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具有可调节增益控制的数字麦克风.pdf

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具有 调节 增益 控制 数字 麦克风
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摘要
申请专利号:

CN201580049704.0

申请日:

2015.09.17

公开号:

CN106688177A

公开日:

2017.05.17

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):H03F 3/183申请日:20150917|||公开
IPC分类号: H03F3/183; H03G3/30; H04R3/00 主分类号: H03F3/183
申请人: 美商楼氏电子有限公司
发明人: A·乌里塔斯; P·F·霍伟?#22266;? S·格尔古耶夫; C·弗?#22266;?
地址: 美国伊利诺伊州
优?#28909;ǎ?/td> 2014.09.19 US 62/052,684
专利代理机构: ?#26412;?#19977;友知识产权代理有限公司 11127 代理人: 吕俊刚;杨薇
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法律状态
申请(专利)号:

CN201580049704.0

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.06.09|||2017.05.17

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

针对一种设备提供方法。该设备包括:输入缓冲器;模数转换器,该模数转换器联接到输入缓冲器;解压缩模块,该解压缩模块联接到模数转换器;以及增益控制模块,该增益控制模块联接到输入缓冲器和解压缩模块。输入缓冲器具有第一可调节增益?#20197;?#27169;拟域内操作。模数转换器将从输入缓冲器接收的输入模拟数据转换成数字数据。解压缩模块在数字域内操作,并且被配置为解压缩从模数转换器接收的数字数据。解压缩模块具有第二可调节增益并产生输出数字信号。增益控制模块通过选择性控制模拟域中的输入缓冲器的第一增益和数字域中的解压缩模块的第二增益,来确定何时针对特性的变化补偿输入模拟数据。

权利要求书

1.一种设备,所述设备包括:
输入缓冲器,所述输入缓冲器被配置为从换能器接收并存储输入模拟数据,所述输入
缓冲器具有第一可调节增益?#20197;?#27169;拟域内操作;
模数转换器,该模数转换器联接到所述输入缓冲器,所述模数转换器被配置为将从所
述输入缓冲器接收的所述输入模拟数据转换成数字数据;
解压缩模块,该解压缩模块联接到所述模数转换器,所述解压缩模块被配置为在数字
域内操作,所述解压缩模块被配置为解压缩从所述模数转换器接收的所述数字数据,所述
解压缩模块具有第二可调节增益并产生输出数字信号;
增益控制模块,该增益控制模块联接到所述输入缓冲器和所述解压缩模块,所述增益
控制模块被配置为,通过选择性控制所述模拟域中的所述输入缓冲器的所述第一增益、和
所述数字域中的所述解压缩模块的所述第二增益,来确定何时针对特性的变化补偿所述输
入模拟数据。
2.根据权利要求1所述的设备,其中,随着所述第一增益增大,所述第二增益减小,并且
其中,当所述第一增益减小时,所述第二增益增大。
3.根据权利要求1所述的设备,其中,所述增益控制模块还被配置为对信号强度进行采
样。
4.根据权利要求3所述的设备,其中,所述增益控制模块还被配置为确定所述信号强度
是否超过第一预定阈值。
5.根据权利要求4所述的设备,其中,响应于确定所述信号强度超过所述第一预定阈
值,所述增益控制模块被配置为减小所述第一增益并增大所述第二增益。
6.根据权利要求3所述的设备,其中,所述增益控制模块还被配置为确定所述信号强度
是否在第二预定阈值以下达预定时间段。
7.根据权利要求6所述的设备,其中,响应于确定所述信号强度在第二预定阈值以下达
预定时间段,所述增益控制模块被配置为增大所述第一增益并减小所述第二增益。
8.根据权利要求1所述的设备,所述设备还包括放大器,所述放大器被配置为放大信
号。
9.一种方法,所述方法包括以下步骤:
从换能器和输入缓冲器接收并存储输入模拟数据,所述输入缓冲器具有第一可调节增
益;
将从所述输入缓冲器接收的所述输入模拟数据转换成数字数据;
在被配置为在所述数字域内操作的解压缩模块处,具有第二可调节增益的所述解压缩
模块解压缩所述数字数据并且产生输出数字信号;
通过选择性控制所述输入缓冲器的所述第一增益和所述解压缩模块的所述第二增益,
来确定何时针对特性的变化补偿所述输入模拟数据。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,随着所述第一增益增大,所述第二增益减小,并
且其中,当所述第一增益减小时,所述第二增益增大。
11.根据权利要求9所述的方法,所述方法还包括以下步骤:对信号强度进行采样。
12.根据权利要求11所述的方法,所述方法还包括以下步骤:确定所述信号强度是否超
过第一预定阈值。
13.根据权利要求12所述的方法,所述方法还包括以下步骤:响应于确定所述信号强度
超过所述第一预定阈值,减小所述第一增益并增大所述第二增益。
14.根据权利要求11所述的方法,所述方法还包括以下步骤:确定所述信号强度是否在
第二预定阈值以下达预定时间段。
15.根据权利要求14所述的方法,所述方法还包括以下步骤:响应于确定所述信号强度
在第二预定阈值以下达预定时间段,增大所述第一增益并减小所述第二增益。
16.根据权利要求9所述的方法,所述方法还包括以下步骤:放大信号。

说明书

具有可调节增益控制的数字麦克风

相关申请的交叉引用

本专利基于35 U.S.C.§119(e)要求2014年9月19日提交的标题为“Digital
Microphone With Adjustable Gain Control”的美国第62/052684号临时申请的权益,此
处以引证的方式将上述申请的内容全文并入。

技术领域

本申请涉及数字麦克风,更具体地,涉及这些装置中的增益控制。

背景技术

各种类型的麦克风和接收器已经使用多年。在这些装置中,不同的电部件一起收
容在壳体或组件内。其它类型的声学装置可以包括其它类型的部件。这些装置可以用于诸
如助听器、个人音频耳机这样的听力仪器中,或用于诸如蜂窝电话和计算机等这样的其他
电子装置中。

一些麦克风使用接收声能并将声能转换成电信号的微机电系统(MEMS:Micro-
Electro-Mechanical System)。这些麦克风还可以使用专用集成电路(ASIC),该ASIC从
MEMS取得电信号,并且对信号执行后处理,和/或针对更大电子环?#25345;?#25509;着的电路级缓冲信
号。

ASIC的输出可以为模拟形式或数字形式,并且具有提供数字输出的ASIC的麦克风
被称为数字麦克风。近年来,数字麦克风在便携式电子设备中特别是在移动电话中变得越
来越流行。

同时,还存在对支持高声学过载点(AOP:Acoustic Overload Point)等级的麦克
风增长的需求。更高的声级意味着到ASIC的MEMS输出处的更高电压电平。该增大将意味着
MEMS输出电压电平可能最终高于ASIC的电源电压电平,这因此将产生动态?#27573;?#38382;题,其中,
ASIC在不在输入处对信号削波的情况下,将不能处理这种高输入电压电平。因为ASIC输入
处信号的恒定削波将减小麦克风的动态?#27573;?DR),所以这从麦克风系统观点不可接受。

附图说明

为了更完全地理解本公开,应参照以下详?#35813;?#36848;和附图,附图中:

图1包括根据本发明的各种实施方式的、具有自动增益控制的麦克风的框图;

图2包括示出了根据本发明的各种实施方式的增益控制电路的操作的方面的曲线
图;

图3包括根据本发明的各种实施方式的增益控制电路的一个示例的流程图;

图4包括根据本发明的各种实施方式的、具有自动增益控制的麦克风的部分的电
路图;

图5包括根据本发明的各种实施方式的、具有自动增益控制的另一个麦克风的部
分的电路图;

图6包括根据本发明的各种实施方式的麦克风的部分的电路图;

图7包括根据本发明的各种实施方式的、具有自动增益控制的麦克风(包括切换电
路)的部分的电路图;

图8包括根据本发明的各种实施方式的增益控制模块的框图;

图9包括根据本发明的各种实施方式的增益控制模块中的决策模块的操作的一个
示例的流程图;以及

图10A和图10B示出了根据本发明的各种实施方式的缓冲器中的压缩器的两个示
例,图10A示出了没有衰减,并且图10B示出了示例12dB衰减。

技术人员将理解,附图中的元件是为了简化和清晰而例示。进一步将理解的是,可
以以发生的特定顺序来描述或描绘特定动作和/或步骤,然而本领域技术人员将理解,实际
上不需要针对顺序的这种特定性。还将理解的是,这里所用的术语和表达具有如与关于其
对应各调查和研?#22771;?#22495;的这种术语和表达一致的普通含义,除了这里另外阐述特定含义的
情况。

具体实施方式

虽然本发明容许许多不同形式的实施方式,但附图中示出且这里将详?#35813;?#36848;本发
明的各种优选实施方式,理解的是,本公开被认为是本发明原理的范例,并且不旨在将本发
明的广泛方面限于所例示的实施方式。

在这里所述的方法中,来自微机电系统(MEMS)装置的信号以不劣化麦克风动态范
围(DR)的方式,在它到达数字输出之前在ASIC输入处衰减且?#32531;?#25918;大。在自动增益控制
(AGC)电路模块的监督下,自适应执行衰减和?#32531;?#25918;大。控制模拟域和数字域的增益。当一
个增大时,另一个可以减小。当一个减小时,另一个可以增大,以便维持如图2所示的线性输
入/输出特性。

在一些方面中,一种设备包括输入缓冲器。该输入缓冲器从换能器接收并存储输
入模拟数据。输入缓冲器具有第一可调节增益?#20197;?#27169;拟域中操作。

设备还包括联接到输入缓冲器的模数转换器。模数转换器将从输入缓冲器接收的
输入模拟数据转换成数字数据。

设备还包括联接到模数转换器的解压缩模块。解压缩模块在数字域中操作,并且
被配置为解压缩从模数转换器接收的数字数据。解压缩模块具有第二可调节增益且产生输
出数字信号。

设备还包括联接到输入缓冲器和解压缩模块的增益控制模块。增益控制模块通过
选择性控制模拟域中的输入缓冲器的第一增益和数字域中的解压缩模块的第二增益,来确
定输入模拟数据何时补偿特性的变化。

现在参照图1,描述了用于控制模拟域和数字域中的增益的设备的一个示例。MEMS
装置102联接到专用集成电路(ASIC)104。ASIC 104包括:输入缓冲器106(该输入缓冲器具
有自动增益控制)、放大器108、模数转换器(ADC)110、解压缩模块112、输出驱动器电路114、
以及增益控制模块116。在一些方面中,输入缓冲器106可以是前置放大器。

MEMS装置102包括膜片和背板。声能移动膜片,并且相对于背板的位移产生电信
号。ASIC 104可以是执行各种处理功能的?#25105;?#31867;型的集成电路。在一个示例中,ASIC 104执
行放大功能、滤波功能以及相移功能。还可以执行功能的其他示例。

输入缓冲器(或前置放大器)106对所接收的信号执行阻抗变换(impedance
transformation)。放大器108用于放大信号。

模数转换器(ADC)110将模拟信号转换成数字信号。解压缩模块112用于向系统提
供滤波功能,或以其他方式解压缩信号。

输出驱动器电路114用于驱动外部电路。增益控制模块116控制解压缩模块112和
输入缓冲器106的增益。

在图1的系统的操作的一个示例中,向ASIC 104馈送在MEMS装置102处产生的电信
号。信号首先由输入缓冲器106缓冲,?#32531;?#21487;以可选地由放大器108来放大,以?#26723;虯DC 110
的噪声要求。ADC 110将模拟信号转换成数字信号。数字信号链118可以包括?#25105;?#25968;量的解
压缩模块。信号在被在输出驱动器电路114处逐出之前被传输并穿过数字信号链118。

在方面中,本方法基于来自MEMS装置102的信号的振幅等级,来考虑在输入缓冲器
106处的信号衰减和?#32531;?#22312;数字域处的放大。

增益控制模块116确定何时在模拟域和在数字域处应用增益变化。解压缩模块112
补偿模拟域中的增益变化。还可以使用包括解压缩模块112和增益控制模块116的DSP块或
模块。

信号峰值级的识别在数字域中发生,从而将数字域增益变为补偿模拟增益变化。
此外,在数字域中提供并使用算法来补偿由输入缓冲器106中的模拟AGC实施方案引入的不
利作用。这些不利作用包括:偏置和由于输入缓冲器106中的增益变化而引起的电压跳变。
其他示例是可以的。

使用本方法,数字麦克风可以处置并处理具有高声压级的信号。另外,在增益控制
算法的监督下,由模拟和数字域增益的自适应变化来保持全动态?#27573;А?#27492;外,由于模拟实施
方案而出现的不利作用由数字域中的算法来补偿。

现在参照图2,描述了输入缓冲器和解压缩模块的输出处的信号幅度。如图所示,
第一信号202表示输入缓冲器(例如,图1的输入缓冲器106)的输出处的信号。第二信号204
指示在由解压缩模块112处理之后的信号。在点206处,数字域信号增益开始被改变以补偿
模拟增益变化。换言之,增益控制模块(例如,增益控制模块116)如这里在别处描述的开始
补偿。

该图中还可以看到,解压缩模块的输出处提供的整个信号是线性或近似线性的。
换言之,保持麦克风的全动态输出?#27573;А?#22240;此,在大的信号?#27573;?#20869;提供并获得有利的麦克风
操作。

现在参照图3,描述了可以如何实施增益控制电路的一个示例。在一个方面中,被
指示为根据图3的方法执行的步骤可以在图1的电路或某一类似电路处执行。在另一个方面
中,图3的方法被执行为连续循环。

在步骤302处,对信号的强度或等级进行采样,并且关于强度是增大、减小、已经经
过特定阈值、或已经经过特定阈值特定时间段进行确定。该确定可以根据是本领域中技术
人?#24065;?#30693;的合适硬件电路和/或软件方法来进行。在一个方法中,增益控制模块116可以用
于执行这些功能。

在步骤304处,?#20197;?#35813;确定指示信号具有已经经过第一预定阈值的强度(例如,增
大)时,衰减输入缓冲器(例如,输入缓冲器106)的增益,但增大解压缩模块(例如,解压缩模
块112)的增益。该动作帮助电路的操作点。因为调节了输入缓冲器(例如,输入缓冲器106)
的增益,所以数字麦克风可以处理具有高声压级(SPL)的信号。另外,保持信号的全动态范
围。进一步地,由于或在模拟域中出现的不利作用在数字域中补偿,从而取消这些作用。

在步骤306处,如果该确定指示了具有在第二预定阈值以下经过预定时间段的强
度(例如,?#26723;?#30340;强度)的信号,则增大输入缓冲器(例如,输入缓冲器106)的增益,但减小解
压缩模块(例如,解压缩模块112)的增益。如前,该动作帮助电路的操作点。

现在参照图4,描述了提供信号衰减的一个示例。MEMS装置402联接到ASIC 404。
ASIC 404包括输入缓冲器406。三个开关408、410以及412将三个电容器414、416以及418接
入电路和与电路断开。开关408、410以及412受增益控制信号420来控制。在一个示例中,根
据图3的算法来产生增益控制信号420。将理解的是,为了简单起见,图4仅示出了图1的电路
的一部分。

通过使用具有电容器414、416以及418的电容分压电路,衰减到输入缓冲器406的
输入信号,使得该输入信号可以被生成为,使得输入信号将从不超过模拟信号域中的电路
可以处理的信号。从数字信号域来接收增益控制信号,其中,通过使用数字电路而不是使用
模拟幅度检测,来在数字域处测量输入信号幅度。电容器414、416以及418中的各个取决于
所需的衰减量来接入电路和与电路断开。

现在参照图5,描述了提供信号衰减的一个示例。MEMS装置502联接到ASIC 504。
ASIC 504包括输入缓冲器506。六个开关508、509、510、511、512以及513将三个电容器514、
516以及518接入电路和与电路断开。开关508、509、510、511、512以及513由增益控制信号
520来控制。在一个示例中,增益控制信号520根据图3的算法来产生。将理解的是,为了简单
起见,图5仅示出了图1的电路的一部分。

电容器514、516以及518总是被预充电至等于被标记为IN的ASIC的输入处的电压
电平的电压电平。这确保了,没有由于电?#31245;?#20998;?#32423;?#20135;生的电压跳变发生在IN处。电容器
514、516以及518中的各个电容器取决于所需的衰减量来接入电路和与电路断开。

现在参照图6,描述了输入缓冲器电路的实施方案的一个示例。MEMS装置602联接
到ASIC 604。ASIC 604包括输入缓冲器606。输入缓冲器606包括电流源608和晶体管610。

晶体管610可以具有由电流源608偏置的共漏极PMOS晶体管构造。该电?#20998;?#30340;输出
AC电压将遵循(IN处接收的)输入AC电压,并且输出电压的DC电?#25509;?#36755;入电压加PMOS晶体管
610的栅-源电压来定义。PMOS晶体管610的栅-源电压由晶体管的尺寸和来自电流源608的
偏置电流来定义。

因为图6的输入缓冲器的输出DC电压电平不与输入DC电压电平处于同一电平,所
以图5的切换设备在一些示例中不与图6的电路一起使用。现在参照图7,描述了输入缓冲器
的示例,其中,ASIC的输入处的信号衰减由电容分压网络来执行,并且网络中的电容器被预
充电至与到ASIC的输入的相同电压电平。

MEMS装置702联接到ASIC 704。ASIC 704包括放大器706。输入缓冲器联接到第一
电流源708(I1)、第二电流源710(I2)、第一晶体管(M1)712以及第二晶体管714(M2)。电容分
压网络716包括电容器718、720、722和开关724(S01)、726(S02)、728(S1)、730(S11)、732
(S12)、734(S2)、736(Sn1)以及738(Sn2)。

在操作中,晶体管712(M1)提供用于电路的单位增益缓冲器级(unity gain
buffer stage)。为了将电容器718、720、722预充电至IN的电压电平,使用作为镜像共漏极
PMOS晶体管的晶体管714(M2)。晶体管714(M2)和偏置电流源(电流源710(I2))分别是晶体
管712(M1)和电流源708(I1)的缩放版本。电路的该缩放部分被称为镜像缓冲器。

晶体管714(M2)的栅电压借助具有放大器的反馈电路来产生,放大器把晶体管712
(M1)和晶体管714(M2)的源极端子当作其输入。如果晶体管714(M2)的源极端子电压电平高
于/低于晶体管712(M1)的源极端子电压电平,那么输入放大器706的输出减小/增大,直到
它处于与晶体管712(M1)的源极端子电压电平相同的电压电平为止。因为电流?#20174;?#26230;体管
匹配,?#32531;?#26230;体管714(M2)的栅电压电?#25509;?#26230;体管712(M1)的栅电压电平匹配。这样,产生等
于IN的电压电平的电压电平。这连同各种开关的适当设置一起用于将电容器预充电至IN的
电压电平。这样,在电路的数字信号域的控制下调节电路的模拟信号域部?#31181;?#30340;增益。

当电容器718、720以及722中的一个连接到IN时,将存在由于输入缓冲器与镜像缓
冲器之间的失配连同放大器706的偏置而引起的电压跳变。由于该构造的性?#21097;?#35813;电压跳变
恒定,因?#31169;?#20135;生DC偏置。DC偏置可以由适当的电路设计来保持处于最小值,或者可以在数
字信号域中数字地去除。

因为增益衰减取决于MEMS电容与IN处的电容之间的比值,所以电容器718、720以
及722的微调可以在麦克风生产测试期间进行,以将来自一个麦克风的增益与另一个匹配。

现在描述如受增益控制信号控制的各种开关的操作。在一个示例中,增益控制信
号根据图3的算法来产生。电容器718、720以及722中的各个取决于所需的衰减量,?#20197;?#23545;电
容器718、720以及722预充电时接入电路和与电路断开。

开关电路701包括开关724、726、730、732、736以及738和电容器718、720以及722。
开关728和734用于将切换电路701选择性地连接到ASIC上的其他电路或与其他电路断开。

在一个示例中,为了对电容器718、720以及722预充电,断开开关724、730、736,并
且闭合开关726、732以及738。

为了通过连接一个电容器(例如,电容器718)提供衰减,断开开关726,断开开关
730和736,并且闭合开关724、732以及738。

为了提供更多或更少的衰减,电容器718、720或722中的一些或全部接入,以形成
电容电路。这可以以与连接电容器718(即,通过选择性控制开关724、726、730、732、736以及
738)相同的方式来完成。

电容器718、720或722可以是?#19978;?#24615;?#21462;?#23545;数比或以满足期望衰减函数的方式缩放
的相同值。

将理解,上述方法使得模拟和数字域中的增益相反地受控。即,当增益在模拟域中
减小时,它可以在数字域中增大。当增益在模拟域中增大时,它可以在数字域中减小。模拟
和数字域可以由以集成电路形式联接在一起的单独电路来表示(例如,如图1所示)。

现在描述解压缩模块(例如,解压缩模块112)的操作的一个示例。在一个方面中,
被压缩信号在到达解压缩模块之前,从缓冲器穿过AMPI增益和高通滤波器(例如,截止频率
(Fcut)=6-8Hz)、抗混叠滤波器(例如,寄存器/电容器型)、ADC(例如,第三阶ΣΔ)、正弦滤
波器(例如,没有抽取的第四阶)、低通滤波器以及DC减法块(例如,AMPI/ADC偏置)。所有这
些块向被压缩信号添加延迟、DC偏置、增益失配和/或噪声。例如,将在增益选择变化期间在
输出上调制噪声,因此需要通过探测增益切换控制保持模拟块中的噪声低或具有小步长来
处理。

在一个示例中,解压缩模块在各时钟步骤n处执行:


该逻辑的输入和输出是:

Sel(n)在一个方面中在各时钟周期处更新。在方面中,sel(n)具有对应于缓冲器
(压缩器)或解压缩模块处的电?#20998;?#25152;包括的AGC电容器的数量的四个值(0,1,2,3)。该示例
中的值0、1、2以及3分别对应于或产生0、6、12以及18dB增益(yd)。其他示例是可以的。由此,
sel(n)产生输出变化的幅度。变化的符号或方向取决于sel(n)是应用于解压缩模块(在解
压缩模块中,符号为正且这导?#21525;?#23637;)还是缓冲器(或压缩器)(在该缓冲器或压缩器中,符
号为负且导?#28388;?#20943;或更低的输出)。

xd(n):是Fclk下的被压缩数字化输入信号

ch_coeff:是衰减电荷偏置系数。该系数可编程?#20197;?#29992;于存储的存储器(例如,
ASIC存储映像)中被称为“charge_dc_coeff”。该系数决定?#26377;?#21495;多快或多慢去除各瞬时DC
变化。

Δclk_rel、Δclk_atc是用于预测与各样本时间实例n偏置的样本值的第1阶预测
器系数。该系数可编程?#20197;贏SIC存储映像中被称为“delta_clk_rel/delta_clk_ate”。这些
在晶片延迟校?#35745;?#38388;微调。

Yd:这是解压缩输出,并?#20197;?#19968;个方面中仅以Fclk/8计算。

解压缩模块中的中间变量包括:

d(n):以Fclk/8计算的差分系数;

Pred(n):(n+Δclk)下的预测样本;

ch(n):这是设置DC电平的电荷偏置估计。它跟踪IN节点上的DC电平并以Fclk/8率
计算。

Δch:增益切换期间电荷偏置的变化。

解压缩模块在一个方面中通过将“force_exp_sel”写到ASIC存储映像中被强制选
择与由增益控制块决定的增益不同的增益(即,Sel(n)信号)。该寄存器应在结合“force_
agc_sel”值微调agc电容器时使用。

将理解,解压缩模块以及其他模块或元件可以与计算机硬件和/或软件?#25105;?#32452;合
实施。?#28909;紓?#21151;能可以被实现为运行在处理装置上的计算机指令。

如所提及的,增益控制模块控制缓冲器和解压缩模块这两者的衰减。现在参照图
8,描述了增益控制模块800的一个示例。增益控制模块800包括抽取器802、绝对值获得器模
块804、峰值跟踪器806、最大峰值检测模块808、定时器809、决策模块810、选择(SEL)延迟模
块812、以及过零检测模块814。如图所示,各种节点816连接到ASIC存储映像中的寄存器,这
些寄存器存储被示出且由装置800使用的各种值。

抽取器802以因数(例如,因数8)抽取SINC滤波器/校准之后的进入样本。这意味着
采样率是Fclk/8,其中,Fclk是所用的时钟频率。绝对值获得器模块704例如以Fclk/8取得
被抽取信号的绝对值。

峰值跟踪器806跟随信号中的峰值。这在一个方面中用具有两个不同系数的第1阶
滤波器来进行。一个系数在信号开始增大时用于快速跟踪,启动系数(atc_coef)。并且另一
个系数在信号减小时使用,释放系数(rel_coef)。这两个滤波系数设置用于增益切换的启
动和释放时间。跟踪和释放系数这两者可编程。

峰值跟踪器806以例如Fclk/8对于各输出Xabs执行以下步骤和逻辑,以进行
upperpeak(n)的评估(其中,n是时间变量(例如时钟周期/8方面))。


upperpeak(n)是例如Fclk/8下的峰值估计。将理解,Sel(n)插值为全8个时钟周期
内有效。

过零检测模块814具有这样的输出,其在一个方面中是指示输入信号何?#22791;?#21464;极
性(过零或过零点)的标志。可选地?#20197;?#20449;号的差分改变极性时,该特征通过设置标志agc_
strategy来启用。

例如以Fclk/8对于各Xd输入样本执行以下步骤和逻辑:


这里,ZeroFlag(n)是指示过零点的输出,并且Δpred是可编程常数。该常数定义
应预测过零点事件多少个Fclk/8周期(即,它何时使用默认值2.5来补偿数字滤波器和之前
步骤中的后处理中的20个时钟周期延迟)。

最大峰值检测模块808以例如Fclk/8对于各输入Xabs使用以下逻辑来找到两个过
零点之间的峰值检测器输出的最大值,以进行MaxPeak(n)的估计:


MaxPeak(n)是Fclk/8下两个过零内的最大峰值的估计。ZeroFlag(n)在该示例中
被”插值”为在全8个时钟周期内有效(简单采样保持)。MaxPeak(最大峰值)和UpperPeak(上
峰值)的瞬时值可读取。

定时器809对各增益变化(启动或释放)后Fclk/8的数量进行计数。并且,定时器
809用于防止就在启动/释放之后不久的增益变化。定时器809输出指示是否允许启动/释放
的标志。启动/释放仅在该标志为真时被允许。这样,保证各启动/释放之间的最小时段。最
小时间在一个示例中由可编程变量(min_clk8)来设置。将min_clk8设置为0将强制设备800
具有例如各启动/释放之间的时钟周期最小值2048*8。这在校?#35745;?#21160;(attack)和释放延迟
时是有利的。如这里所用的,“启动”提及(例如,通过与阈?#21040;?#21449;)从低信号电平到高信号电
平前进的输入信号。如这里所用的,“释放”提及(例如,通过与阈?#21040;?#21449;)从高信号电平到低
信号电平前进的输入信号。

决策模块810在输入缓冲器启动/释放或接入电容器/使电容器断开时,进行决策。
向解压缩模块(数字扩展器)发送相同的Sel(n)控制信号。每一个时钟周期进行增益选择决
策。如所提及的,sel(n)在一个示例中为4个值,并且这四个值对应于接入到电?#20998;?#30340;AGC电
容器的数?#20426;?#21508;sel(n)值从而根据它是应用于缓冲器还是解压缩模块而产生预定增益或衰
减。

增益控制切换仅在过零点处(即,在ZeroFlag(n)为真时)进行。

在一个方面中,“Calib”寄存器值用于将设备设置为强制增益切换的校准模式。

在另一个方面中?#20197;趍ax_peak(最大峰值)超过“upper_threshold(上阈值)”时,
则进行启动(Sel=Sel+1),如果upper_peak(上峰值)小于lower_threshold(下阈值),那么
进行释放(Sel=Sel-1)。“upper_threshold(上阈值)”和“lower_threshold(下阈值)”可编
程。

选择延迟模块812将增益变化延迟到解压缩模块。这是为了处理存在于从控制信
号的输出,至缓冲器到解压缩模块的输入的信号路径中的延迟。延迟参数在时钟周期中。在
一个方面中,两个延迟参数(称为“atc-del”和“rel-del”)用作到该元件的参数输入。在另
一个方面中,?#25105;?#38750;整数时?#21451;?#36831;通过如这里在别处描述的将“delta_clk_atc”和“delta_
clk_rel”用于解压缩模块中来补偿。

现在参照图9,描述决策模块810的操作的更详?#35813;?#36848;。基于以下输入进行关于是
增大还是减小增益的决策:ZeroFlag(零标志)、upper_peak(上峰值)、max_peak(最大峰值)
以及TimerFlag(定时器标志)。

在步骤902处,初始化发生,并且Sel=0。

在步骤904处,开始发生。在步骤906处,确定定时器标志是否为真。如果回答否定,
则控制返回到步骤904。如果回答肯定,则在步骤908处确定calib是否=1(所请求的校准)。
如果回答肯定,则控制在步骤916处继续。

在步骤916处,如果sel=1,那么将sel设置为0,否则将sel设置为1,并且执行返回
到步骤904。

如果步骤908处的回答是否定的(无校准),则确定zeroflag(零标志)是否为真。如
果回答是否定的,则控制返回到步骤904。如果回答肯定,则在步骤912处确定calib是否=
2。calib=1或2如图9所示对应于不同的测试模式。如果回答是肯定的,则在步骤914处,确
定上峰值是否大于下阈值,并且执行在步骤916处继续。

如果步骤912处的回答否定,则在步骤918处,确定MaxPeak(最大峰值)是否大于阈
值。

如果步骤918处的回答是肯定的,则在步骤920处,确定sel是否小于衰减等级的数
量(例如,接入到电?#20998;?#30340;AGC电容器的数量)。如果回答是否定的,则控制返回到步骤904。
如果回答是肯定的,则在步骤922处继续执行,在步骤922中,将sel设置为sel+1,并且执行
返回到步骤904。

如果步骤918处的回答是否定的,则在步骤924处,确定UpperPeak(上峰值)是否大
于LowerThreshold(下阈值)。如果回答是否定的,则返回到步骤904。如果肯定,则在步骤
926处,确定sel是否=0。如果回答是否定的,则返回到步骤904。如果回答的肯定的,那么
sel=sel-1。?#32531;螅?#25191;行返回到步骤904。

将理解,步骤914和916在校准模式下执行,而剩余步骤在正常操作模式下执行。

现在参照图10A和图10B,现在描述与缓冲器一起使用的压缩器的一个示例。换能
器1002联接到电容器1004(Cagc1、2以及3)和跟踪放大器1008。断开和闭合各种开关1010,
以通过在电?#20998;?#21253;括agc电容器1012中的各个agc电容器1012来衰减进入信号。

从Xin到Xa穿过的增益受6个开关1010和3个agc电容器1012控制。由寄生电容器
“Cp”、麦克风电容器“Cm”、以及三个agc电容器Cagc之间的关系来确定衰减。

压缩器从增益控制模块接收sel信号,并且电容器中的一些被开启,并且一些用于
跟踪:



从Xin到Xa穿过压缩器的增益受6个开关1010和3个agc电容器1012控制。各电容器
1012随后被接入到电?#20998;校?#36825;意味着当Sel=1时,仅接入第一agc电容器Cagcl,并且当Sel
=3时,全部接入所有三个agc电容器(Cagc1、Cagc2以及Cagc3)。

在一个方面中,为了给出6dB、12dB以及18dB的正确衰减,在测试期间微调agc电容
器1012。在另一个方面中,因为仔细匹配和设计将跟踪另外两个AGC电容器,所以仅使用Sel
=1的微调被使用。

在正常操作下,将如这里在别处描述的受增益控制模块来控制开关。但在微调期
间,以下寄存器/存储位置影响压缩器块,并且受bufi_agc_trim(例如,5位)和force_agc_
sel(3位)控制。

为了具有6dB衰减步骤,bufi_agc_trim将agc电容器改变为与麦克风电容匹配。
Force_agc_sel位强制压缩器选择3个衰减中的一个。在微调期间,为了强制扩展器选择固
定增益,还设置force_exp_sel。

跟踪放大器1008在电容器1012未被切换接入(即,不提供衰减)时对电容器1012预
充电。这样,当装置处于启动模式时,agc电容器1012与MEMS电容器之间将没有电荷分布。这
产生没有任何瞬间跳变、在Xin节点处提供的且从而穿过电?#20998;?#27169;拟信号链的剩余部分的
连续信号。

这里描述了本发明的优选实施方式,包括为发明人为执行本发明所知的最佳方
式。应当理解的是,所例示的实施方式仅是示例性的,并且不应当被认为是限制本发明的范
围。

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