用于带有唤醒检测的换能器系统的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及换能器系统，并且在特定实施例中涉及用于带有唤醒检测的换能器系统的系统和方法。
【背景技术】
[0002]换能器将信号从一个域转换到另一个域并且经常被用在传感器中。在日常生活中见到的带有换能器的一个普通传感器是麦克风，其将声波转换到电信号。
[0003]基于微机电系统(MEMS)的传感器包含使用微机械加工技术来制作的一类换能器。诸如MEMS麦克风的MEMS通过测量在换能器中的物理状态的改变并且将换能信号传递给连接到MEMS传感器的处理电子设备来从环境中收集信息。MEMS器件可以使用类似于用于集成电路的那些技术的微机械加工制备技术来制造。
[0004]MEMS器件可以被设计成起比如振荡器、谐振器、加速计、陀螺仪、压力传感器、麦克风、以及微镜的作用。许多MEMS器件使用电容性感测技术来将物理现象换能成电信号。在这样的应用中，在传感器中的电容改变使用接口电路被转换到电压信号。
[0005]一个这样的电容性感测器件是MEMS麦克风。MEMS麦克风通常具有与刚性背板以小距离分离的可偏转薄膜。响应于入射在薄膜上的声压波，薄膜偏转朝向或远离背板，由此改变在薄膜和背板之间的分离距离。通常，薄膜和背板用传导材料制成并且形成电容器的“板”。因而，随着分离薄膜和背板的距离响应于入射声波改变了，生成在“板”和电信号之间的电容改变。
[0006]通常，MEMS麦克风发送响应于入射声波而生成的电信号到某种类型的接口和/或处理电子设备，所述某种类型的接口和/或处理电子设备可以取决于应用来执行不同的功能。随着应用进展以及在数量上增加，出现产生用于改进和创新换能器系统和接口电子设备的创造性解决方案的许多挑战。
【发明内容】
[0007]依据在本文中描述的实施例，电路包含:接口电路，配置成被耦合到换能器；和检测电路。接口电路被配置成向处理电路的信号输入端子提供数字输出信号。检测电路被配置成接收数字输出信号并且向处理电路的低功率启用端子提供低功率启用信号。在各种实施例中，数字输出信号基于来自换能器的换能信号并且低功率启用信号通过将数字输出信号与第一阈值比较来确定。
【附图说明】
[0008]为了对本发明以及其优点的更完全的理解，现在参考连同附图一起进行的下面描述，在附图中:
图1a-1c图解实施例麦克风系统的框图；
图2a_2b图解进一步实施例麦克风系统的框图； 图3a-3b图解实施例检测电路的框图；
图4图解另一个实施例检测电路的电路图；
图5图解带有检测电路的实施例麦克风的框图；以及图6图解实施例换能器系统的操作的方法的框图。
[0009]在不同的附图中对应的数字和符号通常指的是对应的部分，除非另外指示。绘制附图以清楚地图解实施例的相关方面并且不必成比例绘制。
【具体实施方式】
[0010]各种实施例的实现和使用在以下被详细讨论。然而应该被意识到的是在本文中描述的各种实施例在各种各样的特定语境下是可应用的。讨论的特定实施例仅仅图解了用于实现和使用各种实施例的特定方式，并且不应该在限定的范围内理解。
[0011]关于在特定语境中的各种实施例(也就是麦克风换能器并且更具体而言MEMS麦克风)进行描述。在本文中描述的各种实施例中的一些包含MEMS换能器系统、MEMS麦克风系统、用于换能器和MEMS换能器系统的接口电路、带有唤醒检测的MEMS麦克风系统、唤醒检测电路、声检测电路、以及带有唤醒检测的换能器系统。在其它实施例中，各方面也可以被应用到其它应用，所述其它应用涉及依据如在本领域内所知的任何方式将物理信号转换到另一个域并且与电子设备对接的任何类型的传感器或换能器。
[0012]依据各种实施例，在本文中描述带有唤醒检测的麦克风系统。在特定实施例中描述带有唤醒检测的MEMS麦克风系统；然而任何类型的带有唤醒检测的换能器系统可以依据在本文中描述的概念来实施。
[0013]在各种系统和使用环境中，换能器系统的增加的功率效率可以是有利的。比如，在诸如手机、膝上型电脑、平板电脑、以及各种其它嵌入式系统的移动应用中经常包含麦克风并且特别地MEMS麦克风。在这样的移动应用中，电池寿命对最终用户经常是重要的并且功率效率在确定移动应用的电池寿命中是重要的。因而，在各种实施例中带有唤醒检测的MEMS麦克风系统被描述有增加的功率效率。
[0014]依据各种实施例，换能器系统包含两个操作模式:常规操作模式和低功率操作模式。在低功率操作模式中，换能器系统的各种部件被禁用以节约功率。在常规操作模式中，各种部件可以被启用以提供从物理信号到电域中的合适的信号转换(即换能)。
[0015]在MEMS麦克风系统的特定实施例中，MEMS声换能元件可以被耦合到放大器并且放大器被耦合到模数转换器(ADC)。唤醒检测电路被耦合到在放大器和音频处理器之间的信号路径。在各种实施例中，唤醒检测电路检测在特定阈值之上或之下的活动并且基于活动的水平来启用或禁用ADC和/或其它部件。在这样的实施例中，低功率操作模式在MEMS麦克风系统的减少的活动期间通过禁用各种部件(诸如ADC)而减少功耗，并且常规操作模式在操作期间通过启用各种部件而增加性能。现在参考附图进行描述。
[0016]图1a-1c图解实施例麦克风系统100、101、和102的框图。图1a图解包含麦克风104、检测电路106、以及编解码器108的麦克风系统100。依据各种实施例，IC 112是用于MEMS 110的接口电路。IC 112在一些实施例中可以是专用集成电路(ASIC)。MEMS 110可以是向IC 112提供电信号的电容性MEMS麦克风。电信号可以是与入射在MEMS 110的可偏转薄膜上的声波相关的换能信号。IC 112从MEMS 110接收换能电信号、放大该信号、并且向示出为编解码器108的音频处理器108提供在输出线SIG上的信号。
[0017]依据各种实施例，检测电路106接收并且监测来自IC 112的在输出线SIG上的信号。检测电路106可以将关于输出信号SIG的值与唤醒阈值比较。在一些实施例中，检测电路106可以比较与在麦克风环境中的声学活动相关的提取的参数，比如诸如整流且滤波的值。在这样的实施例中，整流和滤波可以在IC 112中或在检测块106中执行。如果在输出线SIG上的值或参数在唤醒阈值之下，则检测电路106在唤醒线WAK上向编解码器108提供禁用或睡眠信号。如果在输出线SIG上的值或参数达到唤醒阈值之上，则检测电路106在唤醒线WAK上向编解码器108提供唤醒信号。在一些实施例中，一旦已到达唤醒阈值，迟滞可以实施带有低于唤醒阈值的禁用阈值。以下参考其它附图进一步描述检测电路的操作。
[0018]在各种实施例中，当编解码器108接收唤醒信号时，编解码器108进入正常操作或高性能模式。当编解码器108接收禁用或睡眠信号时，编解码器108进入低功率模式，其中各种部件被禁用或以比在正常操作或高性能模式中更低的功耗操作。在各种实施例中，检测电路106也可以向IC 112提供唤醒线WAK以启用和禁用IC 112之内的各种部件。比如，IC 112可以包含:模数转换器(ADC)，其在低功率模式期间被禁用；或偏置元件，其在正常操作期间被启用以增加IC 112的偏置电流并且提供更低的噪声和/或更高的线性度性會K。
[0019]图1b图解包含麦克风114、检测电路116、以及编解码器118的麦克风系统101。依据各种实施例，检测电路116被包含在IC 122中。类似于以上检测电路106的操作，检测电路116操作为IC 122的一部分并且监测供给到输出线SIG的输出信号。声信号通过MEMS 120被换能并且被