使用内部时钟改变的可配置麦克风制造技术

实施例公开了使用内部时钟改变的可配置麦克风。一种操作微机电系统(MEMS)的方法，包括：在第一操作模式下，将MEMS的模拟输出转换为具有第一采样速率的第一内部数据流和第一外部数据流；在不重新启动MEMS的情况下从第一操作模式转变为第二操作模式；以及在第二操作模式下，将MEMS的模拟输出转换为具有与第一采样速率不同的第二采样速率的第二内部数据流，并且执行第二内部数据流的采样速率转换以生成第二外部数据流。

【技术实现步骤摘要】
使用内部时钟改变的可配置麦克风相关申请的交叉引用本申请是与2020年1月27日提交的美国专利申请号16/773,079，的部分延续，该申请内容通过引用并入本文。
本专利技术总体涉及用于使用内部时钟改变的可配置麦克风的系统和方法。
技术介绍
MEMS(微机电系统)技术在麦克风中的应用，导致了高性能小型麦克风的发展。MEMS麦克风提供了高SNR(信噪比)、低功耗、高灵敏度，并且在与表面安装组装工艺兼容的小型封装中可用。MEMS麦克风使用的是使用硅晶片在半导体生产线上制造的声传感器。不同材料的层被沉积在硅晶片的顶部，然后不需要的材料被蚀刻掉，在基底晶片中的空腔上形成可移动的膜和固定的背板。传感器背板可以是一个坚硬的穿孔结构，允许空气很容易地穿过它，而膜是薄的固体结构，该固体结构响应于由声波引起的气压的改变而弯曲。由声波产生的气压的改变导致薄膜弯曲，而当空气穿过较厚的背板的穿孔时，较厚的背板保持静止。膜的移动产生了膜与背板之间电容量的改变，该改变由ASIC(专用集成电路)转换为电信号。ASIC测量当膜与固定背板之间的电容由于膜响应于声波的运动而改变时引起的电压改变。在许多应用中，需要低噪声音频模数转换器(ADC)，以将模拟麦克风的输出转换为数字格式进行处理和/或传输。ADC可以在麦克风性能与麦克风功耗之间的权衡中在各种频率下被时钟控制。
技术实现思路
根据实施例，一种操作微机电系统(MEMS)的方法，包括在第一操作模式下，将MEMS的模拟输出转换为具有第一采样速率的第一内部数据流和第一外部数据流；在不重新启动MEMS的情况下从第一操作模式转换为第二操作模式；以及在第二操作模式下，将MEMS的模拟输出转换为具有与第一采样速率不同的第二采样速率的第二内部数据流，过滤第二内部数据流，并且在过滤第二内部数据流之后，执行第二内部数据流的采样速率转换以生成第二外部数据流。根据实施例，一种电路包括时钟分频器，该时钟分频器具有被耦合到时钟信号输入的输入；多路复用器，具有被耦合到时钟分频器的输出的第一输入、被耦合到时钟信号输入的第二输入、被耦合到控制信号输入的第三输入、以及输出，其中多路复用器根据控制信号输入的状态将第一输入耦合到输出或将第二输入耦合到输出；信号处理电路，具有模拟信号输入、被耦合到多路复用器的输出的时钟信号输入、以及包括一个或多个输出节点的数字信号输出；以及变频器，被耦合在信号处理电路的数字信号输出与数据流输出之间，其中变频器的转换因数是根据控制信号输入的状态而被确定的，其中信号处理电路包括：模数转换器(ADC)，该模数转换器具有被耦合到模拟信号输入的输入；以及数字滤波器，具有被耦合到ADC的输出的输入和被耦合到数字信号输出的输出。根据实施例，一种在单个封装中的微机电(MEMS)电路包括控制信号输入、时钟信号输入、以及数据流输出，用于在一个或多个输出节点处提供恒定速率的单比特输出流；MEMS设备；以及信号处理电路，包括模数转换器和滤波器，该信号处理电路被耦合到MEMS设备、控制信号输入、时钟信号输入、以及数据流输出，其中，在由控制信号输入的第一状态确定的第一操作模式下，信号处理电路的至少一部分直接被耦合到时钟信号输入，并且其中，在由控制信号输入的第二状态确定的第二操作模式下，信号处理电路的至少一部分通过时钟分频器被耦合到时钟信号输入，并且其中滤波器被配置为用于过滤模数转换器的输出。附图说明为了更全面地理解本专利技术及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中：图1A示出了根据实施例的具有内部时钟改变的数字麦克风；图1B示出了根据实施例的操作具有内部时钟改变的数字麦克风的方法的流程图；图2示出了根据实施例的图1A的实施例的调制器；图3A示出了根据实施例的图1A的实施例的中继器；图3B示出了关于图3A的中继器的频率的输入和输出功能的对应的图；图4示出了具有内部时钟改变的数字麦克风的另一实施例，其中数字调制器时钟速率是恒定的；图5示出了具有多个中继器的数字麦克风的另一实施例；图6示出了具有自适应滤波系数的数字麦克风的另一实施例；图7A示出了与包括重新启动延迟周期的数字麦克风相关联的模拟时序图；图7B示出了与图1A、图1B、图4、图5、或图6中所示的任何数字麦克风实施例相关联的模拟时序图；图8示出了根据实施例的具有内部时钟改变的数字麦克风；以及图9示出了根据另一实施例的具有内部时钟改变的数字麦克风。具体实施方式在标准数字麦克风中，麦克风性能与麦克风功耗之间的调节或切换是通过选择不同的操作模式来实现的，进而操作模式通常仅通过选择不同的时钟速率而被控制。例如，数字麦克风的低功率操作模式可以具有fs＝768kHz的对应的采样频率，而数字麦克风的高性能操作模式可以具有fs＝3.072MHz的对应的采样频率。在实施例中，可以使用用于高性能操作模式的其它频率，诸如2.4MHz或1.536MHz。如果需要改变操作模式，例如从低功率模式改变为高性能模式，则数字麦克风时钟从768kHz改变为3.072MHz。为了在数字麦克风中执行模式改变，检测(改变的)时钟(通常使用功率模式检测器(PMD))。在现有的数字麦克风中，出于安全原因，模式改变通常在数字麦克风的启动(或重新启动)时被处理。在模式改变期间，声音信号不可用，这也可能导致切换伪影。通常，操作模式的改变可以在第一操作模式的结束到第二个操作模式的开始之间测量的1ms至10ms之间进行。一些实施例的优点包括能够在操作模式之间无缝地调节而没有重新启动延迟并且具有最小的切换伪影(例如在无缝动态SNR调节期间或在无缝动态节能策略期间)。因此下文描述数字麦克风和操作数字麦克风的方法的实施例，其中在低功率模式与高性能操作模式之间无缝地进行调节或切换，没有任何重新启动延迟并且具有最小的切换伪影。在实施例中，仅需要输入到数字麦克风的一个附加的外部控制信号，并且在数字麦克风的一个或多个输出节点处的输出信号的时钟速率或采样速率被配置为在两个操作模式之间恒定。在实施例中，当外部控制信号(ctrl)可用时，通过使用响应于来自恒定输入时钟(clk)的外部控制信号(ctrl)的时钟分频器块来导出不同的内部时钟速率，数字麦克风的性能(SNR)和/或功耗可以灵活且无缝地改变，下文将进一步详细描述。根据一个实施例，恒定输出信号时钟速率可以由也响应于外部控制信号(ctrl)的可调节的内插级提供，也如下文将进一步详细描述。图1A示出了根据实施例的具有内部时钟改变的数字麦克风100。数字麦克风100通常被提供在多孔陶瓷或塑料封装中，并且包括MEMS麦克风传感器102和被耦合到MEMS麦克风传感器102的ASIC104A。在实施例中，ASIC104A从MEMS麦克风传感器102接收模拟信号103，并且提供与具有“N”个节点或比特的模拟信号103对应的数字输出114，其中N是1至8之间的整数。在另一实施例中，N可以是大于8的整数。在实施例中，数字麦克风100包括用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种操作微机电系统MEMS的方法，所述方法包括：/n在第一操作模式下，将所述MEMS的模拟输出转换为具有第一采样速率的第一内部数据流和第一外部数据流；/n在不重新启动所述MEMS的情况下，从所述第一操作模式转变为第二操作模式；以及/n在所述第二操作模式下，将所述MEMS的所述模拟输出转换为第二内部数据流，所述第二内部数据流具有与所述第一采样速率不同的第二采样速率，过滤所述第二内部数据流，以及在过滤所述第二内部数据流之后，执行所述第二内部数据流的采样速率转换以生成第二外部数据流。/n

【技术特征摘要】
20200127 US 16/773,079;20200511 US 16/871,5461.一种操作微机电系统MEMS的方法，所述方法包括：
在第一操作模式下，将所述MEMS的模拟输出转换为具有第一采样速率的第一内部数据流和第一外部数据流；
在不重新启动所述MEMS的情况下，从所述第一操作模式转变为第二操作模式；以及
在所述第二操作模式下，将所述MEMS的所述模拟输出转换为第二内部数据流，所述第二内部数据流具有与所述第一采样速率不同的第二采样速率，过滤所述第二内部数据流，以及在过滤所述第二内部数据流之后，执行所述第二内部数据流的采样速率转换以生成第二外部数据流。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一外部数据流和所述第二外部数据流在一个或多个输出节点处被提供。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一外部数据流的采样速率和所述第二外部数据流的采样速率相等。


4.根据权利要求1所述的方法，其中执行所述第二内部数据流的采样速率转换以生成第二外部数据流包括：在所述第二内部数据流中重复样本。


5.根据权利要求1所述的方法，其中转换所述MEMS的所述模拟输出包括：对所述MEMS的所述模拟输出执行西格玛德尔塔模数转换。


6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述MEMS的所述模拟输出转换为所述第一内部数据流是由以所述第一采样速率时钟控制的信号处理电路执行的，并且其中将所述MEMS的所述模拟输出转换为所述第二内部数据流是由以所述第二采样速率时钟控制的所述信号处理电路执行的。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述信号处理电路包括模数转换器(ADC)和数字滤波器。


8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括在所述第一操作模式下向所述数字滤波器提供第一组系数，以及在所述第二操作模式下向所述数字滤波器提供第二组系数。


9.根据权利要求7所述的方法，其中所述信号处理电路进一步包括数字调制器。


10.根据权利要求6所述的方法，其中所述信号处理电路在所述第一操作模式下接收未分频的时钟信号并且在所述第二操作模式下接收分频的时钟信号。


11.根据权利要求1所述的方法，其中所述MEMS包括麦克风。


12.一种电路，包括：
时...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·斯特雷尤斯尼格，D·诺伊迈尔，
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