多膜麦克风中的偏移校准的制作方法

本公开涉及校准多膜麦克风中的偏移，并且特别地涉及校准通过通道放大器在音频信号中引入的偏移。

背景技术：

诸如微机电系统(MEMS)的麦克风等声学换能器通常包括用于将声学压力波转换成电信号(例如通过电容变化)的感测结构。声学换能器还可以包括用于处理电信号以及供应输出信号的电子电路，输出信号在数字麦克风的情况下可以是模拟的或者数字的。可以根据诸如脉冲密度调制(PDM)调制方案等任何类型的调制方案来调制输出信号。然后可以使得输出信号可用于外部电子系统，诸如例如包含MEMS麦克风的电子装置的微控制器。

图1示出多膜麦克风10的示意图。多膜麦克风10(本文中也称为多个膜麦克风)包括多个膜12、电荷泵14和音频处理电路16。音频处理电路16包括多个放大器18、复用器20、模数(A/D)转换器22和控制器24。

每个膜12的输入端口26电耦合到电荷泵14的输出端口28。另外，每个膜12的输出端口30电耦合到多个放大器18中的相应放大器18的输入端口32。多个放大器18中的每个放大器18的输出端口34电耦合到复用器20的多个输入端口36中的相应输入端口36。另外，复用器20的选择信号输入端口38电耦合到控制器24的选择信号输出端口40。

如图1所示，复用器20的输出端口42电耦合到A/D转换器22的输入端口44，并且A/D转换器22的输出端口46在输出节点50处电耦合到控制器24的输入端口48。可以在输出节点50处感测音频处理电路16的输出信号。

每个膜12的输入端口26从电荷泵14的输出端口28接收充电信号52，从而充电信号52用于维持膜12的感测电容器上的恒定电荷。维持恒定电荷以使得膜12能够更好地转换撞击的声压信号54。由于声压信号54撞击膜12，膜12在其输出端口30处产生相应的感测信号56。

膜12可以具有不同的灵敏度并且可以具有不同的信噪比(SNR)等级。音频处理电路16的控制器24可以取决于声压信号54来在膜12之间切换。例如，一个膜12可以具有比另一膜12更大的灵敏度并且可以在撞击膜12的声压信号54低于阈值时使用，而具有较低灵敏度的另一膜可以在声压信号54大于阈值时使用。在通过多个膜12实现的音频检测之间的切换改善了麦克风10的音频检测能力。

多个放大器20在其相应的输入端口32处接收相应的感测信号56。多个放大器20中的每个放大器20放大相应的感测信号56的信号水平并且在放大器18的相应的输出端口34处输出放大信号58。复用器24在相应的多个输入端口36处接收多个放大信号58。复用器20还在其选择信号端口38处从控制器24接收选择信号60。选择信号60指示多个放大信号58中的用于处理的一个放大信号的选择。基于选择信号60，复用器20在其输出端口42处输出放大信号58之一作为所选择的放大信号62。

选择信号60指示被选择用于由控制器24来处理的音频通道，从而音频通道包括对应于所选择的放大信号62的膜12和放大器18。A/D转换器22在其输入端口44处接收所选择的放大信号62并且将所选择的放大信号62从模拟格式转换成数字格式。A/D转换器22在其输出端口46处输出作为转换的结果的输出信号64。

输出信号64由控制器24在其输入端口48处接收。控制器24使用反馈控制来控制音频通道选择。例如，至少部分基于输出信号64的信号功率水平或噪声功率水平，控制器可以确定在音频通道之间切换。例如，如果声压信号54的信号功率水平降至阈值以下，则控制器24可以选择具有较高灵敏度的膜12用于检测声压信号54。相反， 控制器24可以选择具有较低灵敏度的膜12用于检测声压信号54。控制器24通过输出指示对应于膜12的经放大的感测信号58的选择的选择信号60来选择膜12用于检测声压信号54。

技术实现要素：

一种多膜麦克风可以被概括为包括：被配置成在多膜麦克风操作时被激活的多个膜，多个膜被配置成分别响应于声音来输出多个感测信号；分别具有分别电耦合到多个膜的多个输入端口的多个放大器，多个放大器分别对应于多个感测信号，多个放大器中的每个放大器被配置成接收对应的感测信号并且通过放大对应的感测信号来产生多个放大信号中的对应的放大信号，多个放大器被配置成分别向放大信号中引入多个偏移；被配置成接收多个放大信号以及指示多个放大信号中的所选择的放大信号的选择的选择信号并且响应于接收到选择信号来输出所选择的放大信号的复用器；以及电耦合到复用器的控制器，控制器被配置成：在膜不活动的同时依次测量用于多个放大器中的每个放大器的偏移并且存储该偏移，以及在多膜麦克风的操作期间通过对应的偏移来补偿每个放大信号。

多膜麦克风还可以包括电耦合到多个膜和控制器并且被配置成从控制器接收激活命令并且基于激活命令来激活或者去激活多个膜的电荷泵。放大器可以被配置成通过将相应的偏移分别相加地合并到相应的放大信号中来向相应的放大信号中引入相应的偏移。

控制器还可以被配置成检测多膜麦克风被打开或者离开休眠模式并且响应于检测来依次测量用于每个放大器的偏移。

多膜麦克风还可以包括电耦合到控制器的多个寄存器，多个寄存器被配置成从控制器接收多个偏移并且分别存储偏移。

多膜麦克风还可以包括电耦合到复用器和控制器的模数(A/D)转换器，A/D转换器被配置成从复用器接收所选择的放大信号，将所选择的放大信号从模拟信号转换成数字信号并且向控制器输出作为数字信号的所选择的放大信号。

多膜麦克风还可以包括：电耦合到控制器和多个寄存器的偏移选择复用器，偏移选择复用器被配置成从控制器接收指示多个偏移中的所选择的偏移的偏移选择信号并且输出相应的寄存器中所存储的对应的所选择的偏移；以及电耦合到偏移选择复用器和A/D转换器的加法器，加法器被配置成从偏移选择复用器接收所选择的偏移并且从A/D转换器接收所选择的放大信号，将所选择的放大信号的信号水平减小所选择的偏移以生成输出信号，并且输出该输出信号。控制器可以被配置成通过向偏移选择复用器输出偏移选择信号来补偿每个放大信号。

多膜麦克风还可以包括具有电耦合到接地的阴极、分别电耦合到多个放大器的多个输入端口的多个阳极、以及电耦合到控制器的开关端口的接地开关，其中接地开关被配置成在开关端口处从控制器接收指示要闭合或断开接地开关的信号，并且接地开关被配置成响应于该信号而被置于闭合位置或断开位置。控制器可以被配置成通过输出指示要闭合接地开关的信号来去激活多个膜。

一种方法可以被概括为包括：获取分别对应于麦克风的多个通道的多个偏移，获取包括对于每个通道在到通道的音频输入没有被启用的同时检测通道上的信号水平，以及在通道没有被启用的同时基于通道上的所检测的信号水平来确定通道的偏移；存储多个偏移；启用到通道中的所选择的通道的音频输入；以及通过将音频输入调整针对通道所存储的对应的偏移来处理音频输入。

确定通道的偏移还可以包括确定偏移为表示在通道没有被启用的同时在通道上的所检测的信号水平的DC值。

方法还可以包括先于确定通道的偏移来停用通道。

方法还可以包括先于处理音频输入来将音频输入从模拟转换为数字。

一种用于多通道麦克风的音频处理电路可以概括为包括：被配置成分别接收多个感测信号并且通过放大相应的多个感测信号来产生对应的多个放大信号的多个放大器，多个放大器被配置成分别向放大 信号中引入多个偏移；被配置成接收多个放大信号以及指示多个放大信号中的所选择的放大信号的选择的选择信号并且响应于接收到选择信号来输出所选择的放大信号的复用器；以及电耦合到复用器的控制器，控制器被配置成：在膜不活动的同时依次测量用于多个放大器中的每个放大器的偏移并且存储偏移，以及在多膜麦克风的操作期间通过对应的偏移来补偿每个放大信号。

音频处理电路还可以包括分别电耦合到多个放大器并且被配置成在多膜麦克风在操作时单独地被激活的多个膜。

音频处理电路还可以包括电耦合到多个膜和控制器并且被配置成从控制器接收激活命令并且基于激活命令来激活或者去激活多个膜的电荷泵。

音频处理电路还可以包括：被配置成存储多个放大器的相应的多个偏移的多个寄存器；电耦合到控制器和多个寄存器的偏移选择复用器，偏移选择复用器被配置成从控制器接收指示多个偏移中的所选择的偏移的偏移选择信号并且输出相应的寄存器中所存储的对应的所选择的偏移；电耦合到复用器和控制器的模数(A/D)转换器，A/D转换器被配置成从复用器接收所选择的放大信号，将所选择的放大信号从模拟信号转换成数字信号并且向控制器输出作为数字信号的所选择的放大信号；以及电耦合到偏移选择复用器和A/D转换器的加法器，加法器被配置成从偏移选择复用器接收所选择的偏移并且从A/D转换器接收所选择的放大信号，将所选择的放大信号的信号水平减小所选择的偏移以生成输出信号，并且输出该输出信号。

一种系统可以概括为包括：微处理器；以及电耦合到微处理器的多膜麦克风。多膜麦克风包括：被配置成在多膜麦克风操作时被激活的多个膜，多个膜被配置成分别响应于声音来输出多个感测信号；以及音频处理电路，音频处理电路包括：分别电耦合到多个膜并且分别对应于多个感测信号的多个放大器，多个放大器中的每个放大器被配置成接收对应的感测信号并且通过放大对应的感测信号来产生多个放大信号中的对应的放大信号，多个放大器被配置成分别向放大信号 中引入多个偏移；被配置成接收多个放大信号以及指示多个放大信号中的所选择的放大信号的选择的选择信号并且响应于接收到选择信号来输出所选择的放大信号的复用器；以及电耦合到复用器的控制器，控制器被配置成：在膜不活动的同时依次测量用于多个放大器中的每个放大器的偏移并且存储偏移；以及在多膜麦克风的操作期间通过对应的偏移来补偿每个放大信号。

控制器还可以被配置成检测多膜麦克风被打开或者离开休眠模式并且响应于检测来依次测量用于每个放大器的偏移。

附图说明

图1示出多膜麦克风的示意图；

图2示出配备有偏移校准的多膜麦克风的示意图；

图3示出根据至少一个实施例的配备有偏移校准的多膜麦克风的示意图；

图4示出根据至少一个实施例的用于获取多个偏移测量的方法；

图5示出根据至少一个实施例的用于校准麦克风的方法；以及

图6示出电子设备中的麦克风的实施方式的示意图。

具体实施方式

在麦克风10的操作过程期间，多个放大器18每个可以在相应的经放大的感测信号58中引入相应的偏移。偏移可以是DC值并且可以附加地合并到经放大的感测信号58中。另外，一个放大器18的偏移可以不同于另一放大器18的偏移。然而，一个放大器18的偏移可以在类似的环境条件下很大程度上随着时间恒定。

当在频谱通道之间切换时，偏移的存在产生“快动(snap)”效果，并且“快动”可以是倾听输出信号64的人耳能够听得到的(例如，如通过扬声器在声学上被渲染)。

期望缓解由于多膜麦克风10中的放大器偏移而产生的音频快动。另外，期望通过校准多膜麦克风10来缓解偏移。

图2示出配备有偏移校准的多膜麦克风70的示意图。为了方便，配备有偏移校准的多膜麦克风70在下文中称为多膜麦克风70或麦克风70。

麦克风70包括多个膜12、电荷泵14、电荷泵开关71以及配备有偏移校准的音频处理电路72(下文中简称为音频处理电路72)。音频处理电路72包括多个放大器18、复用器20、A/D转换器22、配备有偏移校准的控制器74(下文中称为控制器74)、偏移选择复用器76、多个寄存器78和加法器80。

每个膜12可以是任何类型的感测结构(例如微机电系统(MEMS)感测结构)。在一个实施例中，每个膜12是电容式声学换能器并且可以使用电容变化来将声学压力转换成电信号。膜12可以具有固定电极和移动电极。移动电极可以由隔膜(diaphragm)形成并且被布置成面对固定电极，从而固定电极和移动电极可以形成具有可变电容的感测电容器的板。美国专利申请第14/626,636号和第13/978,531号中描述了多膜麦克风的示例，这两个申请通过引用合并于此。

电荷泵的输出端口28电耦合到电荷泵开关71的第一端口82，而电荷泵开关71的第二端口84电耦合到相应的多个膜12的多个输入端口26。电荷泵开关71的第三端口86(其为控制端口)电耦合到控制器74的电荷泵开关输出端口88。电荷泵开关71因此可操作以防止充电信号52被提供给相应的多个膜12的多个输入端口26。

另外，每个膜12的输出端口30电耦合到多个放大器18中的相应放大器18的输入端口32。多个放大器18中的每个放大器18的输出端口34电耦合到复用器20的多个输入端口36中的相应输入端口36。另外，复用器20的选择信号输入端口38电耦合到控制器74的选择信号输出端口40。

复用器20的输出端口42电耦合到A/D转换器22的输入端口44，并且A/D转换器22的输出端口46经由输出节点50电耦合到控制器74的输入端口48。

关于控制器74，选择信号输出端口40耦合到偏移选择复用器76 的选择信号输入端口90。另外，控制器74还具有分别电耦合到多个寄存器78的多个输入端口94的多个偏移输出端口92。

多个寄存器78每个具有相应的输出端口96，并且相应的多个寄存器78的多个输出端口96分别电耦合到偏移选择复用器76的多个输入端口98。偏移选择复用器76的输出端口100电耦合到加法器80的第一输入端口102，而加法器80的第二输入端口104电耦合到A/D转换器22的输出端口42。加法器80的输出端口106用于提供音频处理电路72的数字音频输出。

麦克风70可以被校准以补偿多个放大器18的偏移。校准麦克风70可以包括：测量放大器18的相应的偏移，存储偏移，并且然后在操作期间基于多个偏移中的相应的所测量的偏移来补偿所选择的放大器输出。

可以在作为放大器18的输入提供的相应的感测信号56具有零信号水平(即没有向放大器18提供任何输入信号用于放大)时测量每个放大器18的相应的偏移。如果尚未被停用，则控制器24停用在相应的膜12的输出端口30处输出感测信号56或者向相应的放大器18的输入端口32输入感测信号56。为此，控制器74输出指示应当断开电荷泵开关71的电荷泵开关信号108。例如，可以确立电荷泵开关信号108以断开电荷泵开关71。响应于在第三端口86处接收到电荷泵开关信号108，电荷泵开关71被断开。因此，电荷泵开关71的第一端口82和第二端口84被断开连接并且电荷泵14的输出端口28的充电信号输出不再被提供给多个膜12。在没有电荷的情况下，多个膜12可以不将声压信号54转换成相应的多个感测信号56。

在没有接收到相应的感测信号56的情况下，由放大器18输出的相应的放大信号58可以具有零信号水平。然而，因为每个放大器18与放大器将其与放大器的输出信号相组合的偏移相关联，所以由放大器18输出的相应的放大信号58可以是非零信号。在零输入条件期间，输出信号水平是放大器18的偏移。

控制器28获取用于多个放大器18中的每个放大器18的相应的 偏移测量110。获取用于每个放大器18的偏移测量110可以依次来执行。控制器28输出指示多个放大器18中的所选择的放大器18的相应的放大信号58的选择的选择信号60。复用器20输出作为所选择的放大器18的相应的放大信号58的所选择的放大信号62。A/D转换器22在其输入端口44处接收所选择的放大信号62，并且在其输出端口46处输出作为所选择的放大信号62的数字表示的输出信号64。当在其输入端口48处接收到输出信号64时，控制器24可以测量所选择的放大器的偏移作为输出信号64的DC值并且从而获取所选择的放大器18的相应的偏移测量110。

控制器28然后存储偏移测量110。控制器74在多个偏移输出端口92中的相应偏移输出端口92上输出偏移测量110。多个寄存器78中的相应寄存器78在其输入端口94处接收偏移测量110并且存储偏移测量110。

控制器74通过重复本文中所描述的技术来依次获取多个放大器18中的其余放大器的相应的偏移测量110。控制器74将多个偏移测量110存储在相应的多个寄存器78中。

控制器74可以在获取或存储多个偏移测量110之后将麦克风70置于操作模式。为了将麦克风置于操作模式，控制器74通过输出指示应当闭合电荷泵开关71的电荷泵开关信号108来激活多个膜12。电荷泵开关71接收电荷泵开关信号108，并且响应于电荷泵开关信号108，电荷泵71过渡到闭合位置，从而引起在膜12的相应的输入端口26处提供充电信号52并且激活膜12。

在操作期间，控制器74可以在输入通道之间切换。切换可以基于声压信号54的信号水平。控制器74通过输出选择信号60在通道之间切换，选择信号60指示对应于多个膜12中的相应的一个膜的多个放大信号58中的用于处理的不同的一个放大信号58的选择。选择信号60在偏移选择复用器76的选择信号输入端口90处来接收。响应于接收到选择信号60，偏移选择复用器76在输出端口100处输出所选择的偏移测量112。所选择的偏移测量112由加法器80的第一输 入端口102来接收。加法器80通过从输出信号64中减去所选择的偏移测量112来补偿在其第二输入端口104处接收的输出信号64并且在其输出端口106处输出补偿后的信号114。

如果控制器74切换到另一膜12，则输出信号64以其被补偿的偏移测量110发生变化。因此，不管所使用的通道，输出信号64以适当的偏移测量110被补偿。

在参考图2所描述的麦克风70中，通过不向多个膜12提供充电信号52来停用向相应的放大器18输入感测信号56。然而，替选地，可以通过将放大器18的相应的输入端口32接地来停用向放大器18输入多个感测信号56。

图3示出根据至少一个实施例的配备有偏移校准的多膜麦克风70的示意图。参考图3所描述的麦克风70的与参考图2所描述的膜麦克风70相似的元件具有相同的附图标记并且在下文中在一些情况下没有描述。

除了耦合到膜12的相应的输出端口30，放大器18的相应的输入端口32电耦合到接地开关118的相应的阳极116。接地开关118的阴极120电耦合到接地。另外，接地开关118的开关端口122电耦合到控制器74的开关输出端口124。

到多个放大器18的输入可以在接地开关118闭合时被停用。当接地开关118闭合时，放大器18的相应的输入节点34连接到接地并且没有向放大器提供任何输入信号。如果接地开关118尚未闭合，则控制器74输出指示要闭合接地开关118的信号130。控制器74然后可以如本文中所描述地获取放大器18的相应的偏移测量110。在获取多个偏移测量110之后，麦克风70可以被置于操作或音频感测模式。为了将麦克风70置于这一模式，控制器74输出指示要断开接地开关118的信号130。响应于信号130，接地开关118过渡到断开位置。当接地开关118处于断开位置时，到放大器18的相应的感测信号56在相应的输入节点32处被接收。如本文中所描述的，控制器74可以取决于碰撞的声压信号54的信号水平来在膜12之间切换。

图4示出根据至少一个实施例的用于获取多个偏移测量的方法。在步骤402，控制器74停用到第一通道的音频输入。如本文中所描述的，停用音频输入可以包括将到与通道相关联的放大器18的输入接地或者将充电信号52从与通道相关联的膜12断开。通道(例如音频通道)可以包括串联电耦合的多个设备(诸如一个膜12和一个放大器18)。通道可以用于处理由一个膜12检测的声压信号54。通道可以包括用于处理声压信号54的其他设备，诸如复用器20和A/D转换器22。与一个通道有关的某个设备可以用于处理其他通道的音频。

控制器74在步骤404确定用于第一通道的第一偏移测量，并且在步骤406存储第一偏移测量。控制器74然后在步骤408停用到第二通道的音频输入。控制器74在步骤410确定用于第二通道的第二偏移测量，并且在步骤412存储第二偏移测量。第一和第二偏移测量可以由控制器存储在寄存器78中。在存在多于两个通道的情况下，可以针对其他通道中的每个通道重复步骤408-412。

图5示出根据至少一个实施例的用于校准麦克风70的方法。在方法中，在步骤502，控制器74接收音频信号，在步骤504，基于音频信号来选择通道。如果选择第一通道，则控制器74在步骤506选择对应于第一通道的第一偏移测量，并且在步骤508通过第一偏移测量来调整音频信号。另一方面，如果选择第二通道，则控制器74在步骤510选择第二偏移测量，并且在步骤512通过第二偏移测量来调整音频信号。

图6示出电子设备132中的麦克风70的实施方式的示意图。电子设备132可以是例如移动通信设备，诸如智能电话、平板电脑、手提电脑或语音记录器等。另外，电子设备132可以是能够在水下操作的水听器或者助听设备。

电子设备132包括微处理器134、连接到微处理器134的设备存储器136、以及输入/输出接口138，输入/输出接口138由例如小键盘和屏幕形成并且也连接到微处理器134。麦克风70与微处理器134通信；特别地，音频处理电路72在另外的处理之后可能向微处理器 132发送经补偿的信号114。

电子设备132还包括扬声器140，扬声器140连接到微处理器134并且被设计成基于电子设备132的音频输出来生成声音。另外，数字麦克风74、微处理器134、设备存储器136、输入/输出接口138和扬声器140例如使用表面安装技术安装在例如单个印刷电路板(PCB)142上。

可以将以上所描述的各种实施例组合以提供另外的实施例。可以鉴于以上详述的描述来对实施例做出这些和其他变化。总之，在下面的权利要求中，所使用的术语不应当被理解为将权利要求限于说明书和权利要求中所公开的具体的实施例，而是应当将其理解为包括所有可能的实施例连同这样的权利要求有权享有的等同方案的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。