用于換能器接口的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及換能器系統(tǒng)且在特定實(shí)施例中涉及用于換能器接口的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一般地在諸如蜂窩式電話(huà)、數(shù)字式音頻記錄儀、個(gè)人計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)之類(lèi)的多種消費(fèi)應(yīng)用中使用音頻擴(kuò)音器。特別地，在大量生產(chǎn)的成本敏感應(yīng)用中使用較低成本駐極體電容擴(kuò)音器(ECM)。ECM擴(kuò)音器通常包括安裝在具有聲端口和電輸出端子的小封裝中的駐極體材料膜。該駐極體材料被粘附于薄膜或者構(gòu)成薄膜本身。
[0003]另一類(lèi)型的擴(kuò)音器是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)擴(kuò)音器，其中將壓敏薄膜直接地蝕刻到集成電路上。因此，擴(kuò)音器被包含在單一集成電路上而不是由單個(gè)的分立部分制造。
[0004]大多數(shù)ECM和MEMS擴(kuò)音器還包括前置放大器，其能夠經(jīng)由繩索和插頭而對(duì)接到音頻前端放大器以用于諸如蜂窩電話(huà)或助聽(tīng)器之類(lèi)的目標(biāo)應(yīng)用。在許多情況下，前置放大器與前端放大器之間的接口是被耦合到功率端子、信號(hào)端子和接地端子的三線(xiàn)接口。然而，在某些系統(tǒng)中，使用其中將端子中的兩個(gè)組合成信號(hào)、從而通過(guò)使用雙線(xiàn)而不是三線(xiàn)來(lái)降低系統(tǒng)成本的雙線(xiàn)接口。
[0005]針對(duì)所有類(lèi)型的換能器且特別是擴(kuò)音器，設(shè)計(jì)電子接口可能是具有挑戰(zhàn)性的。將功率和信號(hào)接口組合成單一接口尤其造成相對(duì)于電壓擺動(dòng)和低電源電壓使用的許多特定設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。增加換能器中的電壓擺動(dòng)一般地增加換能器的范圍。降低電源電壓通常與減少功率消耗相關(guān)聯(lián)且常常在移動(dòng)應(yīng)用中是相關(guān)的。然而，在某些實(shí)例中，降低電源電壓可能對(duì)電壓擺動(dòng)具有不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)實(shí)施例,接口電路包括電流復(fù)制器(replicator)和接收機(jī)。電流復(fù)制器包括被耦合到第一參考節(jié)點(diǎn)的功率端子、被配置成輸出與從換能器接收到的信號(hào)成比例的信號(hào)的輸出端子、以及被耦合到換能器的接口端子。使用單接口端子，可將電流復(fù)制器配置成向換能器提供功率并從換能器接收輸出信號(hào)。該接收機(jī)可包括被耦合到輸出端子的第一輸入端子、被耦合到第二參考節(jié)點(diǎn)的第二輸入端子、以及被耦合到第一輸入端子的電流轉(zhuǎn)換器電路。
【附圖說(shuō)明】
[0007]為了更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在對(duì)結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述進(jìn)行參考，在所述附圖中:
圖1圖示出實(shí)施例擴(kuò)音器系統(tǒng)的框圖；
圖2圖示出實(shí)施例換能器系統(tǒng)的框圖，
圖3圖示出實(shí)施例電流復(fù)制器的示意圖； 圖4圖不出另一實(shí)施例電流復(fù)制器的不意圖；
圖5圖示出另一實(shí)施例擴(kuò)音器系統(tǒng)的框圖；
圖6圖示出另一實(shí)施例擴(kuò)音器系統(tǒng)的框圖；以及圖7圖示出實(shí)施例操作方法的框圖。
[0008]不同圖中的對(duì)應(yīng)數(shù)字和符號(hào)一般地參考對(duì)應(yīng)部分，除非另外說(shuō)明。繪制圖形是為了清楚地圖示出實(shí)施例的相關(guān)方面且不一定按比例描繪。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面詳細(xì)地討論各種實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)和使用。然而，應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是本文所述的各種實(shí)施例可應(yīng)用在多種特定背景中。所討論的特定實(shí)施例僅僅說(shuō)明了實(shí)現(xiàn)和使用各種實(shí)施例的特定方式且不應(yīng)以受限范圍來(lái)解釋。
[0010]相對(duì)于特定背景下的各種實(shí)施例進(jìn)行描述，即擴(kuò)音器換能器且更特別地?cái)U(kuò)音器接口電路。本文所述的各種實(shí)施例中的某些包括換能器系統(tǒng)、擴(kuò)音器系統(tǒng)、用于換能器和MEMS換能器系統(tǒng)的接口電路以及雙線(xiàn)和三線(xiàn)換能器接口。在其它實(shí)施例中，還可將各方面應(yīng)用于涉及到根據(jù)本領(lǐng)域中已知的任何方式與電子裝置對(duì)接的任何類(lèi)型的傳感器或換能器的其它應(yīng)用。
[0011]根據(jù)本文所述的各種實(shí)施例，換能器系統(tǒng)包括被耦合到換能器和編碼譯碼器的電流復(fù)制器。該電流復(fù)制器在電流復(fù)制器與換能器之間的單一耦合上供應(yīng)功率和接收換能信號(hào)。電流復(fù)制器還向被耦合到編碼譯碼器的電流轉(zhuǎn)換器電路供應(yīng)與換能信號(hào)成比例的復(fù)制電流信號(hào)。在某些實(shí)施例中，電流轉(zhuǎn)換器電路將復(fù)制電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并將該電壓信號(hào)供應(yīng)給編碼譯碼器。
[0012]圖1圖示出包括擴(kuò)音器120、電流復(fù)制器110、以及編碼譯碼器130的實(shí)施例擴(kuò)音器系統(tǒng)100的框圖。在各種實(shí)施例中，擴(kuò)音器120接收聲信號(hào)并將該聲信號(hào)換能成電信號(hào)以供應(yīng)給電流復(fù)制器110。電流復(fù)制器110產(chǎn)生復(fù)制電流以經(jīng)由阻抗140提供給編碼譯碼器130。在圖1中所示的實(shí)施例中，僅兩個(gè)線(xiàn)被耦合在擴(kuò)音器120與系統(tǒng)的其余部分之間。
[0013]根據(jù)各種實(shí)施例，擴(kuò)音器120包括聲學(xué)換能元件122，其可包括具有背板和薄膜的MEMS換能器元件。在各種實(shí)施例中，聲學(xué)換能元件122可包括許多換能器元件、MEMS換能器元件以及其它換能器和MEMS換能器?？墒褂梦⑿推分圃旒夹g(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)聲學(xué)換能元件122且可在單一管芯上或在多個(gè)管芯上制造。
[0014]在圖1中所示的實(shí)施例中,將聲學(xué)換能元件122耦合到放大器124的輸入。放大器124被耦合到功率端子VDD、輸出端子OUT以及參考端子VSS。可經(jīng)由阻抗126將輸出端子OUT耦合到參考端子VSS，由此使得擴(kuò)音器120用作雙線(xiàn)設(shè)備。在此類(lèi)實(shí)施例中，放大器124用換能電壓信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)輸出端子OUT。電壓信號(hào)可通過(guò)阻抗126來(lái)驅(qū)動(dòng)電流。由于電流流過(guò)阻抗126而產(chǎn)生功率端子VDD處的電流消耗中的波動(dòng)。此類(lèi)波動(dòng)能夠用作功率端子VDD處的輸出信號(hào)，與來(lái)自聲學(xué)換能元件122的換能信號(hào)成比例。在此類(lèi)實(shí)施例中，擴(kuò)音器120僅使用參考端子GND和功率端子VDD，其被配置成感測(cè)電流汲取中的波動(dòng)。
[0015]在某些實(shí)施例中，可例如使用在2013年7月12日提交且題為“System and Methodfor a Microphone Amplifier”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?3/941273中所述的電路來(lái)實(shí)施擴(kuò)音器120，其被整體地通過(guò)引用結(jié)合到本文中。
[0016]根據(jù)各種實(shí)施例，電流復(fù)制器110被配置成感測(cè)通過(guò)擴(kuò)音器120的功率端子VDD的電流汲取中的波動(dòng)。如所示，功率端子VDD被耦合到電流復(fù)制器110的端子I。端子2被耦合到編碼譯碼器輸入INP和INN且端子3被耦合到電源電壓VDD_ext。在某些實(shí)施例中，電流復(fù)制器110被配置成在電流汲取波動(dòng)的同時(shí)保持端子I上的恒定或基本上恒定的電壓。在實(shí)施例中，電流復(fù)制器110被配置成在端子2處產(chǎn)生等于從端子I汲取的電流或與之成比例的復(fù)制電流。在特定實(shí)施例中，在電流復(fù)制器110的端子3與端子I之間存在非常小的電壓降。端子2處的電壓可以在接地與電源電壓VDD_ext以下的非常小的電壓降之間擺動(dòng)。在某些實(shí)施例中，電流復(fù)制器110使得在經(jīng)由端子I保持到功率端子VDD的電源電壓的同時(shí)實(shí)現(xiàn)大的信號(hào)擺動(dòng)。
[0017]在圖1中所示的實(shí)施例中，端子2處的復(fù)制電流由電流復(fù)制器110產(chǎn)生且流過(guò)阻抗140。編碼譯碼器130從輸入INP和INN接收電壓信號(hào)輸入。編碼譯碼器輸入INP和INN跨阻抗140提供電壓降。在某些實(shí)施例中，可將輸入INN耦合到接地GND，如所示。編碼譯碼器130對(duì)與來(lái)自聲學(xué)換能元件122的原始換能信號(hào)成比例的電壓信號(hào)輸入進(jìn)行編碼。編碼可包括放大和執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。因此，編碼譯碼器130可包括放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。
[0018]圖2圖示出包括換能器220、電流復(fù)制器210以及編碼譯碼器接口的實(shí)施例換能器系統(tǒng)200的框圖。換能器220被示為包括可變電流源223的一般換能器的電路模型。被并聯(lián)地耦合到電流源223的是換能器電阻225和DC電流源227。在各種實(shí)施例中，換能器220可包括如在本領(lǐng)域中已知的任何類(lèi)型的換能器。在特定實(shí)施例中，換能器220是MEMS擴(kuò)音器。
[0019]如所示，電流復(fù)制器210被耦合到換能器功率端子VDD且被配置成測(cè)量功率端子VDD處的電流IMrc。在各種實(shí)施例中，電流復(fù)制器210可產(chǎn)生與電流Imk成比例且在某些情