开关频率。 在一种实施例中，DAC 272使用具有开关频率为8kHz和过采样比率为32的Λ - Σ调制器。 在另一种实施例中，DAC在一比特时使用具有256kHz的切换频率的Λ - Σ调制器。
[0085] 变压器274是阻抗变压器。阻抗变压器274将从DAC 272接收的模拟信号转换成 低电压、高电流信号。在各种实施例中，变压器274具有约410:1、约840:1、或者约410:1 与约840:1之间的匝数比。基于耳机的特性选择变压器274的具体设计并且变压器274的 具体设计提供与耳机的输入阻抗匹配的输出阻抗。
[0086] 变压器274的一种实施方式是具有铁氧体磁芯的现货小型化变压器。根据一种特 征，具有铁氧体磁芯的小型化变压器具有高效性。在另一种实施方式中，使用半导体制造技 术制造变压器274,且平坦磁性材料位于衬底上并且蚀刻的多层线圈提供DAC侧大量的匝 数。例如，DAC侧的匝数可以是约400、约500、约600、约700、约800、约850、或者约900。另 一侧的多层线圈提供电声压设备（耳机）中的较少匝数（例如，一匝、两匝、或者更多匝）。
[0087] 在半导体变压器274的一种实施方式中，存在馈送变压器274的多个臂，每个臂均 具有CMOS开关。CMOS开关可用于切换DAC侧的选择匝数。根据一种特征，CMOS开关可用 于使耳机的固定阻抗的效率最大化。在一种实施方式中，可以确定通电时的匝数比并且将 开关配置存储在非易失性存储器中。在另一种实施方式中，开关配置为预配置。
[0088] 根据一些实施方式，耳机276可包括耳机或者其他电至音频变换器，其中包括听 筒、扬声器、或者另一音频输出设备。对于位于1米处的人类谈话水平，对耳机的电力需求 通常在约5nW与约 300nW之间变化。例如，UltimateEars7Pro耳机使用约8nW的电力， Klipsch X5耳机使用约32nW的电力，并且Apple入耳式耳机使用约260nW的电力。这些计 算基于产生适当的声压级的电力需求。压力与阻抗和速度有关；
[0089] p = Zv (5)
[0090] 其中，P是在20°C下与标准气压的压力变化，Z是大气在标准温度和标准压力下的 特征阻抗，并且V是颗粒在空气介质中的均方根速度。速度V与压力P有关并且声音强度 J的单位为W/m2:
[0094] 约一米距离远的正常谈话具有约40dB与约60dB的之间SPL声压级。如果声音必 须穿过具有0. 7 X 0. 7cm2的孔径的耳道，则耳机将使用约480pW产生70dB的声压级（至少 为一米距离远处的正常谈话声压级的十倍）。在一种实施例中，Ultimate Ears 7 Pro (UE7 Pro)听筒在IkHz时具有每输入电力mW灵敏性为124dBSPL和17. 5 Ω的阻抗。因此，这些 听筒使用4. OnW的电力使每个通道运行并且产生260 μ Vrms的电压。而且，根据等式（1) 至等式（4)，对于Ultimate Ears 7 Pro听筒，变压器的初级绕组将具有2652匝，并且0.7V 的DAC 272将具有5. 68nA的最大电流。在另一实施例中，诸如型号MA850G/B等Apple入 耳式听筒在IkHz时具有109dBSPL/mW的灵敏性和23Ω的阻抗。因此，这些听筒的每个通 道使用130nW并且产生1.70mV rms的电压。而且，根据等式（1)至等式（4)，对于Apple入 耳式听筒，变压器的初级线圈将具有411匝，并且0. 7V的DAC 272将具有180nA的最大电 流。
[0095] 图5是根据本发明的实施方式的供电音频输出设备的方法的流程图。在一种实施 例中，音频输出设备是图4中的耳机276。在块302,无线通信设备的模拟RF接口从基站接 收RF信号。模拟RF接口可以是图3中的接口 202。模拟RF接口对RF信号进行解调，以产 生输入数据信号，并且模拟RF接口将输入数据信号发送至数字控制模块204。在块304,数 字控制块可选地处理信号，例如，通过对压缩表示的数据进行解码而处理信号。在块306， 数模转换器将数字信号转换成模拟信号。数模转换器可以是参考图4描述的DAC 272。根 据一种实施方式，模拟信号具有从约零伏特变化至高达CMOS逻辑或者子阈值逻辑电平的 动态电压范围。在各种实施方式中，电压可以为约〇. 7V、约1.8V、或者约0. 7V与约1.8V之 间。在块308,变压器将模拟信号转换成具有更高电流的低电压模拟信号。根据一种特征， 变压器以最低电力损耗转换信号。通常，对于常规的大型变压器，电力损耗为10%至20%， 从而使得百分之八十至百分之九十有效。根据各种实施例，变压器为约百分之九十九有效、 约百分之九十五有效、约百分之九十有效、约百分之八十有效、或者约百分之九十与约百分 之九十九之间有效。变压器可以是参考图4描述的变压器274。在块310,低电压模拟信号 是到音频输出设备的输出。在块312,输出电信号被转换成声压。
[0096] 在一种实施方式中，接收的信号将电力提供至无线通信设备并且包括数据。在另 一种实施方式中，接收的信号是被设计成专用于通过信道传输音频数据的包。在另一种实 施方式中，接收的信号将电力提供至无线通信设备并且不同的信号提供数据。
[0097] 图6是根据本发明的实施方式的包括麦克风290、缓冲器298、变压器296、采样保 持电路294、以及模数转换器（ADC) 292的音频输入部250的示意性示图。根据一种实施方 式，音频输入部250还可包括可变增益放大器，例如，连接至缓冲器298和变压器296的可 变增益放大器。根据一种实施方式，采样保持电路294是ADC 292的一部分，并且在另一 种实施方式中，音频输入部250并不包括采样保持电路294。在另一种实施方式中，缓冲器 298可以是低噪放大器。在一种实施例中，变压器296是阻抗变压器并且通过减少电流使电 压放大。在另一种实施方式中，音频输出部250并不包括缓冲器298,并且在变压器296中 实现缓冲器298功能。在一种实施例中，变压器是半导体变压器，诸如，图8A中所示的变压 器370或者图8B和图8C中所示的变压器390等。在一种实施方式中，变压器是音频输出 部230中使用的变压器274。在一种实施例中，诸如图8A中所示的变压器370等单个变压 器用于音频输出设备230和音频输入设备250,并且可以使用一个或者多个开关重复性地 调整各个设备的变压器的匝数比（视情况而定）。
[0098] 模数转换器292具有输出信号262。麦克风290、缓冲器298、可变增益放大器296、 采样保持电路294、以及模数转换器292是无线通信设备的元件并且被设计成在将音频输 入信号从麦克风290传输至无线通信设备的数字控制块时消耗最小的电力。
[0099] 麦克风290包括将声压差转换成电能的音频变换器。在一种实施例中，麦克风290 是驻极体麦克风并且其可以是驻极体MEMS麦克风。在另一种实施例中，麦克风290是动 态麦克风。根据一种特征，麦克风290以零伏特偏压运行。麦克风的电力使用可以介于约 IOpW与约200pW之间，并且使用等式8至等式11可以计算麦克风的电力使用。具体地，使 用等式8可以定义压力场中的电力。
[0101] 其中，P是压力，Z是大气的声阻抗，并且A是麦克风的孔径的面积。使用等式9可 以定义大气的声阻抗Z。
[0102] Z = P · c (9)
[0103] 其中，P是介质（此处，大气）的密度，并且c是声速。根据一种实施例，对于20°C 温度下的大气，大气的密度为I. 184kg/m3,声速为346. lm/s，并且阻抗Z为约409. 8Pa s/m。 应注意，在Im的距离（Γι)处，60dB的SPL为2. 0 · 10 3帕斯卡。在一种实施例中，麦克风与 嘴之间的距离（r2)仅为约1/3米，因此，传输信号的SPL更大。具体地，压力以比率巧/^增 加。使用等式10还可定义电容式传感器的电力。
[0105] 其中，C是电容，V是电压，并且f是频率。如等式11所示，假定将进入孔中的所有 声音动力转换成电能，则使用等式10可以计算电压与压力之比。
[0107] 根据一种实施例，如希尔顿总部的固态传感器、致动器、以及微系统研讨会中 的 T.Y. Hsu、W.H.Hsieh、Y.-C. Tai、以及 K. Furutani 于 1996 年在 "A Thin Film Teflon Electret Technology for Microphone Applications"中的第 235 页至第 238 页（http:// www. audiocircuit· com/A-PDF/AA-Materials-MAT/Membranes-ME/941-DUP-Teflon-e lect-A-AOl.pdf)描述的，麦克风是Caltech MEMS麦克风。麦克风的孔径的面积A是 12 X 10 6m2 (每侧为3. 5mm)。使用等式8至等式11，如果输入频率f是250Hz，则估计麦克 风使用约13pW的电力。
[0108] 在另一种实施例中，麦克风是Brilel和Kjeef 4953驻极体麦克风。麦克风的孔径 的面积A是127 X 10 6m2 (1/2"直径）。使用等式8至等式11，如果输入频率f是250Hz，则 估计麦克风使用约HOpW的电力。
[0109] 根据一种实施方式，由麦克风产生的峰值电压介于约900 μ V与约1.0 mV之间。
[0110] 信号从麦克风290被发送至低噪放大器298。低噪放大器298放大信号并且将信 号传输至变压器296。根据一种实施方式，缓冲器298是通过互补金属氧化物半导体（CMOS) 电压电平运行的低噪转移阻抗放大器。CMOS电压电平可以为约0. 7V、约I. 8V、或者约0. 7V 与约1.8V之间。
[0111] 在一种实施方式中，可变增益放大器可用于放大信号的振幅并且将信号输出至模 数转换器292。在一种实施方式中，模数转换器是采样保持电路294,其后是集成ADC 292。 在另一种实施方式中，模数转换器292可以是诸如Σ - Λ模数转换器等脉冲密度转换器。在 另一种实施方式中，模数转换器292可以是Λ编码的ADC。在另一种实施方式中，模数转换 器292是逐次逼近ADC。采样保持电路294对信号的电压进行采样并且保持信号的电压处 于恒定电平达一定时间段。该时间段可以介于约100 μ s与约100 μ s之间，并且可以为约 100 μ s、约 250 μ s、约 500 μ s、约 750 μ s、约 1 μ s、约 10 μ s、约 25 μ s、约 50 μ s、约 75 μ s、 或者约100 μ s。采样保持电路294将信号输出至ADC 292。
[0112] 根据一种实施例，基于I IfJ/步公制，缓冲器298、变压器296、以及模数转换器292 使用约247毫瓦特的电力。根据其他实施例，缓冲器298和可变增益放大器使用约337nW 的电力或者约584nW的电力。在其他实施例中，缓冲器298和可变增益放大器的电力使用 为约 200nW、约 250nW、约 300nW、约 350nW、约 400nW、约 450nW、约 500nW、约 550nW、约 600nW、 约750nW、或者约1000 nl
[0113] 根据一种实施方式，输入ADC 292的信号具有介于约90 μ V与约LOmV之间的电 压，并且ADC 292的前端增益为约40dB或者大于约40dB。在一种实施方式中，ADC 292使 用开关-电容器直接转换的二进制搜索阵列。根据一种特征，通过ADC 292使功耗最小化。 在一种实施例中，ADC292是逐次逼近的ADC，并且可以是450nW的12比特的IkS/s SAR ADC， 该ADC使用约3. 6 μ W的电力捕获高达至8kS/s的语音。在另一种实施例中，ADC 292是7. 5 比特的ENOB(有效比特数）的7. 75 μ W设计，且具有约46. 92dB的信噪比动态范围。在以 约500kS/s运行并且具有86f J/转换步骤的优值（FOM)的0. 18 μ m CMOS (互补金属氧化物 半导体）中可以实现该设计。
[0114] 图7是根据本发明的实施方式的接收音频输入的方法350的流程图。例如，在块 352,通过麦克风接收音频输入。音频输入可以是声压差。在块354,将声压差转换成电能。 可选地，在块356,可以对信号进行缓冲，以产生电压和电流。可选地，在块358,可将传入信 号转换成具有更高电压和更低电流的信号。在一种实施方式中，例如，通过可变增益放大器 还可以对信号的振幅进行放大。根据一种实施方式，阻抗转换电路转换电流和电压（在块 356)并且对电压信号的振幅进行放大。在块360,可选地，对信号的电压进行采样并且在一 定时间段内保持该信号的电压。在块362,将模拟信号转换成数字信号。根据一种实施方 式，在块362,模拟信号到数字信号的转换包括对信号的电压进行采样并且在一定时间段内 保持该信号的电压。将数字信号输出至无线通信设备的数字控制块。可选地，在块364,通 过处理器处理输出信号。在块366,将输出信号发送至后向散射收发器，例如，后向散射收发 器可以是基站或者另一 RF接收器。
[0115] 图8A是根据本发明的实施方式的包括初级绕组372、次级绕组374、开关模块376、 以及芯378的变压器370的示意性示图。根据一种特征，变压器370是微制造型变压器，并 且该制造的衬底可以是硅或者适用于微制造的另一种选择材料。初级绕组372和次级绕组 374绕芯378缠绕。初级绕组372具有初级电流384。初级电流384流经开关模块376并 且流经初级绕组372。次级绕组374具有次级电流386。
[0116] 根据一种特征，流经初级绕组372的电流384建立磁场并且变换的磁场感应跨初 级绕组372端的电压380。流经次级绕组374的电流386跨次级绕组374的端感应电压 388。根据一种特征，初级绕组372上的电压380比次级绕组386上的电压388更大。
[0117] 开关模块376连接至初级绕组372并且可包括一个或者多个开关382a至382i。可 以使用开关模块376调整初级绕组372中的匝数。在一种实施例中，当开关模块376的最左 侧开关382a闭合时，初级绕组372具有840匝。在另一种实施例中，仅当最右侧开关382i 闭合时，初级绕组372才具有410匝。在典型的实施方式中，一次仅闭合开关382a-382i中 的