用于产生表示检测到声刺激的信号的压电MEMS装置的制作方法

本申请要求美国临时申请62/301,481和美国临时申请62/442,221的优先权，其中各个申请的全部内容通过引用而被包含于此。

背景技术：

压电换能器是将(例如，由声音或输入压力产生的)电荷转换成能量的一种电声换能器。

技术实现要素：

在一些示例中，一种装置，包括：传感器；第一电路，其被配置为检测对所述传感器的输入刺激何时满足一个或多个检测标准，并且还被配置为在检测到时产生引起所述装置的性能的调整的信号；以及第二电路，用于在检测到之后处理输入，其中所述第二电路被配置为使检测到后的所述第二电路的功率电平相对于检测到前的所述第二电路的功率电平增大。该方面的其它实施例包括相应的计算机系统、设备以及记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序，这些计算机系统、设备和计算机程序各自被配置为进行装置的特征。

在该示例中，所述装置包括以下特征中的一个或多个以及/或者它们的组合。所述输入刺激包括声输入刺激。所述输入包括声输入。所述信号通过使外部处理器向所述装置发送指示以使所述第二电路的功率电平相对于检测到前的所述第二电路的功率电平增大，来引起所述装置的性能的调整。所述信号通过使所述装置使所述第二电路的功率电平相对于检测到前的所述第二电路的功率电平增大，来引起所述装置的性能的调整。所述第二电路在检测到之前基本上断电。所述装置被配置为从所述装置外部的处理器接收信号，所述信号用于使所述第一电路断电并且用于使所述第二电路通电。所述装置被配置为从所述装置外部的处理器接收信号，所述信号用于使所述第一电路的功率电平相对于检测到前的所述第一电路的功率电平降低，并且所述信号还用于使所述第二电路的功率电平相对于检测到前的所述第二电路的功率电平增大。所述装置包括：第三电路，其具有逻辑，所述逻辑用于使所述第一电路的功率电平相对于检测到前的所述第一电路的功率电平降低，并且用于使所述第二电路的功率电平相对于检测到前的所述第二电路的功率电平增大。所述第一电路被配置为以基本上8微安工作。所述第二电路被配置为使用20～350微安工作。标准包括对所述传感器的输入压力刺激达到阈值输入水平的标准。所述装置包括用于安装在另一电路上的封装装置，其中所述封装装置包括用于安装所述传感器、所述第一电路和所述第二电路的基板，以及所述封装装置包括壳体部分。所述装置包括压电装置。所述装置包括麦克风或微机电系统麦克风即mems麦克风。所述装置包括：焊盘，其被配置为向外部处理器发送用于指定对所述传感器的输入刺激满足所述一个或多个检测标准其中至少之一的信号。所述装置包括：焊盘，其被配置为从外部处理器接收使所述装置从第一模式切换为第二模式的信号。所述第一模式包括所述第一电路基本上通电并且所述第二电路基本上断电的模式。所述第二模式包括所述第二电路基本上通电并且所述第一电路基本上断电的模式。所述装置被配置为在检测到之后从第一模式切换为第二模式，其中所述第一模式包括所述第一电路基本上通电并且所述第二电路基本上断电的模式，其中所述第二模式包括所述第二电路基本上通电并且所述第一电路基本上断电的模式。所述装置包括：开关，其被配置为响应于从所述装置的第三电路接收到指示，从所述第一模式切换为所述第二模式。所述装置包括：开关，其被配置为响应于从所述装置外部的处理器接收到指示，从所述第一模式切换为所述第二模式。所述传感器包括声压电换能器、压电传感器、声换能器、加速度计、化学传感器、超声传感器或陀螺仪。检测标准包括可调阈值。所述可调阈值能够通过软件或者一个或多个软件更新来调整。所述可调阈值包括基于特定地理区域的所指定或记录的噪声水平的自适应阈值。检测标准指定对所述传感器的输入压力刺激达到阈值输入水平一定次数。所述阈值输入水平是阈值声输入水平。

在另一示例中，一个或多个机器可读的硬件存储装置，其包括能够被装置执行以进行一个或多个操作的指令，所述操作包括：检测对传感器的输入刺激何时满足一个或多个检测标准；在检测到时产生信号，所述信号通过使所述装置的电路使功率电平相对于检测到前的所述电路的功率电平增大来引起所述装置的性能的调整；以及使用功率电平增大的所述电路来处理对所述装置的输入。在该示例中，一个或多个机器可读的硬件存储装置包括用以进行这些装置的特征中的一个或多个的指令。

在另一示例中，一种方法，其由装置进行，所述方法包括：检测对所述装置的传感器的输入刺激何时满足一个或多个检测标准；在检测到时产生信号，所述信号通过使所述装置的电路使功率电平相对于检测到前的所述电路的功率电平增大来引起所述装置的性能的调整；以及使用功率电平增大的所述电路来处理对所述装置的输入。该方面的其它实施例包括相应的计算机系统、设备以及记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序，这些计算机系统、设备和计算机程序各自被配置为进行方法的动作。在该示例中，该方法还包括进行装置的特征中的一个或多个。

在又一示例中，一种装置，包括：声换能器；以及第一电路，其限带于频率范围内，并且被配置为检测(i)所述声换能器的声级何时超过阈值水平或者(ii)所述声换能器在一段时间内的平均限带声级何时超过所述阈值水平，并且还被配置为产生第一信号，其中，所述第一电路处于消耗小于350微瓦的功率模式。该方面的其它实施例包括相应的计算机系统、设备以及记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序，这些计算机系统、设备和计算机程序各自被配置为进行装置的特征。

在该方面中，所述装置包括以下特征中的一个或多个以及/或者它们的组合。所述第一电路被配置为检测所述声换能器的声级何时超过所述阈值水平包括：所述第一电路被配置为检测所述声换能器的声级何时超过所述阈值水平一定次数。所述阈值水平包括阈值声级。所述功率模式消耗约20微瓦。限带于所述频率范围内包括限带于10hz～35khz。所述阈值水平在所限带的频率范围内的频率处是在60dbspl和90dbspl之间。所述阈值水平在所限带的频率范围内的频率处是在40dbspl和110dbspl之间。所述声换能器在语音频率范围内具有平坦响应，在所述平坦响应中所述声换能器对所述语音频率范围中的频率基本上具有相等的灵敏度。消耗小于350微瓦的所述功率模式是小于200微瓦的功率模式。消耗小于350微瓦的所述功率模式是小于100微瓦的功率模式。消耗小于350微瓦的所述功率模式是小于50微瓦的功率模式。所述装置包括第二电路，所述第二电路被配置为至少部分基于所述第一电路的所述第一信号来生成第二信号。所限带的声级由所述第一电路限带或在所述第一电路处限带，其中该限带是在所述第一电路内完成的。所述第一电路限带于所述频率范围内包括所述声换能器由所述声换能器的机械结构限带，在该机械结构中，所述声换能器机械地具有所述声换能器的谐振频率，使得所述声换能器不感测所述频率范围外部的频率，这是因为这种外部感测超出所述声换能器的机械结构。机械结构包括机械或硬件能力。所述第一电路的限带包括所述第一电路被配置为仅检测特定声范围。所述装置包括封装装置，所述封装装置在所述封装装置或所述声换能器的输入端口之前具有声滤波器在声学上限带所述第一电路。第二电路还被配置为将第二信号发送至数字系统，以使所述数字系统通电并进行数字信号处理即dsp。所述频率范围包括300hz～5khz。所述声换能器包括压电声换能器或电容声换能器。所述第一电路包括模拟电路。所述装置包括模拟装置。所述装置被配置为以模拟级别工作。所述装置包括封装装置。

在还一示例中，一种装置，包括：传感器；以及第一电路，其限带于频率范围内，并且被配置为检测(i)所述传感器的信号电平何时超过阈值水平或者(ii)所述传感器在一段时间内的平均限带信号电平何时超过所述阈值水平，并且还被配置为产生第一信号，其中，所述第一电路处于消耗小于350微瓦的功率模式。该方面的其它实施例包括相应的计算机系统、设备以及记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序，这些计算机系统、设备和计算机程序各自被配置为进行装置的特征。

在该示例中，所述装置包括以下特征中的一个或多个以及/或者它们的组合。所述传感器包括声压电换能器、压电传感器、声换能器、加速度计、化学传感器、超声传感器或陀螺仪。所述功率模式消耗约20微瓦。消耗小于350微瓦的所述功率模式是小于200微瓦的功率模式。消耗小于350微瓦的所述功率模式是小于100微瓦的功率模式。消耗小于350微瓦的所述功率模式是小于50微瓦的功率模式。所述装置包括第二电路，所述第二电路被配置为至少部分基于所述第一电路的所述第一信号来生成第二信号。所限带的频率范围包括所述信号电平处的限制。所限带的频率范围由所述第一电路限带或者在所述第一电路处限带，其中该限带是在所述第一电路内完成的。限带于所述频率范围内包括由所述传感器的机械结构限带，在该机械结构中，所述第一电路机械地具有所述传感器的谐振频率，使得所述第一电路不感测所述频率范围外部的频率，这是因为这种外部感测超出所述传感器的机械结构。机械结构包括机械或硬件能力。所述第一电路的限带包括所述第一电路被配置为仅检测特定信号范围。所述装置包括封装装置，所述封装装置在所述封装装置的输入端口之前具有信号滤波器，以限带所述第一电路。第二电路还被配置为将第二信号发送至数字系统，以使所述数字系统通电并进行数字信号处理即dsp。所述频率范围包括300hz～5khz。所述第一电路包括模拟电路。所述装置包括模拟装置。所述装置被配置为以模拟级别工作。所述装置包括封装装置。所述第一电路被配置为检测所述传感器的信号电平何时超过所述阈值水平包括：所述第一电路被配置为检测所述传感器的信号电平何时超过所述阈值水平一定次数。所述阈值水平是阈值声输入水平。

附图说明

图1是电路的图。

图2a～2c各自是装置的图。

图3a、3b、5a和6各自是架构图。

图4a和4b各自是装置的操作的结果的图。

图5b是模态图。

图7是装置所实现的处理的流程图。

具体实施方式

由于用于实现换能器的材料(例如，aln、pzt等)的压电效应，因此即使在不存在用于换能器的偏置电压的情况下，压电微机电系统(mems)装置也具有通过刺激而致动的固有能力。这种物理性质使得压电mems装置能够提供对各种刺激信号的超低功率检测，并且在无需系统级别的专用电子器件或者没有优化换能器的功率性能的附加块的情况下提供对专用集成电路(asic)内的检测电子器件的更深度的集成。

mems电容式麦克风需要电荷泵来向背板提供极化电压。电荷泵需要时钟和用以储存被泵送到背板上的电荷的储存电容器。需要多个阶段来使极化电压升高到所需电平。在最初接通时，需要时间来基于时钟频率、储存电容器大小和可用供给电压实现期望电平。

压电mems装置不需要电荷泵。此外，由于引起机械应力的刺激，始终会生成由压电效应产生的电荷。结果，可以利用超低功率电路将该电荷转移成电压，并且通过简单的增益电路提供相对于在压电mems装置上感应的机械应力的输出。不需要更高的电压来实现更高的换能器灵敏度。

利用压电mems麦克风并利用该效果的一个特定应用是将基于表示检测到声刺激的规定的最小声输入级别来产生信号的电路。该信号可以进一步由系统和/或麦克风利用以进行进一步的动作，即模式变为高性能状态，接通系统内的其它组件，开始数字获取以进一步研究声刺激并识别其组件。

在一个示例中，诸如麦克风等的声装置的检测电路连接至作为声装置的一部分的逻辑电路(如图2b所示)，而不是声装置包括使得应用处理器能够进行逻辑的检测引脚(如图2a和5所示)。检测电路被设计成指示输入压力刺激何时达到规定水平。检测电路触发表示听到信号的数字状态机。该状态机使麦克风asic的模式变为更高性能状态。由于压电麦克风的固有启动优势，因而该状态立即实现。如果系统能够处于睡眠模式，则数字状态机还可以用信号通知系统退出睡眠模式，并准备进一步处理该信号。麦克风将包含确定周围声环境所需的逻辑，并决定采取何动作来进一步处理所感测的声环境。

在另一示例中，如图2a和5所示，简化了麦克风asic上所需的逻辑，从而将周围声环境的决策逻辑推送到应用处理器。然后，麦克风asic简单地实现检测水平设置为声输入级别的检测电路。然后，asic锁存与该阈值相交的声事件，从而用信号通知系统，并允许系统使asic的模式变为高性能状态，以详细询问周围声环境。asic将通过具有用以控制asic处于哪个模式的专用输入以及如下的专用数字输出来实现该功能，该专用数字输出用信号向系统通知何时麦克风处于唤醒声音模式并且声刺激与检测阈值相交。通常，唤醒声音包括装置(诸如麦克风、声装置、声换能器、声压电换能器、压电装置和mems麦克风等)的模式或配置，在该模式或配置中，装置响应于检测到满足了阈值输入刺激(例如，音频输入处于或高于阈值水平)，来在状态、模式或动作之间调整或转变。在另一示例中，唤醒声音包括如下模式，在该模式中，装置(例如，包括声换能器和/或集成电路)被配置为检测声刺激或者检测到满足了一个或多个标准，并且还被配置为在该检测时进行一个或多个动作或者模式或状态之间的转变。

参考图1，电路100包括换能器102和检测器电路104。源极跟随器级106对换能器102所产生的电荷进行变换并向下一级(例如，锁存比较器级)提供增益。第二级是锁存比较器108，该锁存比较器108将源极跟随器106的输出与被设计成以特定最小声输入声压级(spl)为目标的基准电压进行比较。一旦感测到该声压级，锁存比较器108锁存该事件，并且提供表示该情况的信号。锁存器使用正反馈来有效地用作存储器单元。一旦电源从锁存器移除，所锁存的信息被清除或丢失，而存储器(例如，静态随机存取存储器(sram))即使在电源移除的情况下也保持信息。如以下进一步详细所述，该所提供的信号被输出至检测引脚，该检测引脚向外部系统警告检测到spl。该信号可进一步用于通过以片外方式驱动该信号来控制/触发专用集成电路(asic)内或整个系统内的其它事件。在变形例中，锁存比较器108被配置为检测声输入(或vin)何时满足一个或多个指定标准。存在检测电路可被配置为检测的各种类型的标准。这些标准包括例如语音标准(检测语音)、关键字标准(例如，检测关键字)、超声标准(例如，检测我们周围附近的换能器或声装置的超声活动)、检测脚步的标准、机械振动/谐振、枪声和破碎玻璃等。

在该示例中，前置放大器级的带宽(例如，由前置放大器实现)确定触发由锁存比较器108实现的比较器级的输入信号的谱。超低功率电子器件通常具有对于音频范围仍可接受的带宽。此外，脉冲声事件触发对于利用比较器触发可接受的能量的广谱增大。

还实现用以区分特定频率和频带的进一步处理，从而提供(由于如以下进一步详细所述外部音频子系统掉电)以超低功率检测特定声特征(即，命令字、声信号)的能力。(针对唤醒声音模式所配置的)多个装置也可被实现为阵列。在该示例中，对dout/vout信号进行处理，从而提供用以进行方向性测量、波束成形、波束指向、接近检测和信噪比改善的能力。

参考图2a，装置200以可配置模式实现声音唤醒。在该示例中，装置200包括声装置。装置200包括开关204、换能器202、检测电路206、集成电路(“ic”)207(以下称为“ic”207)和前置放大器208。在变形例中，ic207包括增益电路、放大器或另一电路，而不是前置放大器208。

在该示例中，前置放大器208被配置为在操作模式下处理音频输入，并且还被配置为在检测到一个或多个指定标准之后通电。开关204被配置为例如响应于从装置200外部的处理器接收到指示，使装置200在第一模式(例如，唤醒声音模式)和第二模式(例如，正常或操作模式)之间切换。开关204包括引脚210、212。通常，引脚包括(例如，附接或安装至电路的)焊盘。引脚210是模式引脚，并且是用于控制装置200的模式的专用输入。引脚212是用于将装置200的vdd输入到开关204的漏极电压(vdd)引脚。在该示例中，外部系统(例如，诸如图5a的处理器512等)通过发送(在模式引脚210上)设置模式＝1(即，模式＝vdd)的模式信号来控制装置200的操作模式，这使得装置200转变为唤醒声音模式，在该唤醒声音模式中，例如通过将vdd路由到检测电路206，检测电路206通电。在该示例中，引脚210包括焊盘，该焊盘被配置为从外部处理器接收使得装置200从第一模式(例如，声音唤醒模式)切换为第二模式(例如，操作模式)的信号。在该示例中，第一模式包括检测电路206基本上通电并且前置放大器208基本上断电(例如，完全断电或者消耗最小电力量的状态)的模式。在该示例中，第二模式包括前置放大器208基本上通电并且检测电路206基本上断电的模式。在该示例中，装置200被配置为在检测到输入音频满足一个或多个标准时，从第一模式切换为第二模式。

在模式引脚210(经由模式信号)被设置成等于0时，装置200以操作模式(例如，正常模式)工作，在该操作模式中，检测电路206掉电(或基本上掉电)，并且通过将vdd路由到前置放大器208，前置放大器通电(或基本上通电)。也就是说，等于vdd的电压使ic207的模式变为唤醒声音模式，而浮动或低信号使ic207的模式变为正常操作。模式信号被缓冲，并且进一步控制电源开关204，该电源开关204将vdd路由到高性能电路(例如，前置放大器208)或唤醒声音电路(例如，检测电路206)。模式信号还配置输入偏置电路(例如，偏置电路218)，以控制(输入偏置电路中所包括的)用于适当地配置输入偏置网络的开关以及用于换能器202的开关。

在该示例中，换能器202接收声输入，并且换能器202将该声输入转换成输入电压(vin)。检测电路206检测声输入何时满足一个或多个标准。在该示例中，检测电路206被配置为以基本上在5微安附近工作。例如，检测电路206检测vin何时等于阈值电压或基准电压(vref)，例如vin＝vref等。在检测到满足了一个或多个检测标准时，检测电路206产生使检测引脚209变“高”(例如，具有等于1的值)的信号。存在各种类型的检测标准。在示例中，检测标准包括可调阈值。可调阈值是通过软件或者一个或多个软件更新以及/或者通过一个或多个电路配置和/或设置可调整的。在一个示例中，可调阈值包括基于特定地理区域的指定或记录噪声水平的自适应阈值。

在该示例中，检测引脚209包括焊盘，该焊盘被配置为向外部处理器发送指定对换能器202的声输入刺激满足一个或多个检测标准至少之一的信号。存在包括例如声音和压力等的各种类型的声输入刺激。外部处理器或系统(例如，图5a中的处理器512)从检测引脚209接收到该信号。如以下进一步详细所述，响应于该信号，外部处理器通电或上电到(相对于处理器接收到该信号之前的功率电平的)增大的功率电平。另外，响应于该信号，处理器将模式引脚210设置为低值以使装置200从唤醒声音模式转变为操作模式。在该示例中，装置200被配置为从装置200外部的处理器接收信号，其中该信号用于使检测电路206断电并且用于使前置放大器208通电。在另一示例中，装置200被配置为从该装置外部的处理器接收信号，其中该信号用于使检测电路206的功率电平相对于检测到前的检测电路206的功率电平降低，并且该信号还用于使前置放大器208的功率电平相对于检测到前的前置放大器208的功率电平增大。

在操作模式中，ic207中的另一电路(诸如前置放大器208等)使该第二电路的功率电平相对于检测到前的该另一电路的功率电平增大。例如，在操作模式中，前置放大器208被配置为在100～300微安的范围内工作。在该示例中，检测电路206所生成的信号通过使外部处理器向装置200发送指示以使第二电路(例如，前置放大器208)的功率电平相对于检测到前的第二电路的功率电平增大，来引起对装置200的性能的调整。在该示例中，前置放大器208在检测到之前基本上断电。一旦处于操作模式，装置200处理声输入202并将vout(例如，引脚211)输出到外部处理器或系统以进行应用处理。在该示例中，vout表示基于声输入的电压放大的输出电压。

在图2a的变形例中，装置200是用于安装在基板或另一电路上的封装装置。封装装置包括用于安装声压电换能器202、检测电路206和前置放大器208(或任何其它类型的电路)的基板。封装装置包括用于覆盖安装有换能器202、检测电路206和前置放大器208(或任何其它类型的电路)的基板的壳体部分。

参考图2b，装置220是装置200的变形例。装置220包括逻辑电路222(以下称为“逻辑222”)，例如而不包括检测引脚209。在该示例中，检测电路206被配置为在声输入满足(被编程到检测电路中的或者利用检测电路可访问或可读取的)一个或多个标准时产生信号。在该示例中，逻辑222被配置为实现数字状态机。检测电路206将(表示该检测的)该信号发送至逻辑222以触发数字状态机。(逻辑222中的)状态机例如通过使前置放大器208通电并且通过使检测电路206断电，来使ic207的模式变为更高性能状态。也就是说，逻辑222被配置用于使检测电路206的功率电平相对于检测到前的检测电路206的功率电平降低，并且使前置放大器208的功率电平相对于检测到前的前置放大器208的功率电平增大。逻辑222包括可配置为进行一个或多个指定操作的可配置逻辑和/或软件。

逻辑222通过将使模式引脚210变高或变低的切换信号发送至开关210来指示开关204切换模式。也就是说，开关204被配置为响应于从装置220的逻辑222接收到指示而从第一模式(例如，声音唤醒模式)切换为第二模式(例如，操作模式)。数字状态机在系统(例如，图5a中的外部处理器512)能够处于睡眠模式的情况下，还用信号通知该系统退出睡眠模式，并且准备进一步处理该信号。在该示例中，装置220自身包括逻辑222，该逻辑222用于分析周围声环境，并且(例如，通过决定是以唤醒声音模式还是以操作模式工作)决定采取何动作来进一步处理所感测的声环境。

参考图2c，示出图2a的变形例。在该变形例中，装置219(例如，扬声器、智能扬声器装置、智能扬声器盒等)包括第一电路217和第二电路218(例如，包括一个或多个麦克风(例如，在智能扬声器盒中)、dsp芯片等)。在该示例中，第二电路218包括利用第一电路217接通的电路。在该示例中，第二电路218包括处于休眠或掉电的电路。在该示例中，在第二电路218接通时，第二电路218从较低功率状态转变为较高功率状态(相对于较低功率状态的功率状态而言)。在该示例中，第一电路217被配置为对所有的第二电路218或者第二电路218的一个或多个部分进行模式设置或接通。在该示例中，第一电路217包括传感器215，该传感器215用于感测、检测或接收所感测到的输入215a，例如检测运动。检测电路206、偏置电路218和开关204各自被配置为基本上如前面关于图2a所述工作。在该示例中，第一电路被配置为以基本上8微安工作。第二电路被配置为使用20～350微安工作。

例如，开关204被配置为使第一电路217在第一模式(例如，唤醒感测输入模式)和第二模式(例如，正常或操作模式)之间切换。通常，唤醒感测输入模式包括装置的如下模式或配置，在该模式或配置中，装置响应于检测到满足了传感器所感测到的阈值输入刺激而在状态、模式或动作之间调整或转变。

在该示例中，引脚210是模式引脚，并且是用于控制第一电路217的模式的专用输入。引脚212是用于将第一电路217的vdd输入到开关204的漏极电压(vdd)引脚。在该示例中，装置219(或第二电路218)通过发送(在模式引脚210上)设置模式＝1(即，模式＝vdd)的模式信号来控制第一电路217的操作模式，这使得第一电路217转变为唤醒感测输入模式，在该唤醒感测输入模式中，例如通过将vdd路由到检测电路206来使检测电路206通电。在该示例中，引脚210包括焊盘，该焊盘被配置为从外部处理器接收使第一电路217从第一模式(例如，唤醒感测输入模式)切换为第二模式(例如，操作模式)的信号。模式)。在该示例中，第一模式包括检测电路206基本上通电的模式。在该示例中，第二模式包括检测电路206基本上断电的模式。在该示例中，第一电路217被配置为在检测到输入满足一个或多个标准时，从第一模式切换为第二模式。

在模式引脚210(经由模式信号)被设置成等于0时，第一电路217以操作模式(例如，正常模式)工作，在该操作模式中，检测电路206掉电(或基本上掉电)。也就是说，等于vdd的电压使检测电路206的模式变为唤醒感测输入模式，而浮动或低信号使检测电路206的模式变为正常操作。模式信号还配置输入偏置电路(例如，偏置电路218)，以控制(输入偏置电路中所包括的)用于适当地配置输入偏置网络的开关以及用于传感器215的开关。

在该示例中，传感器215接收输入215a，并且传感器215将该输入转换成输入电压(vin)。检测电路206检测该输入何时满足一个或多个标准。在该示例中，检测电路206被配置为基本上在5微安附近工作。例如，检测电路206检测vin何时等于阈值电压或基准电压(vref)，例如vin＝vref等。在检测到满足了一个或多个检测标准时，检测电路206产生使检测引脚209变“高”(例如，具有等于1的值)的信号。在该示例中，检测引脚209包括焊盘，该焊盘被配置为向第二电路218发送指定向传感器215的输入215a满足一个或多个检测标准至少之一的信号。存在包括例如压力和移动等的各种类型的输入刺激。外部处理器或系统(例如，第二电路218)从检测引脚209接收到该信号。响应于该信号，外部处理器通电或上电到增大的功率电平(相对于处理器接收到该信号之前的功率电平而言)、或者进行一个或多个指定动作(例如，开启灯)。另外，响应于该信号，装置219(或者装置219内的第二电路218或甚至另一电路)将模式引脚210设置为低值以使第一电路217从唤醒感测输入模式转变为操作模式。在该示例中，第一电路217被配置为从第一电路217外部的处理器接收信号，其中该信号用于使检测电路206断电。在另一示例中，第一电路217被配置为从第一电路217外部的处理器(例如，装置219)接收信号，其中该信号用于使检测电路206的功率电平相对于检测到前的检测电路206的功率电平降低。

一旦处于操作模式，第一电路217处理输入215a并将vout(例如，引脚213)输出到装置219中的第二电路218以进行应用处理。在示例中，第二电路218包括外部处理器或子系统。在该示例中，vout表示基于输入215a的处理的输出电压。在变形例中，引脚213是可选的(例如，使vout可选)。

参考图3a，架构图300示出换能器和检测电路206。对于唤醒声音模式，换能器202以及开关204(图2a)(经由偏置元件310、312)被偏置到连接有装置200的电路的源电压(vss)。两个pmos源极跟随器电路302、304用于将从换能器202接收到的信号以及vss基准缓冲到差分前置放大器306的输入。差分前置放大器306被偏置以将约60dbv的增益提供至来自换能器202的信号。通过在处于唤醒声音模式期间延长开关的复位时间来配置启动开关定时，以使将输入馈送到差分前置放大器的源极跟随器的dc电平稳定。

将前置放大器306的输出路由到锁存比较器308的输入，该锁存比较器308被配置为判断声输入是否满足一个或多个检测标准。比较器的基准侧被设置为与最小声检测阈值成比例地缩放的电压电平。

一旦(例如，通过检测到声输入满足一个或多个检测标准)被触发，锁存比较器308将输出锁存到高电压电平。利用用作单触发锁存器(one-shotlatch)的d锁存电路314来进一步处理该信号。需要通过模式信号命令asic(例如，ic207)离开唤醒声音模式以清除该信号。从asic输出锁存信号dout以由系统进行处理。

参考图3b，架构图320示出换能器324和检测电路322。在一个示例中，检测电路322是与图2a中的检测电路206相同的检测电路。对于唤醒声音模式，换能器324以及开关204(图2a)(经由偏置元件326、328)被偏置到连接有装置200的电路的源电压(vss)。两个pmos源极跟随器电路330、332用于将从换能器324接收到的信号以及vss基准缓冲到ac耦合电路334的输入，由此使得能够将信号重新偏置到优选的共模电压，从而增大(例如，最大化)差分前置放大器336的动态范围。差分前置放大器336被偏置以将约60dbv的增益提供至来自换能器324的信号。

前置放大器336的输出被路由到差分比较器338的输入，该差分比较器338被配置为判断声输入是否满足一个或多个检测标准。比较器338是在存在滞后的情况下设计的，并且该滞后水平与差分前置放大器336的增益协调地确定检测标准。

一旦(例如，通过检测到声输入满足一个或多个检测标准)被触发，比较器338将输出锁存到高电压电平。利用用作单触发锁存器的d锁存电路340来进一步处理该信号。需要通过模式信号命令asic(例如，图2a中的ic207)离开唤醒声音模式以清除该信号。从asic输出锁存信号dout以由系统进行处理。

基准电压电平判断：

该电压电平通过mems的比例因子以及源极跟随器的衰减和差分前置放大器的增益来设置。

以下等式使基准电压(vref)、换能器的比例因子(sf)、源极跟随器的衰减(atten)和前置放大器(av)的增益等于指定(例如，最小)可检测声阈值(pa)。

在各个增益元件和最小可检测声阈值之间存在折衷。增大前置放大器的增益或mems的比例因子将提供检测非常安静的信号的能力，然而这需要与由于vdd而可用的余量进行平衡。如果期望更响亮的声信号来触发检测电路，则需要从该电路中去除增益、或者增大vref。

示例波形：

参考图4a，图400示出针对声音的唤醒所配置的装置的操作的结果。表示402表示已由换能器和前置放大器处理的信号(例如，含噪声的周围声信号)。在时间5ms处，利用换能器感测到1khz的声刺激，从而产生所示的波形。在该示例中，表示402表示声刺激。由换能器和前置放大器处理后的该声刺激在5ms稍后与基准电压线404相交。

参考图4b，图452示出数字输出信号随时间经过的表示452。在该示例中，数字输出是正在处理利用表示402表示的信号的检测电路的数字输出。如图452所示，例如一旦利用表示402表示的信号超过基准电压，数字输出从低转变为高，并且保持高。系统(例如，图5a中的外部处理器512)需要处理该转换，并且通过命令装置从唤醒声音模式进入正常操作模式来清除该信号。然后，系统(例如，图5a中的外部处理器512)可以根据在处于正常操作期间从周围声环境得到的测量结果来判断是否将麦克风返回置于唤醒声音模式。例如，系统可以监视声信号(例如，声信号的电压)，并且判断是否将超过唤醒声音模式中的声阈值。如果系统在一段时间(诸如5分钟等)内没有测量到超过阈值的声信号(例如，具有超过阈值电压的电压的声信号)，则系统可以将麦克风返回置于唤醒声音模式。

在另一示例中，系统可以在超过阈值之后很快将麦克风返回置于wos模式，并且使用其它麦克风来监视声环境。系统可以连续将wos麦克风返回重置为wos模式并且等待，直到持续了诸如5分钟等的一段时间而不会超过阈值为止。如果在一段时间内没有超过阈值，则系统可以关闭其余的麦克风并进入较低功率状态。

在示例中，例如，如图6所示，在系统中声阈值检测电路在麦克风之后发生。电路块将使用麦克风输出作为输入(然后在该输入处，电路块可以检测低电平信号)，并且将命令和控制输出提供至音频子系统或应用处理器。

在另一示例中，不是将检测电路放置在麦克风之后，(例如，通过将检测电路配置在紧接换能器之后)在换能器之后立即进行检测，从而提供更精细的系统命令和控制。例如，在麦克风或声装置被命令进入唤醒声音模式时，该麦克风或声装置仅消耗5ua的电流(在正常模式操作中电流消耗减小30倍(150ua))并提供用信号向系统通知声检测事件的方式，并且具有由系统控制其模式的能力。如此，与将需要音频子系统或应用处理器的一部分保持工作的其它检测系统架构相比，整个音频子系统可以掉电，从而节省相当大的电力。

基于唤醒声音架构，系统的整体电力消耗降低，同时提供声刺激以控制电力消耗接近零的整体系统状态(无论是睡眠模式还是活动模式)。该电路在脱离换能器而直接实现时，使麦克风的整体灵敏度提高了接近60dbv。正常操作和行业标准规定了麦克风在-38dbv处的灵敏度。在1pa-rms声刺激的示例中，前置放大器的电压输出将约为12.5mv-rms。在启用唤醒声音模式的情况下，麦克风的灵敏度将增大到接近+20dbv(即，对于1pa-rms声刺激，前置放大器的电压输出将约为10v-rms)。电压余量将最终限制在使电子器件饱和之前可以感测到的最大声刺激，但操作的假设是整个声环境安静且充满低电平信号。

参考图5a，示出系统架构500。在该示例中，系统501包括声装置504和在声装置504的外部的处理器512。在示例中，声装置504包括具有声换能器、检测电路和前置放大器的装置200(图2a)。声装置504接收声输入502。在该示例中，声装置504包括检测引脚506(例如，其可以与检测引脚209相同)、模式引脚508(例如，其可以与模式引脚210相同)和输出电压(vout)引脚510(例如，其可以与vout引脚211相同)。检测引脚506被配置为指示声输入502何时等于或超过阈值电压(例如，vref)。模式引脚508被配置为指示声装置504进入或退出唤醒声音模式。vout引脚510指定来自声换能器504的(基于声输入的)输出电压，以用于处理器512处理声或音频输入。在接收到声输入之前的时间，声装置504通电，并且处理器512断电或处于“看门狗”或轮询状态，在该“看门狗”或轮询状态中处理器512针对间歇地轮询检测引脚506。另外，此时，模式引脚508被配置成唤醒声音模式。在接收到大于或等于阈值电压的声输入502时，检测引脚506(例如，基于声装置504中的检测电路的输出)变高。处于看门狗状态的处理器512的逻辑检测到检测引脚506已变高。作为响应，处理器512通电(例如，处理器512上电)并且将模式引脚508设置成正常模式，由此使声装置转变离开唤醒声音模式。通过将模式引脚508设置成正常模式，(利用处理器512)指示装置504使前置放大器(例如，图2中的前置放大器208)上电以使得声装置504能够以“正常模式”工作，并且使声装置的检测电路(例如，检测电路206)掉电。

参考图5b，模态图550示出芯片的模式以及芯片如何进入这些模式。节点552表示芯片关闭的状态。节点556表示芯片以操作模式工作的状态。在该示例中，在vdd具有指定范围内的电压时(例如，在vdd＝1.6v-3.6v时)，芯片进入操作模式。在模式为低或高阻抗(“hi-z”)(这表示信号“浮动”或者由电源“断开”的电子器件驱动)时，芯片保持处于操作模式。在模式变高时，芯片从操作模式转变为唤醒声音模式(利用节点554表示)。在vdd具有低电压或vdd＝0v时，芯片关闭。

参考图6，示出另一系统架构600。在该示例中，系统605包括声换能器602和处理器608。处理器608包括模数转换器(adc)604和阈值检测器606。在该示例中，阈值检测器606被配置为例如通过检测由声输入产生的电压何时等于或超过阈值电压，检测声输入601何时等于或超过阈值电平。例如，阈值检测器606是例如检测电路206(图2a)等的检测电路。然而，在该示例中，阈值检测器606是处理器608的一部分，而不是包括在声装置602中。由于阈值检测器606是处理器608的一部分、而不是包括在声装置602中，因此处理器608需要保持通电以检测音频刺激。

在该示例中，adc604和阈值检测器606需要从接收到声输入601之前的时间起保持接通。这是因为声装置602不包括用以检测声刺激并将表示该检测的信号发送至处理器608的检测引脚(例如，诸如引脚506)。(返回参考图5a，声装置504而不是外部检测器能够进行该检测，因为换能器中的压电材料在不需要电压源的情况下产生电压)。在该示例中，检测由处理器608例如通过使用adc604将vout603(其基于声输入)转换成可由阈值检测器606处理的数字数据来进行。由于检测由处理器608进行，因此逻辑(即，adc604)和阈值检测器606需要保持接通以检测声刺激。结果，处理器608不能(如图5a的处理器512那样)掉电或驻留于轮询状态。另外，由于声装置602不包括模式引脚，因此声装置602不能被配置为在检测装置通电的模式或者前置放大器通电的另一模式之间切换。相反，在声装置602中，前置放大器必须保持接通，并且不能通过模式切换来通电或断电。

参考图7，处理700通过装置(例如，图2中的装置200)实现本文所述的技术中的一个或多个来实现。在操作中，装置200(和/或装置200中的检测电路206)检测(702)对装置200的声换能器202的声输入刺激何时满足(例如，由装置200检索到的和/或被编程到装置200中的)一个或多个检测标准。检测电路206在检测到时产生(704)信号，该信号通过使(706)装置200的电路(例如，前置放大器208)使功率电平相对于检测到前的电路的功率电平增大来引起装置200的性能的调整。如本文所述，所产生的信号通过使外部系统检测信号并响应于指示装置200的模式变为操作模式来使前置放大器208增大其功率电平。在另一示例中，所产生的信号通过使装置200内的逻辑接收和/或检测信号并且响应于指示装置200的模式变为操作模式来使前置放大器208增大其功率电平。装置200使用增大了功率电平的电路来处理(708)向装置200的声输入。

在示例中，装置(如本文所述)在换能器级别(在装置包括换能器时)和传感器级别(在装置包括传感器时)以低功率模式工作。例如，低功率模式包括小于10微安的消耗。在示例中，装置包括：声换能器；以及第一电路，其被配置为检测限带(band)于频率范围内(例如，限制于频率范围)的声级何时超过阈值水平、或者各自在一段时间内限带于频率范围内的多个声级的平均声级何时超过阈值水平，并且进一步被配置为例如在声级或平均声级超过阈值时产生第一信号。在该示例中，声换能器在语音频率范围内具有平坦响应，在该平坦响应中声换能器对语音频率范围中的频率基本上具有相等的灵敏度。在一些示例中，在所限带的频率范围中的频率处，阈值水平在60dbspl和90dbspl之间。在其它示例中，在所限带的频率范围中的频率处，阈值水平在40dbspl和110dbspl之间。在该示例中，频率范围包括300hz～5khz。也就是说，第一电路被配置为仅处理具有指定范围(在该示例中为300hz～5khz)的这些信号和电平，但可以存在其它指定范围。对于300hz～5khz内的这些信号，第一电路还被配置为检测这些信号中的哪个信号超过指定阈值(例如，预定义阈值)。在该示例中，第一电路处于消耗小于350微瓦的功率模式。在另一示例中，第一电路处于消耗约20微瓦和消耗约20～350微瓦的范围等的功率模式。在其它变形例中，消耗小于350微瓦的功率模式是小于200微瓦的功率模式。消耗小于350微瓦的功率模式是小于100微瓦的功率模式。消耗小于350微瓦的功率模式是小于50微瓦的功率模式。

在一些示例中，该装置还包括第二电路，该第二电路被配置为至少部分基于第一电路的第一信号来生成第二信号。在该示例中，所限带的声级包括声级处的限制。所限带的声级由第一电路限带或在第一电路处限带，其中该限带在第一电路内完成。在该示例中，第一电路限带于频率范围内包括声换能器由声换能器的机械结构限带，在该机械结构中，声换能器机械地具有声换能器的谐振频率，使得声换能器不感测频率范围外的频率，这是因为这种外部感测超出了声换能器的机械结构。在该示例中，(声换能器的)隔膜自身中的孔限带于低频率。在该示例中，高频没有时间来均衡。如此，用户将听到高频声音，但不会听到低频声音。也就是说，第一电路通过装置的谐振机械地限带。在另一示例中，第一电路是电气限带的，而不是机械限带的。在电气限带中，第一电路在高频侧受到限制。机械结构包括机械或硬件能力。利用第一电路的限带包括第一电路被配置为仅检测特定声范围。该装置包括封装装置，该封装装置在封装装置或声换能器的输入端口之前具有声滤波器，以在声学上对第一电路进行限带。

在另一示例中，第一电路被配置为例如根据各自在指定时间量或时间段内发生的多个声级来计算平均声级平。在该示例中，包括在平均计算中的声级仅仅是在指定频率范围内(例如，在300hz～5khz内)发生的声级。根据所计算出的平均值，第一电路被配置为判断所计算出的平均值何时超过阈值。在各个前述示例(并且更一般地，这里所述的示例)的变形例中，该装置包括传感器，并且关于传感器进行本文所述的技术。

该装置还包括第二电路，该第二电路被配置为至少部分地基于第一电路的第一信号来生成第二信号。在该示例中，第二电路还被配置为将第二信号发送至数字系统以使数字系统通电并且进行数字信号处理(dsp)。在又一示例中，第二电路被配置为将第二信号发送至另一系统以使该另一系统响应于第二信号进行一个或多个动作。

在示例中，该装置是麦克风并且包括在另一装置(例如，智能扬声器装置——在用户向其说话时开启的装置)内。在该示例中，在没有用户向智能扬声器装置说话时，仅麦克风开启，这消耗小于10微安。由于麦克风是模拟装置，因此整个智能扬声器装置例如在正在收听声音/声级时作为模拟装置工作。在该模式中，第一电路被配置为仅检测超过指定阈值并且在指定范围内发生的声级(例如，而不是特定字或关键字)。由于在该检测状态下第一电路消耗少于200微瓦，因此智能扬声器装置可以以非常低的功率工作。第一电路由于仅正在检测和评价频率或声级、而不是字或其它形式的语音因而以这种低功率状态工作。在这种低功率状态下，智能扬声器系统不需要使其数字或数字信号处理(dsp)系统或组件运行。相反，智能扬声器系统可以完全以模拟模式工作。然后，一旦第一电路检测到声级(或平均声级)超过阈值，第一电路生成如下的信号，该信号使智能扬声器装置使其数字系统通电并进行关键字检测，例如检测所说的话是否匹配关键词从而“唤醒”智能扬声器系统。在一些示例中，(第一电路为了检测所实现的)检测标准规定对传感器的输入压力刺激达到阈值输入水平一定次数。在该示例中，阈值输入水平是阈值声输入水平。在其它示例中，第一电路被配置为检测声换能器的声级何时超过阈值水平一定次数。在其它示例中，第一电路被配置为检测传感器的信号电平何时超过阈值水平一定次数。

特别地，在成功检测时，第一电路生成第一信号并将该第一信号发送至第二电路。然后，第二电路(基于第一信号)生成第二信号并将该第二信号发送至智能扬声器装置内的(进行dsp的)另一系统。在该示例中，第一信号指定所接收到的音频输入(或其它输入，诸如压力输入等)是否已超过阈值。第二信号正在利用(指定是否超过阈值的)该信息(例如，通过包括用以进行某些动作的指示——例如开启灯等)来进行某操作。在示例中，第二电路仅仅重新发送第一信号，例如而不是生成第二信号。在该示例中，声换能器包括压电声换能器或电容声换能器。第一电路包括模拟电路，第二电路包括模拟电路、或者各自包括模拟电路的第一电路和第二电路。装置自身包括模拟装置和/或封装装置。

在另一示例中，装置(其包括第一电路和第二电路)附接至物理装置(例如，桌子等)或者在该物理装置附近。在该示例中，(例如，在装置包括传感器(诸如加速度计、化学传感器、超声波传感器、声压电换能器、压电传感器、声换能器、声传感器或陀螺仪等)的情况下)装置检测桌子处的移动。在该示例中，装置经由(该装置中所包括的)第一电路检测移动，该第一电路被配置为检测限带于频率范围内的能级(例如，而不是频率水平)何时超过阈值水平、或者各自在一段时间内限带于频率范围内的多个能级的平均能级何时超过阈值水平，并且进一步被配置为产生第一信号。在该示例中，平均能级由第一电路使用与上述关于计算平均声级的相同技术来计算。该装置还包括第二电路，该第二电路用于至少部分基于第一电路的第一信号来生成第二信号。在该示例中，在随后第一电路检测到能级(或平均能级)超过指定阈值时，第一电路将信号发送至第二电路，而第二电路将(例如，基于从第一电路接收到的信号的或者与该信号相同的)另一信号发送至另一装置或电子系统(例如，用于开启灯的装置)。在该示例中，在装置(其包括第一电路和第二电路)检测到桌子处和/或桌子附近的移动时，灯开启。该示例中的装置包括和/或进行上述的功能和特征。

本说明书中所述的主题和功能操作的实现可以在数字电子电路、有形体现的计算机软件或固件、包括本说明书中所公开的结构及其结构等同物的计算机硬件、或者它们中的一个或多个的组合中实现。本说明书中所述的主题的实现可被实现为一个或多个计算机程序，即，编码在有形程序载体上以由处理装置执行或控制处理装置的操作的计算机程序指令的一个或多个模块。可选地或附加地，程序指令可以编码在作为人工生成的信号的传播信号(例如，为了对供发送至适当的接收器设备以由处理装置执行的数据进行编码所生成的机器生成的电气、光学或电磁信号)上。机器可读介质可以是机器可读存储装置、机器可读硬件存储装置、机器可读存储基板、随机或串行存取存储器装置、或者它们中的一个或多个的组合。

术语“处理装置”包括用于处理数据的所有类型的设备、装置和机器，包括例如可编程处理器、计算机或者多个处理器或计算机。该设备可以包括专用逻辑电路、例如fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路)。除硬件外，该设备还可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、或者它们中的一个或多个的组合的代码。

可以以包括编译语言或解释语言、声明语言或过程语言的编程语言的任何形式来编写计算机程序(还可称为程序、软件、软件应用程序、脚本或代码)，并且可以以包括适合用在计算环境中的组件、子例程或其它单元作为单机程序或作为模块的任何形式来配置该计算机程序。计算机程序可以但并非必须与文件系统中的文件相对应。可以将程序存储于如下文件中：保持其它程序或数据的文件的一部分(例如，在标记语言文档中存储的一个或多个脚本)、所讨论的程序专用的单个文件、或者多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或部分代码的文件)。可以使计算机程序配置在位于一个站点或分布在多个站点之间并且经由通信网络互连的一个计算机或多个计算机上来执行。

本说明书中所描述的处理和逻辑流可以利用一个或多个可编程计算机来进行，其中这些一个或多个可编程计算机执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并生成输出来进行功能。处理和逻辑流也可以利用专用逻辑电路来进行，并且设备也可以被实现为专用逻辑电路，其中该专用逻辑电路例如为fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路)。

举例而言，适合执行计算机程序的计算机包括通用微处理器或专用微处理器或这两者、或者任何种类的中央处理单元。一般地，中央处理单元将会从只读存储器或随机存取存储器或这两者接收指令和数据。计算机的基本元件包括用于进行并执行指令的中央处理单元以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器装置。一般地，计算机还将包括用于存储数据的一个或多个大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，或者可操作地连接以从一个或多个大容量存储装置接收数据或者向一个或多个大容量存储装置传送数据，或者两者兼有。然而，计算机无需具有这样的装置。此外，计算机可以嵌入在另一装置中，例如，仅举几个例子，移动电话、个人数字助理(pda)、移动音频或视频播放器、游戏机、全球定位系统(gps)接收器或便携式存储装置(例如，通用串行总线(usb)闪存驱动器)。

适合存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器装置，举例而言包括：例如eprom、eeprom和闪存存储器装置等的半导体存储器装置；例如内部硬盘或可移动盘等的磁盘；磁光盘；以及cd-rom和dvd-rom盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或者并入专用逻辑电路中。

虽然本说明书包含很多具体实现细节，但这些不应被解释为对可能要求保护的任何内容的范围的限制，而应被解释为对特定实现可以特有的特征的描述。本说明书在分开实现的情况下所描述的特定特征还可以在单一实现中组合实现。相反，在单一实现的情况下所描述的各种特征还可以在多个实现中单独或以任意适当的子组合来实现。此外，尽管以上可能将特征描述为在特定组合中起作用并且甚至最初的权利要求也如此，但在一些情况下，可以从要求保护的组合中实施来自该组合的一个或多个特征，并且要求保护的组合可以针对子组合或者子组合的变形。

同样，尽管按特定顺序在附图中示出了这些操作，但这不应当被理解为为了实现期望结果就需按所示特定顺序或顺次进行这些操作、或者进行所有例示操作。在特定情形下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，以上所述的实现中的各种系统组件的分离不应当被理解为所有实现中均需要这些分离，并且应当理解，所述的程序组件和系统通常可以集成到单个软件产品中或者封装到多个软件产品中。

已经说明了主题的特定实现。其它实现在所附权利要求书的范围内。例如，在权利要求书中记载的动作可以按不同顺序进行并且仍可实现期望结果。作为一个示例，附图中所示的处理不一定需要所示的特定顺序或顺序次序来实现期望结果。在特定实现中，多任务和并行处理可能是有利的。