用于在麦克风和控制器之间传输非声学数据的方法与流程

1.本公开涉及用于在麦克风和控制器之间传输非声学数据的方法。此外，本公开涉及用于执行这种方法的设备。


背景技术：

2.麦克风传感器可包括一个或多个与控制器通信的数字麦克风。对于安全关键应用(诸如一些类型的汽车麦克风传感器)，可能需要向控制器报告麦克风发生的故障。消费者市场中使用的传统数字麦克风不是必须包括或要求提供这种诊断数据的传输的技术特征。麦克风设备的制造商不断地努力改进其产品及操作方法。具体地，可能希望提供安全特征改进的设备和方法。


技术实现要素：

3.本公开的一个方面涉及一种方法。该方法包括提供被配置用于在第一麦克风和控制器之间传输声学数据的第一数据通道。该方法还包括提供被配置用于在第二麦克风和控制器之间传输声学数据的第二数据通道。该方法还包括经由第二数据通道传输由第一麦克风生成的非声学数据。
4.本公开的一个方面涉及一种方法。该方法包括开始麦克风的启动阶段。该方法还包括提供被配置用于在麦克风和控制器之间传输声学数据的数据通道。该方法还包括：在启动阶段期间以及在经由数据通道传输声学数据之前，经由数据通道传输非声学数据。
5.本公开的一个方面涉及一种方法。该方法包括提供被配置用于在麦克风和控制器之间传输声学数据的数据通道。该方法还包括经由数据通道传输由麦克风生成的数据信号，其中数据信号包括声学数据和非声学数据。
6.本公开的一个方面涉及一种方法。该方法包括基于pdm接口在麦克风和控制器之间传输声学数据。该方法还包括将由麦克风生成的非声学数据从麦克风的通道选择管脚传输到控制器。
附图说明
7.下面将基于附图更详细地解释根据本公开的方法和设备。类似的参考标号可指定相应的类似部分。
8.图1示意性示出了根据本公开的包括两个麦克风和一个控制器的设备100。
9.图2示出了用于在两个麦克风和一个控制器之间传输声学数据的两个数据通道的时序图。
10.图3示出了根据本公开的方法的流程图。
11.图4示出了根据本公开的用于在麦克风和控制器之间传输声学数据和非声学数据的数据通道的时序图。
12.图5示出了根据本公开的方法的流程图。
13.图6示意性示出了根据本公开的用于在麦克风和控制器之间传输非声学数据的时序图。
14.图7示出了根据本公开的方法的流程图。
15.图8示意性示出了根据本公开的在麦克风和控制器之间传输的声学数据和非声学数据的频率依赖性。
16.图9示出了根据本公开的方法的流程图。
17.图10示意性示出了根据本公开的包括麦克风和控制器的设备1000。
具体实施方式
18.附图以一般方式示意性示出了方法和设备，以便定性地指定本公开的方面。应理解，方法和设备可包括为了简单而未示出的其它方面。例如，根据本公开，每个方法和设备可通过结合其他方法和设备描述的任何方面来扩展。
19.本文描述了方法以及用于执行这些方法的设备。与所述方法相关的注释也适用于相应设备，反之亦然。例如，如果描述了方法的特定动作，则用于执行该方法的相应设备可以包括用于以适当方式执行该方法动作的部件，即使这种部件在附图中没有明确描述或示出。
20.图1的设备100可包括第一麦克风2a(参见mic 1)、第二麦克风2b(参见mic 2)和控制器4(参见codec)。麦克风2a和2b可包括任何类型的适当的数字压力传感器或数字压力换能器。具体地，麦克风2a和2b可对应于mems(微机电系统)麦克风。例如，麦克风2a和2b可由半导体材料(诸如硅)制造。控制器4也可以被称为主机设备。例如，控制器4可包括ecu(电子控制单元)、ecm(电子控制模块)、数字信号处理器等中的至少一个。在图1的示例中，麦克风2a和2b中的每一个可包括五个端子(或管脚)6-14，并且控制器6可包括两个端子16和18。应当理解，麦克风2a、2b和控制器4中的每一个都可以包括为了简单而在本文不讨论的其他管脚。
21.第一麦克风2a的第一管脚6a可被连接到电源电压20(参见vdd)。第一麦克风2a的第二管脚8a可对应于通道选择管脚，例如lr(左/右)管脚(参见lr)。在图1的示例中，第一麦克风2a的通道选择管脚8a可被连接到电源电压20。第一麦克风2a的第三管脚10a可被连接到地电位22。第一麦克风2a的第四管脚12a可对应于时钟管脚，其可被连接到控制器4的时钟管脚18。第一麦克风2a的第五管脚14a可对应于数据管脚，其可被连接到控制器4的数据管脚16。第二麦克风2b的管脚6b、10b、12b和14b可类似于第一麦克风2a的对应管脚，并且可以类似的方式连接。与第一麦克风2a相反，第二麦克风2b的通道选择管脚8b可被连接到地电位22。
22.设备100还可包括第一电阻器24a和第二电阻器24b(参见r
term
)。第一电阻器24a可被连接在第一麦克风2a的数据管脚14a和控制器4的数据管脚16之间，并且第二电阻器24b可被连接在第二麦克风2b的数据管脚14b和控制器4的数据管脚16之间。此外，设备100可包括第一电容器26a和第二电容器26b(参见c
vdd
)。第一电容器26a可被连接在第一麦克风2a的第三管脚10a和电源电压20之间，并且第二电容器26b可被连接在第二麦克风2b的第三管脚10b和电源电压20之间。
23.麦克风2a和2b可被配置为感测进入的声音(或压力)信号，并将这些感测信号转换
为声学(或音频)数据，尤其是数字声学数据。数字声学数据可基于适当的接口(例如pdm(脉冲密度调制)接口或i2s(ic间声音)接口)从麦克风2a和2b传输到控制器4。pdm接口可以是1位接口，其可以不要求在麦克风中具有抽取滤波器(decimator)，从而减少麦克风中的芯片面积、成本和电流消耗。在pdm麦克风中，由模数转换引起的延迟可相对较小。pdm接口可基于两个接口信号：clock(时钟)和data(数据)。如图1所示例性示出的，通道选择管脚8a和8b可通过将通道选择管脚8a和8b连接到电源电压20或地电位22来启用在同一数据线中使用两个麦克风2a和2b。
24.结合图2指定麦克风2a、2b和控制器4之间可能的声学数据传输。控制器4可被配置为向麦克风2a和2b中的每一个提供时钟信号(参见clock)。麦克风2a、2b和控制器4之间的数据通信可基于这样的时钟信号。例如，pdm时钟频率可以在约0.35mhz到约3.3mhz的范围内。在每个时钟循环期间，时钟信号可提供上升沿和下降沿。时钟信号可在时钟上升时间t
cr
期间上升到时钟高电平，在一个示例中，时钟上升时间t
cr
可在约11纳秒到约15纳秒的范围内，更具体在约12纳秒到约14纳秒的范围内。时钟信号可在时钟下降时间t
cf
期间下降到时钟低电平，该时钟下降时间t
cf
可类似于时钟上升时间t
cr
。
25.麦克风2a、2b和控制器4之间的声学数据的传输可基于通道复用(诸如lr(左/右)通道复用)，这可以通过使用上升时钟信号沿和下降时钟信号沿以驱动两个麦克风2a和2b来执行。这样，可以提供被配置用于在第一麦克风2a和控制器4之间传输声学数据的第一数据通道以及被配置用于在第二麦克风2b和控制器4之间传输声学数据的第二数据通道。
26.多路复用可以工作，使得在每个时钟沿处，麦克风2a和2b中的一个正在传输，而另一个麦克风处于高阻抗状态hiz。第一数据通道可基于时钟信号的上升沿。例如，在时钟信号的上升沿处，第二数据通道data 2可将数据写入数据线，并且第一数据通道data 1可进入高阻抗状态hiz。以类似方式，第一数据通道data 1可基于时钟信号的下降沿。也就是说，在时钟信号的下降沿处，第一数据通道data 1可写入数据，而第二数据通道data 2可进入高阻抗状态hiz。当处于高阻抗状态hiz时，相应的麦克风对于输出数据线来说可以是电不可见的。这可以允许麦克风2a和2b中的每一个驱动数据线的内容，而相应的另一麦克风可处于高阻抗状态hiz并且可以安静地等待轮到它。应注意，关于这点，第一数据通道data 1的数据和第二数据通道data 2的数据可经由相同的数据线，具体是有线数据线来传输。
27.如图2示例性示出的，多个延迟时间可发生在经由两个数据通道data 1和data 2进行数据传输期间。时间t
dd
可对应于从时钟沿处于电源电压的50％(即，0.5x vdd)到数据在数据线上被驱动的延迟时间。此外，时间t
dv
可对应于从时钟沿处于0.5x vdd到由相应数据通道线上由相应麦克风驱动的数据有效(即，准确可读)的延迟时间。此外，时间t
hz
可对应于从时钟沿处于0.5x vdd到相应麦克风的数据输出切换到高阻抗状态hiz的延迟时间。在高阻抗状态hiz下，麦克风可允许另一麦克风驱动数据线。
28.图3的方法以一般方式指定，以便定性地指定本公开的各个方面。该方法可通过结合前述附图描述的任何方面来扩展。在28中，可提供被配置用于在第一麦克风和控制器之间传输声学数据的第一数据通道。在30中，可提供被配置用于在第二麦克风和控制器之间传输声学数据的第二数据通道。在32中，可经由第二数据通道传输由第一麦克风生成的非声学数据。例如，图3的方法可通过图1的设备100的对应部件执行。
29.图4示出了用于在麦克风2a、2b中的一个和控制器4之间传输声学数据和非声学数
据的数据通道的时序图。在下文中，仅参考第一麦克风2a和控制器4之间的示例性数据传输。该时序图可结合先前描述的附图(特别是图3的方法)来读取。
30.第一数据通道和第二数据通道可以如结合图2所讨论的那样来提供。由第一麦克风2a生成的声学数据可经由第一通道(参见data 1)从第一麦克风2a传输到控制器4。此外，由第一麦克风2a生成的非声学数据可经由第二通道(参见diag数据)从第一麦克风2a传输到控制器4。即，代替使用第二数据通道(参见图2中的data 2)，用于在第二麦克风2b和控制器之间传输声学数据，第二数据通道用于传输第一麦克风2a的非声学数据。
31.本文指定的非声学数据可包括频率超出可听频率范围的任何类型的数据。关于这点，非声学数据的频率可小于约100hz，更具体地小于约60hz，甚至更具体地小于约20hz。备选地或附加地，非声学数据的频率可高于约8khz，更具体地高于约16khz，甚至更具体地高于约20khz。非声学数据可包括非随机数据。
32.一般地，在第一麦克风2a的操作或启动阶段期间，非声学数据可从第一麦克风2a传输到控制器4。在操作期间，可以周期性地传输非声学数据，例如以周期性时间间隔传输，该周期性时间间隔的长度从约10毫秒到约5秒，更具体地，从约100毫秒到约1秒。
33.在一个示例中，非声学数据可包括第一麦克风2a的诊断数据。麦克风的诊断数据可包括关于麦克风的电子缺陷或麦克风的机械缺陷中的至少一种的信息。例如，电子和机械缺陷可基于麦克风芯片生产自检进行检测。例如，电子缺陷可包括静电放电、过压、过温、制造缺陷等中的至少一种。例如，机械缺陷可包括麦克风的mems元件的机械缺陷。mems元件的机械缺陷可包括粘滞、污染、过度冲击(例如，负加速度)或应力导致机械故障、材料故障等中的至少一种。
34.电子和/或机械缺陷可导致dc值或饱和。因此，可通过检测dc值或饱和中的至少一个来检测这种缺陷。如果麦克风芯片可检测到故障(例如，dc值)，则麦克风芯片可在pdm接口上生成dc输出。dc输出可自然生成或者有意生成。在进一步的示例中，可基于麦克风芯片的上电自检(其可类似于生产芯片自检)来检测缺陷。这种自检可以在上电之后在麦克风的启动阶段期间在麦克风芯片中自动执行。自检通常可产生麦克风内部mems元件的刺激。pdm输出可在自检后的限定时间内上升到正常麦克风输出水平。在自检期间，pdm输出可默认为中等尺度，以避免音频伪影。
35.在一个示例中，非声学数据可包括第一麦克风2a的识别数据。例如，第一麦克风2a的识别数据可包括关于第一麦克风2a的类型或种类的信息。备选地或附加地，第一麦克风2a的识别数据可包括第一麦克风2a的一个或多个技术规范。
36.第一麦克风2a或第二麦克风2b中的至少一个可被配置为汽车传感器的一部分。汽车麦克风或汽车传感器可以是安全关键应用的一部分。在这种情况下，可能需要诊断应用的麦克风2a、2b并向控制器4报告故障。本文描述的方法可提供用于汽车麦克风传感器的技术特征，以例如基于pdm接口将第一麦克风的非声学数据(例如，诊断和/或识别数据)传输到控制器4。通常用于传输第二麦克风的声学数据的数据通道可用于传输第一麦克风的非声学数据。该通道可能不再可用于第二麦克风，但是可能不需要额外的管脚和/或导线。这里，由第一麦克风生成的声学和非声学数据可经由同一数据线现场发送以及在操作期间发送。用于传输非声学数据的技术可优于仅通过中断通信来发出故障信号的技术。
37.图5的方法以一般方式指定，以便定性地指定本公开的各个方面。该方法可通过结
合前述附图描述的任何方面来扩展。在34中，可开始麦克风的启动阶段。在36中，可提供被配置用于在麦克风和控制器之间传输声学数据的数据通道。在38中，在启动阶段期间并且在经由数据通道传输声学数据之前，可经由数据通道传输非声学数据。例如，图5的方法可由图1的设备100的对应部件执行。
38.图6示出了根据本公开的用于在麦克风和控制器之间传输非声学数据的时序图。具体地，图6示出了在启动麦克风时对数据通道的使用。可结合图5的方法来读取该时序图。例如，时序图可适用于图1的麦克风2a、2b之一和控制器4之间的数据传输。
39.麦克风的启动阶段可包括麦克风的预热阶段40。关于这点，麦克风可被连接到电源电压vdd，并且控制器4可开始向麦克风发送时钟信号。麦克风的部件(电路装置、熔丝等)可被偏置，并且麦克风可通过内部启动运行。在预热阶段40期间，麦克风可以是没有响应的。即，预热阶段可以没有麦克风和控制器之间的数据传输。
40.麦克风的启动阶段可包括预热阶段40之后的又一阶段42，该阶段可被称为建立阶段。在传统设备和方法中，麦克风可在建立阶段42期间传输恒定的(或规则的)数据模式，尤其是交替值为1和0的数据模式(例如，10101010101010
…
)。这种规则的数据模式可具有50％的占空比。与建立阶段42的这种常规使用相反，在图5和图6的方法中，在建立阶段42期间，可在麦克风和控制器之间传输非声学数据。这里，非声学数据可包括不规则的数据模式。为了提供向后兼容性，非声学数据的占空比可基本等于常规规则数据模式的占空比。这里，非声学数据的占空比可对应于总占空比，即，考虑非声学数据在整个建立阶段42上的占空比。在一种特定情况下，非声学数据的占空比可以约为50％，类似于常规规则数据模式的占空比。更一般地，非声学数据的占空比可以在约45％到约55％的范围内，更具体地在约47％到约53％的范围内，甚至更具体地在约49％到约51％的范围内。类似于前面的示例，非声学数据的频率可以在可听频率范围之外。
41.根据图6的非声学数据的传输可在建立阶段42结束时完成。然后，可以在建立阶段42之后的又一阶段44期间传输由麦克风生成的声学数据。根据图5和图6，声学数据的传输可限于麦克风的启动阶段，更具体地，限于麦克风的建立阶段42。与图3和图4的方法相比，第二数据通道可保持第二麦克风的自由使用。
42.图7中的方法以一般方式指定，以便定性地指定本公开的各个方面。该方法可通过结合前述附图描述的任何方面来扩展。在46中，可提供被配置用于在麦克风和控制器之间传输声学数据的数据通道。在48中，由麦克风生成的数据信号可经由数据通道传输，其中数据信号可包括声学数据和非声学数据。例如，图7的方法可以由图1的设备100的对应部件执行。
43.图8示出了根据本公开的在麦克风和控制器之间传输的声学数据和非声学数据的定性频率依赖性。在一个示例中，可根据图7的方法传输具有如图8示例性示出的频率依赖性的数据。因此，可以结合图7的方法读取图8的示图。
44.在图8中，相对于信号的频率来绘制声学信号和非声学信号的功率。声学数据由在可听频率范围中延伸的实线来表示。在图8的示例中，可听数据可包括两个局部最大值。在进一步的示例中，可听数据可具有任意不同的频率依赖性。非声学数据通常可包括一个或多个窄频带，其中每个频带可具有小于约100hz或大于约8khz的频率。在图8中，示例性窄频带由频率小于可听频率范围的厚条表示。在进一步的示例中，非声学数据可包括频率高于
可听频率范围的窄频带。在又一示例中，非声学数据可包括频率小于可听频率范围的第一窄频带和频率高于可听频率范围的第二窄频带。
45.具体地，图8的声学数据和非声学数据可在操作期间在麦克风和控制器之间传输。这里，如图8所示，非声学数据可在声学数据的顶部上编码。关于这点，非声学数据可基于dc偏移或者可通过dc偏移编码，其中dc偏移可添加到声学数据。返回到图8的频率依赖性，dc偏移可对应于0hz的频率。
46.图9的方法以一般方式指定，以便定性地指定本公开的各个方面。该方法可通过结合前述附图描述的任何方面来扩展。在50中，可基于pdm接口在麦克风和控制器之间传输声学数据。在52中，由麦克风生成的非声学数据可从麦克风的通道选择管脚传输到控制器。例如，图9的方法可由下面描述的图10的设备1000执行。
47.图10的设备1000可至少部分地类似于图1的设备100，并且可通过结合图1描述的任何方面进行扩展。设备1000可包括麦克风2和控制器4。麦克风2可包括时钟管脚12、数据管脚14和通道选择管脚8，这对应于图1的类似管脚。控制器4可包括分别连接到麦克风2的时钟管脚12和数据管脚14的时钟管脚18和数据管脚16。此外，控制器4可包括连接到麦克风2的通道选择管脚8的gpio(通用输入输出)管脚54。设备1000还可包括电阻器24(参见r1)和地电位22(参见gnd1)。
48.麦克风2和控制器4之间的连接和通信可具体地基于pdm接口，如参照图1所述。由麦克风2生成的非声学数据可从麦克风2的通道选择管脚8传输到控制器4的gpio管脚54。例如，可在设备1000的操作期间传输非声学数据。备选地或附加地，例如结合图5和图6所述，可在麦克风2的启动阶段期间传输非声学数据。
49.在传统设备中，通道选择管脚8只可用作麦克风2的输入管脚。与此相反，图10的设备1000提供通道选择管脚8被用作输出管脚，特别是用于将非声学数据传输到控制器4。返回参照图1，第一麦克风2a和第二麦克风2b的lr管脚8a和8b可以类似方式被连接到控制器4。
50.在一个示例中，在麦克风2和控制器4之间传输非声学数据和传输声学数据都可以基于控制器4提供的相同时钟信号(参见clk)。作为备选，传输非声学数据可基于曼彻斯特编码方案或相位编码方案。曼彻斯特码可以是行代码，其中，每个数据位的编码可以是低然后高，或者是高然后低，持续相同的时间量。
51.本文描述了用于传输非声学数据的各种方法。应理解，如果从技术角度来看合理且可能，则所描述的方法可被组合。例如，根据本公开的另一种方法可通过组合图3和图5的方法来获得。在这种情况下，如结合图5和图6所述，可以在麦克风的启动阶段期间传输非声学数据。此外，如结合图3和图4所述，可在操作期间使用第一数据通道和第二数据通道传输进一步的非声学数据。
52.示例
53.在下文中，将通过示例解释用于在麦克风和控制器之间传输非声学数据的方法。
54.示例1是一种方法，包括：提供被配置用于在第一麦克风和控制器之间传输声学数据的第一数据通道；提供被配置用于在第二麦克风和控制器之间传输声学数据的第二数据通道；以及经由第二数据通道传输由第一麦克风生成的非声学数据。
55.示例2是根据示例1的方法，其中非声学数据包括第一麦克风的诊断数据或第一麦
克风的识别数据中的至少一个。
56.示例3是根据示例2的方法，其中第一麦克风的诊断数据包括关于第一麦克风的电子缺陷或第一麦克风的机械缺陷中的至少一个的信息。
57.示例4是根据示例2或3的方法，其中第一麦克风的识别数据包括关于第一麦克风的类型或第一麦克风的技术规范中的至少一个的信息。
58.示例5是根据前述示例之一的方法，还包括：使用时钟信号，其中第一数据通道和第二数据通道中的第一个基于时钟信号的上升沿，以及第一数据通道和第二数据通道中的第二个基于时钟信号的下降沿。
59.示例6是根据前述示例之一的方法，其中第一数据通道的数据和第二数据通道的数据经由相同的数据线被传输。
60.示例7是根据前述示例之一的方法，其中经由第一数据通道的数据传输和经由第二数据通道的数据传输是基于pdm接口。
61.示例8是根据前述示例之一的方法，其中第一麦克风或第二麦克风中的至少一个被配置为汽车传感器的部分。
62.示例9是一种方法，包括：开始麦克风的启动阶段；提供被配置用于在麦克风和控制器之间传输声学数据的数据通道；以及在启动阶段期间以及在经由数据通道传输声学数据之前，经由数据通道传输非声学数据。
63.示例10是根据示例9的方法，其中非声学数据包括麦克风的诊断数据或麦克风的识别数据中的至少一个。
64.示例11是根据示例9或10的方法，其中非声学数据包括不规则数据模式。
65.示例12是根据示例9至11之一的方法，其中非声学数据的频率在可听频率范围之外。
66.示例13是根据示例9至12之一的方法，其中非声学数据具有的占空比在45％至55％的范围内。
67.示例14是根据示例9至13之一的方法，其中：麦克风的启动阶段包括麦克风的预热阶段，预热阶段没有数据传输，并且非声学数据在预热阶段后被传输。
68.示例15是一种方法，包括：提供被配置用于在麦克风和控制器之间传输声学数据的数据通道；以及经由数据通道传输由麦克风生成的数据信号，其中数据信号包括声学数据和非声学数据。
69.示例16是根据示例15的方法，其中非声学数据包括麦克风的诊断数据或麦克风的识别数据中的至少一个。
70.示例17是根据示例15或16的方法，其中非声学数据是基于小于100hz或大于8khz的窄频带。
71.示例18是根据示例15至17之一的方法，其中非声学数据是基于添加到声学数据的dc偏移。
72.示例19是一种方法，包括：基于pdm接口在麦克风和控制器之间传输声学数据；以及将由麦克风生成的非声学数据从麦克风的通道选择管脚传输到控制器。
73.示例20是根据示例19的方法，其中非声学数据从麦克风的通道选择管脚被传输到控制器的gpio管脚。
74.示例21是根据示例19或20的方法，其中传输非声学数据和传输声学数据是基于相同的时钟信号。
75.示例22是根据示例19或20的方法，其中传输非声学数据是基于曼彻斯特编码方案。
76.虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但本描述不打算在限制意义上进行解释。参考说明书，本领域技术人员将清楚说明性实施例以及本公开的其他实施例的各种修改和组合。因此，所附权利要求包含任何此类修改或实施例。