低功率声学装置和操作方法与流程

本专利要求保护2014年10月2日提交的名称为“Low Power Acoustic Apparatus And Method Of Operation”的美国临时申请No.62/058,998在35U.S.C.§119(e)下的权益，其内容通过引用全部并入于此。

技术领域

本申请涉及声学装置，并且更具体地，涉及在这些装置中使用超声波方法。

背景技术：

不同类型的声学装置已经使用多年。一种类型的声学装置是麦克风，而且一种类型的麦克风是微机电系统(MEMS)麦克风。在MEMS麦克风中，MEMS管芯包括膜片和背板。MEMS管芯通常设置在基板(或基底)上并且被壳体(例如，具有壁的杯状物或盖)封闭。一端口可以延伸穿过基板(底部端口装置)或穿过壳体的顶部(顶部端口装置)。在任何情况下，声能穿过端口，使膜片移动并产生相对于背板的变化电位，产生电信号。专用集成电路(ASIC)可以对该信号执行进一步的处理。麦克风被部署在各种类型的装置中，诸如个人计算机或蜂窝电话。

遗憾的是，以前的方法具有局限性。电音频系统包括各种功耗部件，如编解码器。因为编解码器通常总是被接通以进行信号处理，所以消耗大量的功率。另外，根据编解码器的采样率，这些先前方法提供用于超声波频率的有限带宽。

因高功耗和减少的电池寿命，所有这些问题已导致一些用户对先前方法的不满意。

附图说明

为更全面理解本公开，参照下面详细描述和附图进行说明，其中：

图1包括根据本发明的各种实施方式的麦克风中的没有数字信号处理器(DSP)的低功率声学系统的框图；

图2包括根据本发明的各种实施方式的在麦克风中设置有数字信号处理器(DSP)的低功率声学系统的框图；

图3包括根据本发明的各种实施方式的低功率声学系统的操作的流程图；

图4A包括根据本发明的各种实施方式的检测电路的框图；

图4B包括根据本发明的各种实施方式的检测电路的框图；

图5包括根据本发明的各种实施方式的利用具有数字信号处理器(DSP)的麦克风的框图；

图6包括根据本发明的各种实施方式的具有数字信号处理器(DSP)的另一麦克风的框图；

图7包括根据本发明的各种实施方式的具有数字信号处理器(DSP)的另一麦克风的框图；

图8包括根据本发明的各种实施方式的本方法的应用的一个示例的框图；

图9包括根据本发明的各种实施方式的本方法的应用的另一示例；

图10包括根据本发明的各种实施方式的具有数字信号处理器(DSP)的麦克风的框图；

图11包括根据本发明的各种实施方式的具有数字信号处理器(DSP)的另一麦克风的框图；

图12包括根据本发明的各种实施方式的具有数字信号处理器(DSP)的另一麦克风的框图。

技术人员应当清楚，附图中的部件为简单和清楚起见而例示。还应清楚的是，特定动作和/或步骤可以按出现的特定次序描述或描绘，而本领域技术人员应当明白，有关顺序的这种特异性实际上不需要。还应明白的是，在此使用的术语和表达具有普通含义，如按照这种术语和表达有关它们对应的各自调查和研究范围的本来样子，除另外在此阐述了特定含义以外。

具体实施方式

在本文中提出的方法中，当感测超声波信号时，编解码器(或其它处理装置)被停用(或者以低功率状态操作)，由此提供比先前系统显著少的功率消耗。超声波信号是具有高于人耳可听度极限的频率的声信号。编解码器(或其它处理装置)仅在它们需要时被启用，例如，当检测到超声波信号(或某一其它有意义的信号)时。在一些方面，超声波活动检测可以在任何系统中实现，而不管所使用的处理装置(例如，编解码器)的类型。另外，超声波信号被自动检测和处理，无需用户干预。

声换能器(例如，MEMS麦克风、压电麦克风、扬声器或某一其它换能器)和超声波检测器被用于检测超声波信号并将信号发送至系统中的一个或更多个组件。在一个方面，麦克风中的超声波检测器通过向其它组件(例如，诸如编解码器的处理器)提供唤醒信号来触发该组件的唤醒，以开始处理接收到的信号(例如，接收到的超声波信号)。在其它方面，换能器和超声波检测器被用于向诸如处理器的电子组件发送信号，所述信号启动应用或者修改处理器的操作。

另一方面，麦克风具有两种内部状态。第一状态是具有阈值检测的低功率感测模式。当检测到超声波信号时，麦克风唤醒设置在麦克风中的处理器(例如，数字信号处理器(DSP))，以对接收到的信号执行相关或其它模式匹配功能。其它功能也是可能的。在第二状态下并且如果发现期望的信号，则麦克风触发系统唤醒以进行超声波信号处理。如果没有发现所需的信号，则控制返回至第一状态。系统处于低功率感测模式，直到检测到超声波信号为止，此时，麦克风寻找前导码或ID以唤醒编解码器来处理针对一应用的超声波信号(例如，应用启动、支付接收、支付确认、优惠券接收或命令接收等)。尽管针对麦克风描述了本文所描述的方法中的一些，但应当清楚，本文描述的原理不限于麦克风，而是可应用于具有所有类型的传感器的所有类型的感测构造。

在这些实施方式中的许多实施方式中，在麦克风处检测到超声波信号。接收到的超声波信号被相关(或模式匹配)，以确定接收到的超声波信号何时是希望的超声波信号。当该相关指出接收到的声信号是希望的超声波信号时，至少一个电子组件被从非活动或睡眠状态唤醒。如果信号相关、模式匹配功能或其它信号检测方法指出接收到的超声波信号不是希望的超声波信号，则麦克风在低功率操作状态下操作并且不唤醒任何其它电子组件。

在一些方面，在麦克风处执行相关或模式匹配，并且所述至少一个电子组件包括处理装置。处理器(例如，编解码器)执行附加的应用相关处理功能。另一方面，例如通过数字信号处理(DSP)模块、编解码器或一些其它处理装置来执行相关或模式匹配功能。在一些示例中，DSP在麦克风中。在其它示例中，麦克风在执行相关或模式匹配时进入处理状态，该处理状态比低功率操作状态消耗更多功率。

在一些示例中，所述检测包括测量滤波信号强度，并且将所测量的信号强度与预定阈值进行比较。在其它示例中，所述检测包括测量滤波信号强度，并且将所测量的信号强度与自适应或用户可改变的阈值进行比较。

在其它方面，所述检测利用数字或模拟滤波器。在其它示例中，通过混叠(aliasing)将接收到的超声波信号按子采样频率速率移位至基带频率。其它示例也是可能的。

还在其它方面，当所述检测检测到超声波信号时，唤醒处理装置(例如，编解码器)以执行相关，使得在该处理器(例如，编解码器)处执行相关或模式匹配。在一些示例中，通过向组件发送唤醒信号来执行唤醒电子组件，其中，该组件与处理装置(例如，编解码器)和麦克风分离。

在这些实施方式中的其它实施方式中，麦克风在第一操作状态下操作，使得在第一操作状态下，麦克风接收声信号并且确定所接收的信号是否是希望的超声波信号。麦克风在感测到希望的超声波信号时进入第二操作状态。该第二操作状态比第一操作状态消耗更多功率。在第二操作状态下，麦克风利用相关或其它模式匹配功能或算法来确定所接收的信号是否是希望的超声波信号。如果是希望的超声波前导码(preamble)或ID，则麦克风将唤醒信号发送至诸如编解码器或微处理器的处理装置。在麦克风确定接收到的超声波信号不是希望的超声波信号时，麦克风保持第一操作状态。

在一些方面，利用测量的滤波信号强度来确定声音信号是否是希望的超声波信号，并且在该信号强度与预定阈值之间进行比较。在其它方面，利用测量的滤波信号强度来确定声音信号是否是希望的超声波信号，并且在该超声波信号强度与自适应和用户可改变的阈值之间进行比较。在一些方面，该自适应阈值可以调节至环境噪声级。还在其它方面，即使在麦克风检测到超声波信号时，如果在特定时段之后识别出该信号不包含ID或前导码，则自适应阈值具有关闭麦克风的能力。

在一些示例中，使用数字或模拟滤波器来确定接收到的声信号是否是希望的超声波信号。在其它示例中，通过混叠将接收到的超声波信号按子采样频率速率数字移位至基带频率。

在这些实施方式中的其它实施方式中，在换能器处检测超声波信号。在检测到麦克风处的超声波信号时，向处理装置(例如，编解码器)发送第一唤醒信号。如在此使用的，麦克风可以是任何类型的换能器。第一唤醒信号在处理装置(例如，编解码器)处被接收并且作为响应将该处理装置(例如，编解码器)从低功率处理状态唤醒。在该处理装置(例如，编解码器)处，将所接收的超声波信号进行相关或模式匹配，以确定接收到的超声波信号是否是希望的超声波信号。在所述相关指出接收到的声音信号是希望的超声波信号时，从编解码器向至少一个电子组件发送第二唤醒信号。在所述相关指示接收到的超声波信号不是希望的超声波信号时，麦克风按低功率操作模式操作。

在一些方面，利用测量的滤波信号强度来确定声音信号是否是希望超声波信号，并且在该信号强度与预定阈值之间进行比较。在其它方面，利用测量的滤波信号强度来确定该声信号是否是希望的超声波信号，并且在该超声波信号强度与自适应和用户可改变的阈值之间进行比较。

在一些示例中，经由数字或模拟滤波器来实现超声波信号的检测。在其它示例中，在编解码器处，通过混叠将超声波信号按子采样频率速率数字移位至基带频率。

应理解，在此描述的方法利用超过约20kHz范围的人类可听范围的不可听信号操作。这可以是人类听不到的任何信号，其中大多数在20kHz以上，可以在20kHz以下。

在一个方法中，声音换能器检测不由人类语音产生的超声波信号。例如，智能电话可以具有接收超声波信号的第一声音换能器和产生超声波信号的第二声音换能器。当用户在智能手机附近做出手势(例如，通过挥动他的手)时，用户的手可以反射来自第二声音换能器的超声波信号。第一声音换能器检测反射的信号。检测到的、从用户手势的反射的超声波信号可被用于唤醒智能电话的其它组件。

感测超声波信号的另一个实施方式是感测由另一个装置产生的超声波信号。例如，第一智能电话具有声音换能器，并且第二智能电话可以在第一智能电话附近。第二智能电话可以具有声音换能器，该声音换能器自动地或响应于用户对第二智能电话的操纵而产生超声波信号。第一智能电话的声音换能器处于低功率感测模式。第一智能电话中的换能器在检测到来自第二智能电话的超声波信号时进入较高功率处理模式以处理超声波信号。如果发现希望的特征，则第一智能电话可以使用检测到的来自第二智能电话的超声波信号来唤醒第一智能电话的其它组件或者启动其它应用。

下面，参照图1，描述了低功率声学系统(麦克风中未设置有处理器)。该系统包括具有超声波活动检测(UAD)的麦克风102、处理器(例如，编解码器)104以及系统组件106。

具有超声波活动检测(UAD)的麦克风102接收声信号和声能。在一个示例中，麦克风102可包括将声能转换成电信号的微机电系统(MEMS)装置(具有膜片和背板)。

编解码器或处理器104从麦克风102接收信号，并且针对这些信号提供编码和/或解码功能。例如，处理器104可以将模拟信号转换成数字信号，可以压缩或解压缩信号，或者可以执行其它信号处理功能。处理器104的输出被传送至系统组件106。

在这些方面，处理器104可以包括信号处理模块120和正常操作模式模块122。信号处理模块120从麦克风接收第一唤醒信号108，确定来自信号108的前导码的存在，并且尝试将所确定的前导码与被批准用于处理的一个或更多个可接受或已知的前导码的列表进行匹配。这种相关指出接收到的声信号是否是希望的超声波信号。在一些方面，正常操作模式模块122执行诸如数字数据转换、信号处理以及信号放大的功能。其它功能示例也是可能的。

系统组件106可以包括执行任何类型的功能的任何类型的电子组件。系统组件可以与蜂窝电话、个人计算机或平板计算机相关联，但不限于此。

在图1的系统的操作的一个示例中，在麦克风102处检测超声波信号。当在麦克风102处检测到超声波信号时，向处理器104发送第一唤醒信号108。第一唤醒信号108在编解码器处被接收并且响应地唤醒处理器104。在处理器104处，接收到的超声波信号被相关(或模式匹配)，以确定接收到的超声波信号何时是希望的超声波信号。在该相关(或模式匹配)指出接收到的声信号是希望的超声波信号时，从编解码器向系统组件106发送第二信号。信号110可以是使系统组件106中的一个或更多个被唤醒的唤醒信号110。作为另一示例，信号110可以使系统组件106的处理器启动应用。在该相关指出接收到的超声波信号不是希望的声音信号时，麦克风102和处理器104继续在低功率操作模式下操作，并且系统不被唤醒。

在其它示例中，麦克风102可以直接联接至系统组件106并直接唤醒这些组件，而不涉及处理器104。

在一些方面，利用测量的滤波信号强度，通过处理器104确定该声音信号是否是希望超声波信号，并且在该信号强度与预定阈值之间进行比较。在其它方面，利用测量的滤波信号强度，通过处理器104确定该声音信号是否是希望的超声波信号，并且在该信号强度与自适应或用户可改变的阈值之间进行比较。

在一些示例中，经由数字或模拟滤波器来实现超声波信号的检测。例如，滤波器可以是衰减声频带频率的高通滤波器。在其它示例中，在处理器104处，通过混叠将超声波信号按子采样频率速率数字移位至基带频率。

现在参照图2，描述了在麦克风中具有处理器的低功率声学系统。该系统包括具有超声波活动检测(UAD)的麦克风202以及处理器(例如，编解码器)204。

具有超声波活动检测(UAD)的麦克风202包括低功率感测模块220和较高功率信号处理模块222。低功率感测模块220可以包括将声能转换为电信号的微机电系统(MEMS)装置(具有膜片和背板)。较高功率信号处理模块222确定来自从模块220接收到的信号中的前导码的存在，并且尝试将所确定的前导码与被批准用于处理的一个或更多个可接受或已知的前导码的列表进行匹配。该相关或模式匹配指出接收到的声信号是否是希望的超声波信号。

处理器204从麦克风202接收信号，并且针对这些信号提供编码和/或解码功能。例如，编解码器可以将模拟信号转换成数字信号，可以压缩或解压缩信号，可以执行其它信号处理功能。处理器204的输出被传送至系统组件206。例如，处理器204可以输出唤醒系统组件206的处理器或者使系统组件206的处理器启动应用的信号。

麦克风202按第一操作状态操作，使得在第一操作状态下，麦克风确定是否检测到超声波信号。麦克风202接收声信号并确定所接收的信号是否是希望超声波信号。在麦克风202确定检测到希望超声波信号时，麦克风202进入第二操作状态222。第二操作状态可以消耗比第一操作状态多的功率。在第二操作状态下，麦克风处理超声波信号以确定其是否包含预定义的超声波ID或前导码。如果发现希望的ID或前导码，则麦克风202将唤醒信号发送至处理器204。在麦克风202确定接收到的超声波信号不是希望的超声波信号时，麦克风202返回至第一操作状态220。

在一些方面，利用测量的滤波信号强度，通过模块222确定该声音信号是否是希望的超声波信号，并且在该信号强度与预定阈值之间进行比较。在其它方面，利用测量的滤波信号强度，通过模块222确定该声音信号是否是希望的超声波信号，并且在该信号强度与自适应或用户可改变的阈值之间进行比较。

在一些示例中，模块220使用数字或模拟滤波器来确定接收到的声音信号是否是希望的超声波信号。在其它示例中，利用混叠将接收到的超声波信号按子采样频率速率数字移位至基带频率。

在其它示例中，麦克风202可以直接联接至系统组件206并直接唤醒这些组件，而不涉及处理器204。

下面，参照图3，描述了低功率声学系统的操作。在这个示例中，假定正在使用麦克风。然而，如上所述，应当清楚，本文描述的原理不限于麦克风，而是可应用于具有所有类型的传感器的所有类型的感测构造。

在第一低功率感测模式302下，麦克风感测超声波信号。在这个模式中，麦克风的各种组件是不活动的或者正在低功率操作模式下操作。

在步骤306，进行前导码标识。在该步骤中并且使用一个示例，确定前导码是否在接收到的超声波信号中。如果存在前导码，则通过将信号中的标识/前导码信息与可接受/已识别的前导码/标识信息进行比较，而借助于算法将该信号相关、模式匹配或确定。在其它示例中，代替识别前导码，进行频移检测(例如，由在传感器前挥手的人产生)。

在步骤308，发生系统唤醒。在该相关指出接收到的声音信号是希望的超声波信号时，可以发送信号以唤醒系统组件。在相关指出希望的超声波信号尚未被确定时，再次进入低功率状态。在其它方法中，步骤308可以包括向已经唤醒的一个或更多个系统组件发送信号。例如，步骤308可以包括向处理器发送使该处理器启动应用的信号。

下面，参照图4A，描述了检测方法的一个示例。电荷泵401联接至MEMS装置403，MEMS装置403联接至滤波器402，滤波器402联接至功率估计器404。

电荷泵401提供电流、电压或功率，以使MEMS装置403工作。MEMS装置403包括膜片和背板，并将接收到的声能(包括超声波信号)转换成电信号。

滤波器402被用于过滤不需要的噪声和信号。功率估计器404确定信号的功率。在步骤406，确定是否超过所需的功率电平。如果该回答为肯定，则模数转换器408将模拟信号转换成数字信号，并且在步骤410，发生数字信号的相关或模式匹配，如本文其它地方所描述的。如果相关/模式匹配是肯定的，则在步骤412，唤醒系统。如果该回答为否定，则在步骤416，系统返回至正常感测模式。

下面，参照图4B，描述了检测方法的一个示例。电荷泵431联接至MEMS装置432，MEMS装置432联接至模数转换器(ADC)434，ADC 434联接至滤波器435，滤波器435联接至功率估计器436。

电荷泵431提供电流、电压或功率，以使MEMS装置432工作。MEMS装置432包括膜片和背板，并将接收到的声能(包括超声波信号)转换成电信号。ADC 434将来自MEMS装置432的模拟信号转换成数字信号。

滤波器435被用于过滤不需要的噪声，并且功率估计器436确定信号的功率。在步骤438，确定是否超过所需的功率电平。如果该回答为肯定，则在步骤440，发生数字信号的相关或模式匹配，如本文其它地方描述的。如果相关/模式匹配是肯定的，则在步骤442，唤醒系统。如果该回答为否定，则在步骤446，系统返回至正常感测模式。

下面，参照图5，描述了具有DSP或其它处理装置的麦克风500。麦克风500将信号发送至处理器(例如，编解码器)502。处理器(例如，编解码器)502从麦克风500接收信号，并且针对这些信号提供编码和/或解码功能。例如，处理器(例如，编解码器)502可以将模拟信号转换成数字信号，可以压缩或解压缩信号，可以执行其它信号处理功能。处理器(例如，编解码器)502的输出被传送至其它系统组件。

麦克风500包括MEMS装置504、低功率单元(block)506以及高功率单元508。MEMS装置504包括膜片和背板，并将声能510转换成电信号。

低功率单元506可以是单个芯片(硅片)并且可以是专用集成电路(ASIC)。这些组件被设置成检测超声波信号。低功率单元506包括电荷泵520、带通或高通滤波器522、放大器524以及比较器526。也可以存在其它组件。电荷泵520向MEMS装置504提供电流、电压或功率。带通或高通滤波器522使来自由MEMS装置504生成的电信号的某些(例如，高)超声波频率通过并且拒绝其它(例如，较低)频率。放大器524放大来自带通或高通滤波器522的信号以生成信号512，并且比较器526将这些信号与阈值进行比较，以查明传入的超声波信号具有足够的信号强度，由此生成信号514。信号514被发送至高功率单元508。

高功率单元508(可以是数字信号处理芯片)包括执行相关功能的模式匹配模块，诸如信号相关器(或其它类型的检测器)540。更具体地，相关器540在信号514中寻找前导码，并将该前导码与可接受的前导码/标识符进行比较。当识别出前导码或标识信息时，从麦克风500向处理器(例如，编解码器)502发送信号516以唤醒处理器(例如，应用处理器)502和电气系统的其余部分。如果相关未识别信号514，则不向处理器(例如，应用处理器)502发送信号，并且麦克风继续在低功率模式下操作。在低功率模式下，低功率单元506继续感测信号，但是高功率单元508和编解码器处于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

信号510可以利用频移键控、频率调制以及其它处理技术来编码。

下面，参照图6，描述了具有DSP或其它处理装置的另一麦克风。麦克风600将信号发送至诸如处理器602的芯片上系统(SoC)。在一个示例中，处理器602是编解码器。处理器602从麦克风600接收信号，并且针对这些信号提供编码和/或解码功能。例如，处理器602可以将模拟信号转换成数字信号，可以压缩或解压缩信号，可以执行其它信号处理功能。处理器602的输出被发送至其它系统组件。

麦克风600包括MEMS装置604、低功率单元606以及高功率单元608。MEMS装置604包括膜片和背板，并将声能610转换成电信号。

低功率单元606与MEMS装置604一起可以设置在诸如专用集成电路(ASIC)的单个芯片(单片的硅)上。低功率单元606包括电荷泵620、超声波活动检测器605以及语音活动检测器607。电荷泵620向MEMS装置604提供电流、电压或功率。

超声波活动检测器605检测超声波信号，并且包括第一带通或高通滤波器622、第一放大器624以及第一比较器626。带通或高通滤波器622使来自由MEMS装置604生成的电信号的某些(例如，高)超声波频率通过并且拒绝其它(例如，较低)频率。第一放大器624放大来自带通或高通滤波器622的信号以生成信号612，并且比较器626将这些信号与阈值进行比较，以查明传入的超声波信号具有足够的信号强度，由此生成信号614。信号614被发送至高功率单元608。

语音活动检测器607检测语音信号/命令，并生成与接收到的语音信号相对应的信号615。信号615被发送至高功率单元608。

高功率单元608(可以是数字信号处理芯片)包括超声波模式匹配模块(诸如处理/相关器模块640，其执行相关功能)以及关键短语检测模块642。更具体地，相关器模块640在信号614中寻找前导码，并将其与可接受的前导码/标识符进行比较。在识别出前导码或标识信息时，从麦克风600向编解码器602发送信号616以唤醒编解码器602。如果相关或模式匹配未识别信号614，则不向编解码器602发送信号，并且麦克风600继续在低功率模式下操作，除非检测到语音活动。在低功率模式下，低功率单元606继续感测信号，但是高功率单元608和编解码器6902处于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

关键短语检测模块642检测信号615中的预定语音短语。关键短语检测模块642可以存储与在信号615中发现的短语进行比较的关键短语的列表。当识别出关键短语时，从麦克风600向处理器602发送信号616以唤醒编解码器602。如果在信号615中未识别出关键短语，则不向处理器602发送信号，并且麦克风600继续在低功率模式下操作，除非检测到超声波活动。在低功率模式下，低功率单元606继续感测信号，但是高功率单元608和编解码器处于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

应理解，可以对声能610进行编码，并且高功率单元608可以解码该信号。信号610可以利用频移键控、频率调制以及其它处理技术来编码。

下面，参照图7，描述了具有DSP或其它处理装置的另一麦克风。麦克风700将信号发送至诸如处理器702的芯片上系统(SoC)。在一个示例中，处理器702是编解码器。处理器702从麦克风700接收信号，并且针对这些信号提供编码和/或解码功能。例如，处理器702可以将模拟信号转换成数字信号，可以压缩或解压缩信号，可以执行其它信号处理功能。处理器702的输出被发送至其它系统组件。

麦克风700包括第一MEMS装置703、第二MEMS装置704、低功率单元706以及高功率单元708。第一MEMS装置703和第二MEMS装置704皆包括膜片和背板。第一MEMS装置704被优化用于超声波操作(例如，用于接收超声波信号)，并且第二MEMS装置704将人类音频范围中的信号转换成电信号。

低功率单元706与第一和第二MEMS装置703和704一起可以设置在诸如专用集成电路(ASIC)的单个芯片(单片的硅)上。低功率单元706包括电荷泵720、超声波活动检测器705以及语音活动检测器707。电荷泵720向第一和第二MEMS装置703和704提供电流、电压或功率。

超声波活动检测器705检测超声波信号，并且包括第一带通或高通滤波器722、第一放大器724以及第一比较器726。带通或高通滤波器722从由第一MEMS装置703生成的电信号去除某些频率。第一放大器724放大来自带通或高通滤波器722的信号以生成信号712，并且第一比较器726将所述信号与阈值进行比较，以查明传入的超声波信号具有足够的信号强度，由此生成信号714。信号714被发送至高功率单元708。

语音活动检测器707检测语音信号/命令，并生成与接收到的语音信号相对应的信号。信号715被发送至高功率单元708。

高功率单元708(可以是数字信号处理芯片)包括超声波模式匹配模块(诸如处理/相关器模块740，执行相关功能)以及关键短语检测模块742。更具体地，相关器模块740在信号714中寻找前导码，并将其与可接受的前导码/标识符进行比较。当识别出前导码或标识信息时，从麦克风700向处理器702发送信号716以唤醒处理器702。如果相关未识别出信号614，则不向处理器702发送信号，并且麦克风700继续在低功率模式下操作，除非检测到语音活动。在低功率模式下，低功率单元706继续感测信号，但是高功率单元708和编解码器处于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

关键短语检测模块742检测信号715中的预定语音短语。关键短语检测模块742可以存储与在信号715中发现的短语进行比较的关键短语的列表。当识别出关键短语时，从麦克风700向处理器702发送信号716以唤醒处理器702。如果在信号715中未识别出关键短语，则不向处理器702发送信号，并且麦克风700继续在低功率模式下操作，除非检测到超声波活动。在低功率模式下，低功率单元706继续感测信号，但是高功率单元708和编解码器处于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

应理解，可以对声能710进行编码，并且高功率单元608可以解码该信号。信号710可以利用频移键控、频率调制以及其它处理技术来编码。

现在参照图8，对本方法的应用的示例进行描述。在这种情况下，笔802(或类似物体)被配置或配备有超声波发送器并将超声波信号804发送至智能电话或平板806。智能手机或平板806包括编解码器，并且被设置成在没有任何用户干预的情况下启动应用。在这些方面，智能手机或平板806最初处于低功率感测模式820。在步骤822，检测超声波信号。在步骤824，智能手机或平板806识别信号中的前导码。在步骤826，智能手机或平板806被唤醒(例如，通过唤醒其编解码器或其它系统组件)。如果未识别出前导码，则智能手机或平板806返回至低功率感测模式820。

下面，参照图9，对本方法的应用的另一示例进行描述。在图9的示例中，移动电话902包括超声波麦克风904以及扬声器或接收器(或任何通用超声波换能器，如压电换能器)906。移动电话902还可以接收用户输入908。用户输入908可以是各种形式，包括语音信号、小键盘的致动或触摸屏的致动。其它示例也是可能的。

将麦克风902附近设置键或标签(tag)910。该键或标签910包括扬声器或接收器(或任何通用超声波换能器，如压电换能器)912和高灵敏度超声波麦克风或传感器914。

在步骤920，移动电话902处的扬声器或接收器906向键或标签910发送超声波信号。在步骤922，高灵敏度超声波麦克风或传感器914接收该信号。在步骤924，从键或标签910的扬声器或接收器912向移动电话902发送超声波信号。在步骤926，可以在移动电话902处执行三角测量以确定其位置。当移动电话902接近键或标签910时，扬声器906可以播放铃声。

应理解，本方法可以部署在各种不同环境和应用中。例如，本方法可以在交通(例如，公共汽车和火车)环境中应用于停车计时表。

本方法可用于定位物体(例如，电话、照相机、钥匙、无线电子设备或电视遥控器)。在这些各种应用中，位于要被定位的物体处的集成的超声波发送应答器将使能低功率感测模式，直到检测到超声波信号(来自用户对物体的搜索)为止。该系统被开启，并且可以从用户装置执行三角测量(用于位置确定)。物体本身还可以包括声音激活装置(例如，接收器)，其被激活以允许用户听到声音并由此定位该物体。

下面，参照图10至图12，描述了麦克风的各种示例。应理解，模块、单元(block)，处理器或者被用于构造麦克风的其它组件可以利用硬件和/或软件组件的任何组合来实现。即，麦克风的组件不限于特定硬件和/或软件配置。

下面，参照图10，描述了具有DSP或其它处理装置的麦克风1000。麦克风1000将信号发送至处理器(例如，编解码器)1002。处理器(例如，编解码器)1002从麦克风1000接收信号，并且针对这些信号提供编码和/或解码功能。例如，处理器(例如，编解码器)1002可以将模拟信号转换成数字信号，可以压缩或解压缩信号，可以执行其它信号处理功能。处理器1002的输出被发送至其它系统组件。

麦克风1000包括MEMS装置1004、ASIC 1006(包括电荷泵1008和超声波信号检测模块1010(包括带通或高通滤波器1012)以及DSP 1014(包括超声波信号处理模块1016)。MEMS装置1004包括膜片和背板，并将声能转换成电信号。

超声波检测模块1010被设置成检测超声波信号。在这些方面，带通或高通滤波器1012使来自由MEMS装置1004生成的电信号的某些(例如，高)超声波频率通过并且拒绝其它(例如，较低)频率。超声波信号处理模块1016在从超声波信号检测模块1010接收到的信号中寻找前导码，并将其与可接受的前导码/标识符进行比较。当识别出前导码或标识信息时，从麦克风1000向处理器(例如，编解码器)1002发送信号1018以唤醒处理器(例如，编解码器)1002和电气系统的其余部分。如果相关(或模式匹配)未识别出信号1016，则不向处理器(例如，编解码器)1002发送信号，并且麦克风继续在低功率模式下操作。在低功率模式下，超声波信号检测模块1010继续感测信号，但是超声波信号处理模块1016和处理器1002(例如，编解码器)处于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

下面，参照图11，描述了具有DSP或其它处理装置的另一麦克风。麦克风1100将信号发送至处理器(例如，编解码器)1102。SoC(例如，处理器或编解码器)1102从麦克风1100接收信号，并且针对这些信号提供编码和/或解码功能。例如，处理器(例如，编解码器)1102可以将模拟信号转换成数字信号，可以压缩或解压缩信号，可以执行其它信号处理功能。处理器(例如，编解码器)1102的输出被传送至其它系统组件。

麦克风1100包括MEMS装置1104、ASIC 1106(包括电荷泵1108和低功率单元1110)及DSP 1120(包括超声波信号处理模块1122)。信号处理模块1122包括超声波模式匹配模块(诸如处理/相关器模块1224)以及关键短语检测模块1226。MEMS装置1104包括膜片和背板，并将声能转换成电信号。低功率单元1110包括超声波活动检测器1112和语音活动检测器1114。电荷泵1108向MEMS装置1104提供电流、电压或功率。

超声波活动检测模块1112检测超声波信号。语音活动检测器模块1114检测超语音信号/命令。

超声波处理/相关器模块1124执行相关(或模式匹配)功能。相关器模块1124在从超声波活动检测模块1112接收到的信号中寻找前导码，并将其与可接受的前导码/标识符进行比较。当识别出前导码或标识信息时，从麦克风1100向编解码器1102发送信号1130以唤醒编解码器1102。如果相关或模式匹配未识别出信号，则不向编解码器1102发送信号，并且麦克风1100继续在低功率模式下操作，除非检测到语音活动。在低功率模式下，低功率单元1110继续感测信号，但是DSP 1120和编解码器1102处于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

关键短语检测模块1126检测从语音活动检测器模块1114接收到的信号中的预定语音短语。关键短语检测模块1126可以存储与在信号中发现的短语进行比较的关键短语的列表。当识别出关键短语时，从麦克风1100向处理器(例如，编解码器)1102发送信号1130以唤醒编解码器1102。如果在信号中未识别出关键短语，则不向处理器(例如，编解码器)1102发送信号，并且麦克风1100继续在低功率模式下操作，除非检测到超声波活动。在低功率模式下，低功率单元1110继续感测信号，但是DSP 1120和编解码器1102处于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

下面，参照图12，描述了具有DSP或其它处理装置的另一麦克风。麦克风1200将信号发送至处理器(例如，编解码器)1202。处理器(例如，编解码器)1202从麦克风1200接收信号，并且针对这些信号提供编码和/或解码功能。例如，处理器(例如，编解码器)1202可以将模拟信号转换成数字信号，可以压缩或解压缩信号，可以执行其它信号处理功能。处理器(例如，编解码器)1202的输出被传送至其它系统组件。

麦克风1200包括第一MEMS装置1203、第二MEMS装置1204、ASIC 1206(包括电荷泵1208、低功率单元1210(包括超声波活动检测模块1212))以及DSP 1220(包括信号处理模块1222)。信号处理模块1222包括超声波模式匹配模块(诸如处理/信号相关模块1224)以及关键短语检测模块1226。第一和第二MEMS装置1203和1204皆包括膜片和背板。第一MEMS装置1204被优化用于超声波操作(例如，用于接收超声波信号)，并且第二MEMS装置1204将人类音频范围中的信号转换成电信号。电荷泵1208向MEMS装置1203和1204提供电流、电压或功率。

超声波活动检测模块1212检测超声波信号。语音活动检测器模块1214检测超语音信号/命令。

超声波处理/相关器模块1224执行相关功能。相关器模块1124在从超声波活动检测模块1212接收到的信号中寻找前导码，并将其与可接受的前导码/标识符进行比较。当识别出前导码或标识信息时，从麦克风1200向编解码器1202发送信号1230以唤醒编解码器1202。如果相关或模式匹配未识别出该信号，则不向编解码器1202发送信号，并且麦克风1200继续在低功率模式下操作，除非检测到语音活动。在低功率模式下，低功率单元1210继续感测信号，但是DSP 1220和编解码器1202处于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

关键短语检测模块1226检测从语音活动检测器模块1214接收到的信号中的预定语音短语。关键短语检测模块1226可以存储与在信号中发现的短语进行比较的关键短语的列表。当识别出关键短语时，从麦克风1200向处理器(例如，编解码器)1202信号1230以唤醒编解码器1202。如果在信号中未识别出关键短语，则不向处理器(例如，编解码器)1202发送信号，并且麦克风1200继续在低功率模式下操作，除非检测到超声波活动。在低功率模式下，低功率单元1210继续感测信号，但是DSP 1220和编解码器1202处于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

在此对本发明的优选实施方式进行了描述，包括本发明人已知的用于执行本发明的最佳模式。应理解，所示实施方式仅是示例性的，而不应被视为限制本发明的范围。