数字麦克风以及其控制方法技术

一种数字麦克风以及其控制方法，其包括声音传感器、偏压产生器、第一与第二衰减器、缓冲器、放大器、模拟至数字转换器、以及控制器。声音传感器感测声音信号且将其转换为电压信号。偏压产生器提供偏压电压至声音传感器。第一衰减器第一衰减值来衰减电压信号。缓冲器耦缓冲电压信号以产生缓冲电压信号。放大器放大缓冲电压信号以产生放大信号。模拟至数字转换器将放大信号转换为数字格式的数据信号。第二衰减器以第二衰减值来衰减数据信号。控制器判断放大信号的大小是否大于参考值，且根据控制器判断出的结果调整偏压电压、第一衰减值、以及第二衰减值。

【技术实现步骤摘要】
数字麦克风以及其控制方法
本专利技术涉及一种数字麦克风，特别涉及一种具有高动态范围的数字麦克风。
技术介绍
微机电系统(microelectro-mechanicalsystem，MEMS)麦克风一般包括一膜片以及与膜片之间存有间隔的一背板，以共同形成一电容器。膜片反应于声音信号而振动，这导致了在膜片与背板之间的电容发生变化。一般而言，电容器中的电荷在振动期间实质上保持恒定，因此，跨越电容器的电压随着由入设的声音信号所引起的电容变化而变化。变化的电压可用来驱动一电路，例如放大器或模拟数字转换器。近年来，MEMS麦克风在例如为数字相机和移动电话的携带式电子设备中日益普及。在大声音信号提供给MEMS麦克风的情况下，MEMS麦克风的膜片可能达到其绝对位移限制，并且MEMS麦克风产生的对应电压所衍生出的信号被剪裁(clip)，这导致在这些信号中不期望的失真，且进一步降低动态范围。因此，对于支持高声学超载点(acousticoverloadpoint，AOP)电平的MEMS麦克风的需求增加。
技术实现思路
本专利技术一实施例提供一种数字麦克风，其包括声音传感器、偏压产生器、第一衰减器、缓冲器、放大器、模拟至数字转换器、第二衰减器、以及控制器。声音传感器感测声音信号，且将声音信号转换为电压信号。偏压产生器提供偏压电压至声音传感器。第一衰减器耦接声音传感器于第一节点，且以第一衰减值来衰减电压信号。缓冲器耦接声音传感器于第一节点，接收电压信号，且缓冲电压信号以产生缓冲电压信号。放大器连接缓冲器，接收缓冲电压信号，且放大缓冲电压信号以产生放大信号。模拟至数字转换器连接放大器于第二节点，接收放大信号，且将放大信号转换为数字格式的数据信号。第二衰减器连接模拟至数字转换器，且以第二衰减值来衰减数据信号。控制器连接放大器于第二节点。控制器判断放大信号的大小是否大于参考值，且根据控制器判断出的结果来调整偏压电压、第一衰减器的第一衰减值、以及第二衰减器的第二衰减值。本专利技术一实施例提供一种控制方法，用于数字麦克风。此控制方法包括以下步骤：提供偏压电压至声音传感器；由声音传感器将声音信号转换为电压信号；以第一衰减值来衰减电压信号；放大电压信号以产生放大信号；将放大信号转换为数字格式的数据信号；以第二衰减值来衰减数据信号；判断放大信号的大小是否大于参考值；以及根据判断结果来调整偏压电压、第一衰减值、以及第二衰减值。附图说明图1表示根据本专利技术一实施例的数字麦克风。图2表示根据本专利技术一实施例，声音信号具有正常声压电平(sound-pressurelevel，SPL)时数字麦克风的操作示意图。图3表示根据本专利技术一实施例，声音信号具有较大声压电平(SPL)时数字麦克风的操作示意图。图4表示根据本专利技术一实施例的数字麦克风系统。【符号说明】1数字麦克风；10～声音传感器；11～处理器；12～声音信号；20～噪声信号；100～电容器；110～偏压产生器；111～缓冲器(BUF)；112～前置放大器(PA)；113～模拟至数字转换器(ADC)；114、115～衰减器；116～调制器(MOD)；117～控制器；N10…N13～节点；N14～输出节点；S10～电压信号；S111～缓冲电压信号；S112～放大信号；S113～数据信号；S114～衰减数据信号；S116～输出数字信号；S117A、S117B、S117C～控制信号；S212～噪声信号；Scol～调整信号；V110～偏压电压。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。图1表示根据本专利技术一实施例的数字麦克风。如图1所示，数字麦克风1包括声音传感器10以及耦接声音传感器的读出处理器11。在此实施例中，读出处理器11包括偏压产生器110、缓冲器(BUF)111、前置放大器(preamplifier，PA)112、模拟至数字转换器(analog-to-digitalconverter，ADC)113、衰减器114与115、调制器(MOD)116、以及控制器117。包含于处理器11的元件110～117以及其他元件/电路形成一特定应用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，ASIC)。在一实施例中，声音传感器10为微机电系统(microelectro-mechanicalsystem，MEMS)。在以下说明中，将以下说明中，将以MEMS传感器作为声音传感器10的例子来进行进一步的说明。MEMS传感器10感测传入声音信号12，且包括一膜片以及与膜片之间存有间隔的一背板以共同形成一电容器100。偏压产生器110由控制器107所控制，以提供偏压电压V110给电容器100，藉此在电容器100中维持固定的电荷。偏压电压V110的电平可根据控制器117的控制来进行调整。膜片反应于声音信号12而振动，这导致了在膜片与背板之间的电容发生变化。随着由声音信号12所引起的电容变化，在节点N10产生一对应的电压信号S10，其中，节点N10耦接MEMS传感器10的输出端。根据上述，MEMS传感器10用来将声音信号12转换为电压信号S10。在此实施例中，MEMS传感器10的灵敏度受到偏压电压V110的电平所影响。当MEMS传感器10由较高的偏压电压V110来进行偏压时，MEMS传感器10的灵敏度增加；当MEMS传感器10由较低的偏压电压V110进行偏压时，MEMS传感器10的灵敏度降低。一般而言，声音传感器的灵敏度与声音传感器的转换特性有关，而此转换特性是由介于声音传感器根据接收到的声音信号所产生的信号的电压或电流与声音信号的声音能量总量之间的关系来决定的。在此实施例中，MEMS传感器10的灵敏度是可调整的，且根据偏压产生器110所提供的偏压电压V110的电平来决定。当偏压产生器110提供一增加的偏压电压至MEMS传感器10时，MEMS传感器10的灵敏度增加。另一方面，当偏压产生器110提供一减小的偏压电压至MEMS传感器10时，MEMS传感器10的灵敏度降低。参阅图1，衰减器115耦接MEMS传感器10的输出端于节点N10。在一些情况下，衰减器115用来衰减电压信号S10，且衰减值由控制器117所控制。在另一些情况下，电压信号S10没有被衰减器115所衰减，也就是，此时的衰减值等于0dB。缓冲器111也连接MEMS传感器10的输出端于节点N10。缓冲器111接收已被衰减或者尚未被衰减的电压信号S10。缓冲器111缓冲此电压信号S10以产生一缓冲电压信号S111，并将其提供至前置放大器112。前置放大器112操作来放大此缓冲电压信号S111，以在节点N11上产生对应的放大信号S112。在此实施例中，前置放大器112的增益例如为10dB。ADC113的输入端连接前置放大器112的输出端于节点N11，以接收放大信号S112。ADC113将具有模拟格式的放大信号S112转换为具有数字格式的数据信号S113。在一实施例中，数据信号S113为1-位的脉冲密度调制(pulsedensitymodulation，PDM)信号。衰减器114连接ADC113的输出端于节点N12，以接收数据信号S113。衰减器114将数据信号S113由1-位的脉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字麦克风，包括：声音传感器，感测声音信号，且将该声音信号转换为电压信号；偏压产生器，提供偏压电压至该声音传感器；第一衰减器，耦接该声音传感器于第一节点，且以第一衰减值来衰减该电压信号；缓冲器，耦接该声音传感器于该第一节点，接收该电压信号，且缓冲该电压信号以产生缓冲电压信号；放大器，连接该缓冲器，接收该缓冲电压信号，且放大该缓冲电压信号以产生放大信号；模拟至数字转换器，连接该放大器于第二节点，接收该放大信号，且将该放大信号转换为数字格式的数据信号；第二衰减器，连接该模拟至数字转换器，且以第二衰减值来衰减该数据信号；以及控制器，连接该放大器于该第二节点，判断该放大信号的大小是否大于参考值，且根据判断结果来调整该偏压电压、该第一衰减器的该第一衰减值、以及该第二衰减器的该第二衰减值。

【技术特征摘要】
2016.10.19 US 62/409,912;2017.10.11 US 15/729,7961.一种数字麦克风，包括：声音传感器，感测声音信号，且将该声音信号转换为电压信号；偏压产生器，提供偏压电压至该声音传感器；第一衰减器，耦接该声音传感器于第一节点，且以第一衰减值来衰减该电压信号；缓冲器，耦接该声音传感器于该第一节点，接收该电压信号，且缓冲该电压信号以产生缓冲电压信号；放大器，连接该缓冲器，接收该缓冲电压信号，且放大该缓冲电压信号以产生放大信号；模拟至数字转换器，连接该放大器于第二节点，接收该放大信号，且将该放大信号转换为数字格式的数据信号；第二衰减器，连接该模拟至数字转换器，且以第二衰减值来衰减该数据信号；以及控制器，连接该放大器于该第二节点，判断该放大信号的大小是否大于参考值，且根据判断结果来调整该偏压电压、该第一衰减器的该第一衰减值、以及该第二衰减器的该第二衰减值。2.如权利要求1所述的数字麦克风，其中，当该控制器调整该偏压电压的电平使其降低且调整该第一衰减值使其增加时，该控制器调整该第二衰减值使其减小。3.如权利要求1所述的数字麦克风，其中，当该声音信号具有第一压力电平时，该偏压电压处于第一电平，该第一衰减值为第一数值，且该第二衰减值为大于该第一数值的第二数值；以及其中，当该声音信号具有大于该第一压力电平的第二压力电平时，该偏压电压处于低于该第一电平的第二电平，该第一衰减值为第三数值，且该第二衰减值为小于该第三数值的第四数值。4.如权利要求1所述的数字麦克风，其中，该声音传感器为微机电系统(microelectro-mechanicalsystem，MEMS)传感器。5.如权利要求1所述的数字麦克风，其中，该声音感测的灵敏度由该偏压电压的电平来决定。6.如权利要求1所述的数字麦克风，其中，当该控制器判断出该放大信号的大小大于该参考值时，该控制器控制该偏压产生器以降低该偏压电压的电平，控制该第一衰减器增加该第一衰减值，且控制该第二衰减器减少该第二衰减值。7.如权利要求1所述的数字麦克风，其中，在该模拟至数字转换器之后的信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧波思，阿布海纳M卡迈勒，周理地，拉姆什普拉卡什，陈水谟，卫强，陈龙柱，
申请(专利权)人：美商富迪科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US