具有内插的数字硅麦克风制造技术

本公开涉及具有内插的数字硅麦克风。根据一个实施例，数字麦克风接口电路包括：Δ‑Σ模数转换器(ADC)，具有被配置为耦合到麦克风的输入；数字低通滤波器，被耦合到Δ‑ΣADC的输出；以及数字Σ‑Δ调制器，被耦合到数字低通滤波器的输出。数字Σ‑ΔADC、数字低通滤波器和数字Σ‑Δ调制器被配置为在不同的采样频率处操作。

Digital Silicon Microphone with Interpolation

【技术实现步骤摘要】
具有内插的数字硅麦克风
本专利技术通常涉及用于麦克风信号处理的系统和方法，并且在特定实施例中，涉及具有内插滤波器的高效数字麦克风接口电路的系统和方法。
技术介绍
数字麦克风将声压波转换为数字音频信号。数字麦克风的输出通常由单独的编解码器设备或另一单独的音频信号处理系统处理。因此，根据不同编解码器设备和音频信号处理系统的规范，数字麦克风可以在各种时钟速率/采样频率工作，并且数字麦克风的输出信号流可以支持不同的速率和格式。数字麦克风还可以是紧凑的(或面积高效的)和功率高效的，以便与其他设备集成，尤其是当被目前的功率敏感的嵌入式设备和移动应用使用时。这些特征给传统数字麦克风带来了挑战，其中整个系统必须被设计为用于最高时钟速率。传统设计可以不是功率高效的，因为数字麦克风的关键电子部件(例如，数字滤波器、模数转换器(ADC)和数字调制器等)可以当工作在较高的频率时消耗较多功率。例如，随着过采样ADC的频率增加，ADC的稳定时间(settlingtime)也对应减少。在某些情况下，消耗更多功率以影响稳定时间。此外，数字滤波器的特性可以取决于滤波器的采样频率而变化，在该频率处，或者当切换到不同的采样频率时影响数字滤波器的性能，或者使用数字滤波器的编程系数的自适应。因此，需要用于支持多个采样频率的高效数字麦克风实现拓扑。
技术实现思路
根据本专利技术的优选实施例，数字麦克风接口电路包括：Δ-Σ模数转换器(ADC)，具有被配置为耦合到麦克风的输入；数字低通滤波器，被耦合到Δ-ΣADC的输出；以及数字Σ-Δ调制器，被耦合到数字低通滤波器的输出，其中Δ-ΣADC、数字低通滤波器和数字Δ-Σ调制器被配置为在不同的采样频率处操作。附图说明为了更完整地理解本专利技术及其优点，现在参考以下结合附图的描述，其中：图1示出了实施例的数字麦克风接口电路的框图；图2示出了另一实施例的数字麦克风接口电路的框图；图3示出了另一实施例的数字麦克风接口电路的框图；图4示出了数字抽取滤波器的实施例；图5示出了另一实施例的数字麦克风接口电路的框图；图6示出了另一实施例的数字麦克风接口电路的框图；图7示出了有源噪声控制(ANC)滤波器的实施例；图8示出了数字Σ-Δ调制器的实施例；图9示出了实施例的麦克风信号处理方法的流程图；以及图10示出了实施例的麦克风接口电路系统的框图。除非另外指出，否则不同附图中的对应数字和符号通常指代对应的部分。绘制附图是为了清楚地说明优选实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。为了更清楚地说明特定实施例，指示相同结构、材料或工艺步骤的变化的字母可以在图号之后。具体实施方式下文详细讨论目前优选实施例的制作和使用。然而，应该理解，本专利技术提供了许多可以在各种具体环境中实施的可应用的专利技术概念。所讨论的具体实施例仅说明制造和使用本专利技术的具体方式，并且不限制本专利技术的范围。将结合在特定的环境中的优选实施例来描述本专利技术，即用于数字麦克风接口电路的系统和方法。本专利技术还可以应用于将来自其他传感器的模拟输入转换为数字信号流的系统和应用，其中数字Σ流必须满足不同的采样频率和输出格式规范。这样的系统和应用包括用于相机、加速度计、陀螺仪、光传感器或接近传感器等的接口电路。在本专利技术的实施例中，允许数字麦克风接口电路的电子部件(诸如模数转换器(ADC)和不同类型的数字滤波器)在低于目标采样频率的采样频率操作。对于电子部件，在降低的频率处操作可以提高功率效率和面积效率。实施例的优点包括使用具有优化滤波器的可缩放麦克风接口电路来瞄准广泛的音频应用的能力。图1示出了实施例的数字麦克风接口电路100的框图，其包括Δ-ΣADC101、数字低通滤波器102和数字Σ-Δ调制器103。如图所示，Δ-ΣADC101被配置为在采样频率F1处操作。数字低通滤波器102被耦合到Δ-ΣADC101的输出，并且被配置为在采样频率F2处操作。数字Σ-Δ调制器103被耦合到数字低通滤波器102的输出，并且被配置为在采样频率F3处操作。Δ-ΣADC101用于将模拟输入信号转换为数字信号。在本专利技术的实施例中，模拟输入信号可以来自具有换能器(例如，微机电系统(MEMS)换能器)的麦克风传感器，换能器将声波的声压水平转换为电压。Δ-ΣADC101的数字输出可以是采样频率F1的数字信号流。在各种实施例中，数字信号流是多比特信号流。然后，Δ-ΣADC101的数字输出由数字低通滤波器102处理，数字低通滤波器102去除信号中的高频分量或量化噪声。数字Σ-Δ调制器103调制数字低通滤波器102的输出信号，并产生采样频率F3的输出信号。在一些实施例中，数字Σ-Δ调制器103的输出信号是二进制序列或即比特流。传统的麦克风电路可以使用类似于图1所示的结构，但是可以使其电子部件在目标采样频率Fs处操作(例如，F1＝F2＝F3＝Fs)。在本专利技术的实施例中，F1、F2和F3的采样频率的至少两个采样频率被配置为彼此不同。具体地，F1和F3的至少一个高于F2。因此，数字麦克风接口电路的电子部件可以在降低的采样频率处操作，并且数字麦克风的输出仍然可以满足目标采样频率Fs。F1、F2、F3和Fs的范围可以基本上从750KHz到8MHz。备选地，也可以使用该范围之外的频率。图2示出了实施例的数字麦克风接口电路200的框图，其包括Δ-ΣADC101、数字低通滤波器102、数字内插滤波器204和数字Σ-Δ调制器103。如图所示，Δ-ΣADC101被配置为在采样频率F1处操作。数字低通滤波器102被耦合到Δ-ΣADC101的输出，并且被配置为在采样频率F2处操作。数字内插滤波器204被耦合到数字低通滤波器102的输出。数字Σ-Δ调制器103被耦合到数字内插滤波器204的输出，并且被配置为在采样频率F3处操作。在各种实施例中，F1等于F2，并且F3高于F1和F2。外部音频信号处理设备(例如，编解码器单元)可以被耦合到数字麦克风接口电路200的输出。F3等于由外部音频信号处理设备指定的目标采样频率Fs。数字内插滤波器204将数字低通滤波器102的输出信号的采样频率从F2增加(上采样)到F3。数字内插滤波器204的内插因子等于F3/F2，其是大于1的整数或有理分数。不仅可以放宽用于Δ-ΣADC101的稳定时间规范，而且可以降低数字麦克风接口电路200的功耗，因为Δ-ΣADC101和数字低通滤波器102被允许在降低的采样频率工作。此外，当选择合适的数字内插滤波器和合适的数字Σ-Δ调制器时，可以使用相同的Δ-ΣADC和数字低通滤波器来支持不同的目标采样频率。在一个示例中，Δ-ΣADC201和数字低通滤波器102在3MHz(F1＝F2＝3MHz)处操作，并且数字Σ-Δ调制器103在6MHz(F3＝6MHz)处操作。数字内插滤波器204利用内插因子2对数字低通滤波器102的输出信号进行上采样，内插因子2可以通过重复数字低通滤波器102的输出信号的每个样本来实现。在其他实施例中，目标采样频率Fs可以是8MHz或更高。在一些实施例中，Δ-ΣADC可以在更高的采样频率处工作，以便满足特定的性能规范(例如，128dB的声压级)。数字低通滤波器和数字Σ-Δ调制器被配置为在较低的采样频率处工作。图3示出了用于这种情况的另一实施例的数字麦克风接口电路300的框图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种麦克风接口电路，包括：Δ‑Σ模数转换器(ADC)，被配置为以第一采样频率操作，所述Δ‑ΣADC具有被配置为耦合到麦克风的输入；数字低通滤波器，被耦合到所述Δ‑ΣADC的输出，所述数字低通滤波器被配置为以第二采样频率操作；以及数字Σ‑Δ调制器，被耦合到所述数字低通滤波器的输出，所述数字Σ‑Δ调制器被配置为以第三采样频率操作，其中所述第一采样频率和所述第三采样频率中的至少一个高于所述第二采样频率。

【技术特征摘要】
2017.10.23 US 15/790,8481.一种麦克风接口电路，包括：Δ-Σ模数转换器(ADC)，被配置为以第一采样频率操作，所述Δ-ΣADC具有被配置为耦合到麦克风的输入；数字低通滤波器，被耦合到所述Δ-ΣADC的输出，所述数字低通滤波器被配置为以第二采样频率操作；以及数字Σ-Δ调制器，被耦合到所述数字低通滤波器的输出，所述数字Σ-Δ调制器被配置为以第三采样频率操作，其中所述第一采样频率和所述第三采样频率中的至少一个高于所述第二采样频率。2.根据权利要求1所述的麦克风接口电路，还包括被耦合在所述数字低通滤波器和所述数字Σ-Δ调制器之间的第一数字内插滤波器，其中所述第一采样频率等于所述第二采样频率，并且所述第三采样频率高于所述第二采样频率。3.根据权利要求1所述的麦克风接口电路，还包括被耦合在所述Δ-ΣADC和所述数字低通滤波器之间的数字抽取滤波器，其中所述第一采样频率高于所述第二采样频率。4.根据权利要求3所述的麦克风接口电路，还包括被耦合到所述数字Σ-Δ调制器的第二数字内插滤波器，其中所述第二采样频率等于所述第三采样频率。5.根据权利要求4所述的麦克风接口电路，其中所述第二数字内插滤波器被配置为通过多次重复所述数字Δ-Σ调制器的输出的每个样本来对所述数字Σ-Δ调制器的输出进行上采样。6.根据权利要求3所述的麦克风接口电路，还包括被耦合在所述数字低通滤波器和所述Σ-Δ数字调制器之间的第三数字内插滤波器，其中所述第三采样频率高于所述第二采样频率。7.根据权利要求1所述的麦克风接口电路，还包括被耦合到所述Δ-ΣADC的微机电系统(MEMS)麦克风换能器。8.根据权利要求1所述的麦克风接口电路，其中所述第一采样频率、所述第二采样频率和所述第三采样频率在750KHz和8MHz之间。9.根据权利要求1所述的麦克风接口电路，还包括被耦合在所述Δ-ΣADC和所述数字低通滤波器之间的有源噪声控制(ANC)滤波器，其中所述ANC滤波器被配置为减少所述Δ-ΣADC的所述输出的群延迟失真。10.根据权利要求9所述的麦克风接口电路，其中所述ANC滤波器是有限脉冲响应(FIR)滤波器，所述数字低通滤波器是三阶无限脉冲响应(IIR)滤波器，并且所述数字Δ-Σ调制器是五阶噪...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·巴赫，D·斯特雷尤斯尼格，L·瓦利，
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