硅麦克风中的数字非线性特性补偿制造技术

本申请涉及硅麦克风中的数字非线性特性补偿。根据一个实施例，数字麦克风包括用于接收模拟输入信号的模数转换器(ADC)；耦合到ADC的DC阻断组件；耦合到DC阻断组件的数字低通滤波器；以及耦合到数字低通滤波器以提供数字输出信号的非线性补偿组件。出信号的非线性补偿组件。出信号的非线性补偿组件。

【技术实现步骤摘要】
硅麦克风中的数字非线性特性补偿


[0001]本专利技术一般涉及硅麦克风中的数字非线性特性补偿，以及相应的系统。

技术介绍

[0002]通常，硅麦克风(也称为“数字麦克风”)包括用于将来自微机电系统(MEMS)装置的模拟信号转换为数字信号的模数转换器(ADC)。数字信号还包括由ADC产生的噪声，其影响数字麦克风的信噪比(SNR)。数字信号还包括由ADC和MEMS装置引起的非线性特性，其影响数字麦克风的失真。
[0003]关于数字麦克风的市场趋势要求更高的SNR和更低的失真水平。在传统麦克风系统的设计中，用于改进这两个规范中的任一规范的解决方案通常是负相关的。这导致改善SNR和改善失真之间的折衷。因此，改善麦克风的SNR通常将导致增大的失真水平，而改善麦克风的线性度通常将导致较低的SNR。

技术实现思路

[0004]根据一个实施例，一种数字麦克风包括：用于接收模拟输入信号的模数转换器(ADC)；耦合到ADC的DC阻断组件；耦合到DC阻断组件的数字低通滤波器；以及耦合到数字低通滤波器的非线性补偿组件，用于提供数字输出信号。
[0005]根据一个实施例，一种麦克风包括：用于接收模拟输入信号的∑
‑
Δ模数转换器(ADC)；耦合到ADC的DC阻断组件；耦合到DC阻断组件的数字低通滤波器；以及耦合到数字低通滤波器的非线性补偿组件，用于提供线性化数字输出信号，其中非线性补偿组件在具有环路滤波器或误差反馈结构的至少一个反馈环路中。
[0006]根据一个实施例，一种方法包括将模拟信号转换为第一数字信号，其中模拟信号包括非线性特性；从第一数字信号去除偏移，以提供第二数字信号；对第二数字信号进行低通滤波，以提供第三数字信号；以及使用拟合到模拟信号中的非线性特性的非线性传递函数来补偿第三数字信号，以提供第四数字信号。
附图说明
[0007]为了更完整地理解本专利技术及其优点，现在结合附图参考以下描述，在附图中：
[0008]图1是示出麦克风系统的非线性特性与理想线性性能相比的输入电压/输出电压图的示例；
[0009]图2是示例性数字麦克风的框图；
[0010]图3是根据一个实施例的包括数字非线性补偿功能的数字麦克风的框图；
[0011]图4是图3的框图中所示的非线性补偿组件的示意图；
[0012]图5是图3的框图中所示的非线性补偿组件的框图，包括根据一个实施例的控制环路；
[0013]图6是图3的框图中所示的非线性补偿组件的框图，包括根据一个实施例的控制环
路和误差反馈结构；
[0014]图7是图6的框图中所示的非线性补偿组件的框图，其中误差反馈结构包括根据一个实施例的积分器；
[0015]图8是图6的框图中所示的非线性补偿组件的框图，其中误差反馈结构包括根据一个实施例的串联耦合的积分器；
[0016]图9是示出强二阶谐波的∑
‑
ΔADC输出的FFT的图；
[0017]图10是根据一个实施例的非补偿数字麦克风和经由控制环路补偿的数字麦克风之间的FFT比较的图；
[0018]图11是根据一个实施例的非补偿数字麦克风和用多项式非线性补偿组件补偿的数字麦克风之间的FFT比较的图；
[0019]图12是根据一个实施例的在用控制环路补偿的数字麦克风和用多项式非线性补偿组件补偿的数字麦克风之间的在输入电平(level)上的信噪比(SNDR)比较的图；
[0020]图13是根据一个实施例的数字麦克风的非线性补偿方法的流程图；以及
[0021]图14是根据一个实施例的补偿数字麦克风系统的框图。
具体实施方式
[0022]下面详细讨论当前优选实施例的制造和使用。然而，应当理解，本专利技术提供了许多可应用的专利技术概念，这些概念可以在广泛的各种特定上下文中实现。所讨论的特定实施例仅仅是说明制造和使用本专利技术的特定方式，而不限制本专利技术的范围。
[0023]在下面的详细描述中，参考了附图，这些附图形成了详细描述的一部分，并且在这些附图中通过示例示出了可以实践本专利技术的具体实施例。应当理解，在不脱离本专利技术的范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以进行结构或逻辑改变。例如，针对一个实施例示出或描述的特征可以被用在其他实施例上，或者与其他实施例结合使用以产生又一个实施例。本专利技术旨在包括这些修改和变化。这些实施例使用特定的语言进行描述，不应将其解释为限制所附权利要求的范围。附图未按比例绘制，并且附图仅用于说明目的。为了清楚起见，如果没有另外说明，相同或相似的要素在不同的附图中用相应的附图标记表示。
[0024]根据各实施例，用于诸如数字麦克风的数字系统的装置和方法允许降低失真而不影响系统的SNR。因此，系统SNR的改进可以独立于失真规范来进行，并且导致系统性能的整体增强。由系统从MEMS装置和读出电路两者生成的非线性特性在数字信号处理路径中通过非线性补偿组件来补偿，该非线性补偿组件在下文中进一步详细描述。描述了非线性补偿组件的各种实施例，包括开环实施例和闭环实施例。例如，在开环实施例中，可以将诸如多项式函数的非线性校正函数应用于读出信号和MEMS装置的数字化输出，以便使信号线性化。在闭环实施例中，可以通过在控制环路的反馈路径中使用系统的非线性模型来实现线性度校正。
[0025]可以通过对MEMS装置和读出电路在不同输入声波压力下的响应进行建模(model)的精确模拟(simulation)，来对诸如数字麦克风的系统的非线性特性进行建模。已知数字系统的传递函数的非理想性，可以在数字域中应用具有非线性补偿组件的校正，以获得相对于未校正的数字系统具有改进的线性度的输出信号。
[0026]为了清楚起见，在图1中示出了泛化的数字系统传递函数，其中在X轴上表示数字
系统的输入电压(VIN)，在Y轴上表示数字系统的输出电压(VOUT)。直的虚线102表示理想的线性传递函数，其中整个系统不生成任何非线性特性。在诸如数字麦克风的真实数字系统中，存在将传递函数推到表示理想传递函数的虚线102上方(迹线104)和/或下方(迹线106)的非线性特性。非线性特性可以由非线性补偿组件数字地补偿，非线性补偿组件被配置为将非线性函数应用于输入信号。在一个实施例中，非线性函数可以包括开环拟合多项式。多项式的传递函数与数字系统的非理想传递函数负相关，使得两个传递函数的乘积是线性的。下面描述二阶多项式和三阶多项式。
[0027]对于一个实施例非线性补偿组件，三阶多项式可由以下等式描述：VOUT＝VIN+k1*VIN2+k2*VIN3，其中通过测量输出总谐波失真THDo来确定系数k1和k2，其中THDo是在数字系统的输出处测量的未补偿的总谐波失真THD。一旦测量了THDo的特性，就可以调整系数k1和k2，使得数字系统的传递函数是线性的，并且相对于THDo改进了THD。在一个实施例中，可以在系统测试期间和在产品被运送给客户之前，对包括数字系统的产品执行THDo测量以及系数k1和k2的调整。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字麦克风，包括：模数转换器ADC，用于接收模拟输入信号；DC阻断组件，耦合到所述ADC；数字低通滤波器，耦合到所述DC阻断组件；以及非线性补偿组件，耦合到所述数字低通滤波器以提供数字输出信号。2.根据权利要求1所述的数字麦克风，其中所述非线性补偿组件的传递函数包括二阶多项式。3.根据权利要求2所述的数字麦克风，其中所述非线性补偿组件包括：乘法器，耦合到所述非线性补偿组件的输入；增益级，耦合到所述乘法器的输出；以及加法器，耦合到所述增益级的输出，并且耦合到所述非线性补偿组件的输入。4.根据权利要求1所述的数字麦克风，其中所述非线性补偿组件的传递函数包括三阶多项式。5.根据权利要求4所述的数字麦克风，其中所述非线性补偿组件包括：第一乘法器，耦合到所述非线性补偿组件的输入；第一增益级，耦合到所述第一乘法器的输出；第二乘法器，耦合到所述非线性补偿组件的输入，并且耦合到所述第一乘法器的输出；第二增益级，耦合到所述第二乘法器的输出；加法器，耦合到所述第一增益级的输出、耦合到所述第二增益级的输出，并且耦合到所述非线性补偿组件的输入。6.根据权利要求1所述的数字麦克风，其中所述非线性补偿组件包括：求和器，具有第一输入，所述第一输入耦合到所述非线性补偿组件的输入；环路滤波器，耦合到所述求和器的输出，并且所述环路滤波器的输出被配置用于提供线性化输出信号；以及非线性补偿子组件，耦合到所述环路滤波器的输出，并且所述非线性补偿子组件的输出耦合到所述求和器的第二输入。7.根据权利要求1所述的数字麦克风，其中所述非线性补偿组件包括：第一求和器，具有耦合到所述非线性补偿组件的输入的第一输入，以及被配置用于提供线性化输出信号的输出；第二求和器，具有耦合到所述第一求和器的输出的第一输入；非线性补偿子组件，耦合到所述第一求和器的输出，并且所述非线性补偿子组件的输出耦合到所述第二求和器的第二输入；以及误差反馈结构，耦合在所述第二求和器的输出与所述第一求和器的输入之间。8.根据权利要求7所述的数字麦克风，其中所述误差反馈结构包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
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：