用于换能器接口的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及换能器系统且在特定实施例中涉及用于换能器接口的系统和方法。
【背景技术】
[0002]一般地在诸如蜂窝式电话、数字式音频记录仪、个人计算机和远程会议系统之类的多种消费应用中使用音频扩音器。特别地，在大量生产的成本敏感应用中使用较低成本驻极体电容扩音器(ECM)。ECM扩音器通常包括安装在具有声端口和电输出端子的小封装中的驻极体材料膜。该驻极体材料被粘附于薄膜或者构成薄膜本身。
[0003]另一类型的扩音器是微机电系统(MEMS)扩音器，其中将压敏薄膜直接地蚀刻到集成电路上。因此，扩音器被包含在单一集成电路上而不是由单个的分立部分制造。
[0004]大多数ECM和MEMS扩音器还包括前置放大器，其能够经由绳索和插头而对接到音频前端放大器以用于诸如蜂窝电话或助听器之类的目标应用。在许多情况下，前置放大器与前端放大器之间的接口是被耦合到功率端子、信号端子和接地端子的三线接口。然而，在某些系统中，使用其中将端子中的两个组合成信号、从而通过使用双线而不是三线来降低系统成本的双线接口。
[0005]针对所有类型的换能器且特别是扩音器，设计电子接口可能是具有挑战性的。将功率和信号接口组合成单一接口尤其造成相对于电压摆动和低电源电压使用的许多特定设计挑战。增加换能器中的电压摆动一般地增加换能器的范围。降低电源电压通常与减少功率消耗相关联且常常在移动应用中是相关的。然而，在某些实例中，降低电源电压可能对电压摆动具有不利影响。
【发明内容】
[0006]根据实施例,接口电路包括电流复制器(replicator)和接收机。电流复制器包括被耦合到第一参考节点的功率端子、被配置成输出与从换能器接收到的信号成比例的信号的输出端子、以及被耦合到换能器的接口端子。使用单接口端子，可将电流复制器配置成向换能器提供功率并从换能器接收输出信号。该接收机可包括被耦合到输出端子的第一输入端子、被耦合到第二参考节点的第二输入端子、以及被耦合到第一输入端子的电流转换器电路。
【附图说明】
[0007]为了更全面地理解本发明及其优点，现在对结合附图进行的以下描述进行参考，在所述附图中:
图1图示出实施例扩音器系统的框图；
图2图示出实施例换能器系统的框图，
图3图示出实施例电流复制器的示意图； 图4图不出另一实施例电流复制器的不意图；
图5图示出另一实施例扩音器系统的框图；
图6图示出另一实施例扩音器系统的框图；以及图7图示出实施例操作方法的框图。
[0008]不同图中的对应数字和符号一般地参考对应部分，除非另外说明。绘制图形是为了清楚地图示出实施例的相关方面且不一定按比例描绘。
【具体实施方式】
[0009]下面详细地讨论各种实施例的实现和使用。然而，应认识到的是本文所述的各种实施例可应用在多种特定背景中。所讨论的特定实施例仅仅说明了实现和使用各种实施例的特定方式且不应以受限范围来解释。
[0010]相对于特定背景下的各种实施例进行描述，即扩音器换能器且更特别地扩音器接口电路。本文所述的各种实施例中的某些包括换能器系统、扩音器系统、用于换能器和MEMS换能器系统的接口电路以及双线和三线换能器接口。在其它实施例中，还可将各方面应用于涉及到根据本领域中已知的任何方式与电子装置对接的任何类型的传感器或换能器的其它应用。
[0011]根据本文所述的各种实施例，换能器系统包括被耦合到换能器和编码译码器的电流复制器。该电流复制器在电流复制器与换能器之间的单一耦合上供应功率和接收换能信号。电流复制器还向被耦合到编码译码器的电流转换器电路供应与换能信号成比例的复制电流信号。在某些实施例中，电流转换器电路将复制电流信号转换成电压信号并将该电压信号供应给编码译码器。
[0012]图1图示出包括扩音器120、电流复制器110、以及编码译码器130的实施例扩音器系统100的框图。在各种实施例中，扩音器120接收声信号并将该声信号换能成电信号以供应给电流复制器110。电流复制器110产生复制电流以经由阻抗140提供给编码译码器130。在图1中所示的实施例中，仅两个线被耦合在扩音器120与系统的其余部分之间。
[0013]根据各种实施例，扩音器120包括声学换能元件122，其可包括具有背板和薄膜的MEMS换能器元件。在各种实施例中，声学换能元件122可包括许多换能器元件、MEMS换能器元件以及其它换能器和MEMS换能器。可使用微型品制造技术来实现声学换能元件122且可在单一管芯上或在多个管芯上制造。
[0014]在图1中所示的实施例中,将声学换能元件122耦合到放大器124的输入。放大器124被耦合到功率端子VDD、输出端子OUT以及参考端子VSS。可经由阻抗126将输出端子OUT耦合到参考端子VSS，由此使得扩音器120用作双线设备。在此类实施例中，放大器124用换能电压信号来驱动输出端子OUT。电压信号可通过阻抗126来驱动电流。由于电流流过阻抗126而产生功率端子VDD处的电流消耗中的波动。此类波动能够用作功率端子VDD处的输出信号，与来自声学换能元件122的换能信号成比例。在此类实施例中，扩音器120仅使用参考端子GND和功率端子VDD，其被配置成感测电流汲取中的波动。
[0015]在某些实施例中，可例如使用在2013年7月12日提交且题为“System and Methodfor a Microphone Amplifier”的美国专利申请号13/941273中所述的电路来实施扩音器120，其被整体地通过引用结合到本文中。
[0016]根据各种实施例，电流复制器110被配置成感测通过扩音器120的功率端子VDD的电流汲取中的波动。如所示，功率端子VDD被耦合到电流复制器110的端子I。端子2被耦合到编码译码器输入INP和INN且端子3被耦合到电源电压VDD_ext。在某些实施例中，电流复制器110被配置成在电流汲取波动的同时保持端子I上的恒定或基本上恒定的电压。在实施例中，电流复制器110被配置成在端子2处产生等于从端子I汲取的电流或与之成比例的复制电流。在特定实施例中，在电流复制器110的端子3与端子I之间存在非常小的电压降。端子2处的电压可以在接地与电源电压VDD_ext以下的非常小的电压降之间摆动。在某些实施例中，电流复制器110使得在经由端子I保持到功率端子VDD的电源电压的同时实现大的信号摆动。
[0017]在图1中所示的实施例中，端子2处的复制电流由电流复制器110产生且流过阻抗140。编码译码器130从输入INP和INN接收电压信号输入。编码译码器输入INP和INN跨阻抗140提供电压降。在某些实施例中，可将输入INN耦合到接地GND，如所示。编码译码器130对与来自声学换能元件122的原始换能信号成比例的电压信号输入进行编码。编码可包括放大和执行模数转换。因此，编码译码器130可包括放大器和模数转换器(ADC)。
[0018]图2图示出包括换能器220、电流复制器210以及编码译码器接口的实施例换能器系统200的框图。换能器220被示为包括可变电流源223的一般换能器的电路模型。被并联地耦合到电流源223的是换能器电阻225和DC电流源227。在各种实施例中，换能器220可包括如在本领域中已知的任何类型的换能器。在特定实施例中，换能器220是MEMS扩音器。
[0019]如所示，电流复制器210被耦合到换能器功率端子VDD且被配置成测量功率端子VDD处的电流IMrc。在各种实施例中，电流复制器210可产生与电流Imk成比例且在某些情