一种麦克风电路具有限幅检测电路(30)，所述限幅检测电路检测何时模数转换器(ADC，12)输出已经达到阈值。基于所述限幅检测电路输出控制可变电容(34a，34b，34c，34d)，所述可变电容用作与所述麦克风(11)有关的可变输入负载。因此所述反馈基于所述ADC输出电平，并且可以实现这个信号的处理，无需所述信号的基带处理，它可以简单地基于所述ADC输出的状态。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及麦克风的控制。
技术介绍
扬声器和麦克风本质上包括可移动膜片或者其他部件，所述其他部件提供声压波与电信号之间的转换。众所周知的是应当不是简单地通过输入信号驱动的方式控制扬声器的输出。例如，造成扬声器失效的ー个重要原因是机械缺陷，当移位所述扬声器膜片超过某个极限时出现所述机械缺陷，所述极限通常由制造商提供。超过这个位移极限会立刻损坏所述扬声器，或者可以显著地減少其预期使用寿命。 存在若干方法来限制扬声器膜片的移位，例如通过利用可变截止滤波器(高通或者其他)处理所述输入信号，经由前馈或者反馈控制回路控制所述滤波器的特性。对于麦克风出现类似的问题。麦克风正在从典型的模拟麦克风发展到数字麦克风模块。这些麦克风模块典型地由以微机电系统(MEMS)エ艺制造的传感器和模数转换器(ADC)组成。所述ADC(典型地Σ -Δ转换器)的输出是向基带处理器输出所述数据的PDM(脉冲密度调制)流。正常的声级(acoustic level)处在大约94dBSPL(声压IpA)。来自所述麦克风传感器的电压在94dBSPL下是5mV。所述模块所需的信噪比典型地是61dB。这意味着64dB用于所述传感器以及64dB用于所述ADC。在所述ADC输入处的等效噪声级别是3 μ V。所述麦克风传感器的输出电压可以高达IOOmV,其对应于120dBSPL。那么所述ADC的动态范围需要是90dB。对于在摇滚音乐会期间进行的录音，靠近所述音乐会扬声器的非常高的声压使所述模块过载。因此，当以后列出(listing afterwards)时所述录音失真。在可能发生机械损坏之前，所述MEMS传感器本身能够处理高达HOdBSPL的声压。然而，所述ADC不能提供所需的信噪比，因而是最薄弱的环节。当存在背景噪声，特别是风噪声时，可能发生高声压级别。这种风噪声还将造成所述ADC的限幅(clipping)。由于所述信号是失真并且非线性的，不能够无失真地实现以后在噪声消除器中去除所述噪声。本专利技术涉及所述ADC的这ー过载(限幅)问题。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种如权利要求I所述的麦克风电路。本专利技术通过基于所述ADC的限幅提供可变衰减(variable attenuation)来使能所述最大声压的扩展。限幅的早期检测是可能的，使得可以发生快速启奏(fast attack)。所述可变衰减器包括可变输入负载，用于在ADC没有限幅之前減少所述输入信号。所述可变输入负载包括可变电容。然后这个可变电容可以与所述麦克风本身的电容串联，使得形成可变电容分压器(capacitor divider)电路。所述可变电容可以包括在所述麦克风输出与控制端之间并联的电容器阵列，其中所述阵列的电容器可独立地切换进或者切換出所述并联电路。例如，所述可变电容可以包括ニ进制加权电容器阵列。所述控制电路可以包括计数器，控制所述计数器响应于限幅检测信号和非限幅检测信号之一而増大，并且响应于所述限幅检测信号和所述非限幅检测信号中的另ー个而减小。因此，当存在限幅时，表示所述ADC已经达到其极限并且所述输入声压意味着要求信号衰减，改变计数器，使得所述电容器网络配置改变。只有当所述限幅已经停止时，所述电容器网络配置才恢复其以前的状态。这样提供了一种简单的控制方案。所述模数转换器可以包括具有脉冲密度调制输出的I位Σ -Λ转换器。然后，限 幅检测可以基于所述脉冲密度调制信号达到阈值。例如，所述阈值可以包括在给定长度的位流中Is的给定比例。本专利技术还提供一种如权利要求7所述的处理麦克风输出信号的方法。附图说明现在将參考附图详细描述本专利技术的示例，其中图I示出了第一已知的麦克风电路；图2示出了第一已知的麦克风电路；图3示出了本专利技术的麦克风电路的示例；以及图4用于解释在图3的电路中所采用的控制方案。具体实施例方式本专利技术涉及一种扩展在麦克风电路中ADC的动态范围的方法。存在若干种已知的方式来扩展动态范围。第一示例如图I所示。在所述ADC 12的输入处提供可编程增益放大器(PGA) 10 (例如以IdB的步长从O至20dB的衰减可编程)。所述可编程放大器处理由放大器13放大的麦克风11的信号。基带(BB)处理器14或者其他子系统实现所述控制，并且所述PGA 10被设置成适当的放大率级别。缺点是所述BB处理器14确定所述启动时间(attacktime)并且是缓慢的。另外，需要补偿所述PGA(ldB步长)的増益，否则在所述PGA的切換期间将会听见咔嗒声。为了克服所述咔嗒声问题，也可能提供两个ADC。在图2中示出了ー对ADC的结构。所述标准ADC 12a处理IOOmVrms。所述第二 ADC 12b处理IVrms (20dB以上)。所述两个路径具有不同的増益。因此，存在与与所述BB处理器14耦合的两个数据流(例如PDM流)。所述BB处理器需要执行ー些后处理来将所述两个流组合成一个不失真信号。从ー个流切換到另ー个流可以非常快并且在所述BB处理器的内部实现。需要注意匹配所述两个流。所述两个ADC的每ー个均具有按照电压參考源22a、22b形式的控制电路，用于在所述差分ADC转换器的ー个输入上设置电压；以及在所述ADC输入端之间的高阻抗元件24a,24b0在所示的示例中，包括两个背靠背ニ极管。这些ニ极管不导通，因为来自所述麦克风的输入电压为IOOmV的数量级并且因此低于所述ニ极管的导通阈值。它们可以被不同的高阻抗元件替代。每个ADC电路均具有恒定的増益。对于两个路径的不同増益可以由所述电容器28a、28b实现，所述电容器用所述麦克风的电容定义电容分压器网络。也可以使用压缩/解压系统。然后，所述麦克风模块压缩所述信号，使得它适合所述ADC的动态范围。在所述BB处理器中，需要所述反函数(inverse function),并且所述反函数解压所述信号以便重新产生不失真的音频信号。这些解决方案的缺点是所述BB处理器需要实现所述麦克风模块的动态范围扩展。在所有情况下，所述输入信号需要被放大或者衰减。这意味着，在所述基带控制器中需要专门的控制算法。因为所述控制在所述麦克风模块的外部发生，时间滞后可以导致做出适用于所述麦克风电路特性的所需修改。所述BB处理器也将需要具有扩展的动态范围,所述动态范围与所述麦克风电路的扩展动态范围 相对应。本专利技术基于ー种方法，其中所述麦克风模块本身实现所述麦克风增益的设置。本专利技术提供了一种麦克风电路，其中所述限幅检测电路检测何时所述模数转换器输出已经达到阈值。基于所述限幅检测电路输出来控制可变衰减器，优选地以与所述麦克风相关联的可变输入负载的形式。因此所述反馈是基于所述ADC输出电平，并且可以实现这个信号的处理，无需所述信号的基带处理，它可以简单地基于所述ADC输出的状态。结果，可以在所述麦克风模块内并且在所述基带处理之前实现所述反馈路径。因此，用于提供反馈控制的检测信号直接在所述ADC的输出处。由于采样频率高，检测限幅事件之前的延迟是非常低的。同样地，所述启动时间可以是快的。如在上面所述的系统中，需要放大或者衰减。可以认为所述麦克风具有电容器的电气特性。所述有效数值在3pF的范围内。在本专利技术的ー个优选实施方法中，通过加载(可编程)电容器来衰减来自所述麦克风传感器的信号。图3示出了本专利技术所述麦克风电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.17 EP 10156808.71.一种麦克风电路，包括 麦克风(11); 模数转换器(12)，位于麦克风输出处； 限幅检测电路(30)，用于检测何时模数转换器输出已经达到阈值； 可变电容(34a、34b、34c、34d)，用作与所述麦克风(11)相关联的可变输入负载；以及 控制电路(32)，用于基于限幅检测电路输出控制所述可变电容。2.根据权利要求I所述的电路，其中所述可变容器包括在所述麦克风输出与控制端之间并联的电容器阵列(34a，34b，34c, 34d)，其中所述阵列的电容器可独立地切换进或者切换出并联电路。3.根据权利要求2所述的电路，其中所述可变电容包括ニ进制加权电容器阵列(34a、34b、34c、34d)。4.根据前述权利要求中任一项所述的电路，其中所述控制电路(32)包括计数器，控制所述计数器响应于限幅检测信号和非限幅检测信号之一而增大计数，并且响应于所述限幅检测信号和所述非限幅检测信号中的另ー个而减小计数。5.根据前述权利要求中任一项所述的电路，其中所述模数转换器(12)包括具有脉冲...
【专利技术属性】
技术研发人员：哈恩·M·斯胡尔曼斯，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：
国别省市：
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