所述第一换能器；邻近检测模块，所述邻近检测模块耦接到所述第一换能器和所述第二换能器；缓冲模块，所述缓冲模块耦接到所述第二换能器，所述缓冲模块被配置为处理从所述第二换能器接收的模拟信号；其中，在第一模式下，所述信号发生器驱动所述第一换能器以产生超声波信号；其中，在第二模式下，所述超声波信号被目标反射并且作为反射的超声波信号返回到所述第二换能器；其中，在第三模式下，所述反射的超声波信号由所述邻近检测模块处理以获得距离参数，所述距离参数指示所述设备与所述目标之间的距离；其中，在第四模式下，所述第二换能器接收人类可听音频信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.02 US 62/058,9921.一种声学设备，所述声学设备包括：第一换能器；第二换能器；信号发生器，所述信号发生器耦接到所述第一换能器；邻近检测模块，所述邻近检测模块耦接到所述第一换能器和所述第二换能器；缓冲模块，所述缓冲模块耦接到所述第二换能器，所述缓冲模块被配置为处理从所述第二换能器接收的模拟信号；其中，在第一模式下，所述信号发生器驱动所述第一换能器以产生超声波信号；其中，在第二模式下，所述超声波信号被目标反射并且作为反射的超声波信号返回到所述第二换能器；其中，在第三模式下，所述反射的超声波信号由所述邻近检测模块处理以获得距离参数，所述距离参数指示所述设备与所述目标之间的距离；其中，在第四模式下，所述第二换能器接收人类可听音频信号。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一换能器和所述第二换能器是微机电系统MEMS换能器或压电式电子换能器。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述信号发生器和所述邻近检测模块被设置在麦克风处。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述信号发生器和所述邻近检测模块被设置在麦克风的壳体外部。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述缓冲器模块和所述邻近检测模块的输出是数字的。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备还包括耦接到所述第一换能器和所述第二换能器中的至少一个的电荷泵。7.根据权利要求1所述的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·乌图布，W·赖安，M·沃克，W·康克林，
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