專利名稱：用于提供麥克風介面的集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種集成電路。更明確地說，本發(fā)明提供一種關(guān)于可編程
(programmable)麥克風介面(interface)的集成電路。
背景技術(shù)：
聲音以及音頻頻帶應(yīng)用常常使用麥克風來自環(huán)境接收聲音或音頻能量且 將其轉(zhuǎn)變成電壓或電流。有一種很暢銷的麥克風稱為"駐極體電容(electret condenser)"型麥克風。此麥克風通常需要直流偏壓(DC bias)來操作。圖 1中展示了現(xiàn)有CODEC麥克風介面電路實例的示意圖。如圖所示，駐極體麥 克風102常常需要許多晶片外(off-chip)組件來與CODEC集成電路150介 接。舉例而言，以用于具噪聲的DC偏壓以及電源濾波的電阻112以及電阻 114以及電容122來對麥克風102加偏壓。增益級常常用于與CODEC晶片150 介接。在圖1中，增益級包括離散組件(discrete components)，諸如，電容 142、電容144、電容146以及電容148，以及電阻132、電阻134、電阻136 以及電阻138。盡管現(xiàn)有介面電路技術(shù)已被廣泛使用，但其受到許多限制，如 下文更詳細論述。
因此，需要一種用于麥克風介面電路的改良的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是關(guān)于集成電路。更明確地說，本發(fā)明提供一種關(guān)于麥克風介面 的集成電路的方法以及裝置。僅以實例說明之，本發(fā)明己被應(yīng)用至駐極體麥 克風的介面電路。但應(yīng)體認到，本發(fā)明具有范圍更加廣泛的適用性。舉例而 言，可將本發(fā)明應(yīng)用至其他種類的麥克風的介面電路或其他信號源的介面電路—。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種用于麥克風介面的集成電路。集成電路 包括用于接收輸入信號的輸入端子、用于提供輸出信號的輸出端子以及偏壓 電路。偏壓電路耦接至輸入端子以用于在輸入端子處提供偏壓信號且經(jīng)配置 以提供感測輸入信號。集成電路亦包括具有第一輸入端、第二輸入端以及輸 出端的第一放大器電路。第一輸入端經(jīng)配置以接收感測輸入信號、第一反饋 信號以及第二反饋信號。第二輸入端經(jīng)配置以接收第一參考信號，且輸出端 經(jīng)配置以將輸出信號提供至輸出端子。集成電路亦包括兩個反饋電路。第一 反饋電路與第一放大器電路的輸出端以及第一輸入端連通且將第一反饋信號 提供至第一放大器電路的第一輸入端。第二反饋電路與第一放大器電路的輸 出端以及第一輸入端連通且將第二反饋信號提供至第一放大器電路的第一輸
入端。第二反饋電路更包括積分器電路(integratorcircuit)。
在集成電路的特定實施例中，輸入端子經(jīng)配置以在無需外部組件的情況 下自駐極體麥克風接收輸入信號。在實施例中，偏壓電路包括用于提供第二 參考信號的參考電路，第二參考信號可為參考電壓或參考電流。偏壓電路包 括與輸入端子以及參考電路連通的第一輸入端電阻，以及與輸入端子以及第 一放大器電路的第二輸入端連通的第二輸入端電阻。
在某些實施例中，第一反饋電路包括處于并聯(lián)配置的第一反饋電阻以及 第一反饋電容。在一些實施例中，積分器電路包括耦接至第一放大器電路的 輸出端的反相放大器(inverting amplifier)以及第二放大器電路。第二放大器 電路包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端。第二輸入端耦接至第三參考 信號。第一反饋電路亦包括耦接至單位增益反相放大器的輸出端以及第二放 大器電路的第一輸入端的第二反饋電阻，以及耦接至第二放大器電路的第一 輸入端以及輸出端的第二反饋電容。在實施例中，第二放大器電路的輸出端 經(jīng)由第三反饋電阻耦接至第一放大器電路的第二輸入端。
在一些實施例中，積分器電路包括開關(guān)式電容電路(switched capacitor circuit)以及第二放大器電路。開關(guān)式電容電路包括開關(guān)電容(switch capacitor)以及第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)以及第四開關(guān)。第一開關(guān)以及第二開關(guān) 耦接至開關(guān)電容的第一端子，而第三開關(guān)以及第四開關(guān)耦接至開關(guān)電容的第 二端子。此外，第二開關(guān)以及第四開關(guān)耦接至第一參考信號。第二放大器電 路包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端。第一輸入端與開關(guān)式電容電路 的第三開關(guān)連通。第二輸入端耦接至第一參考信號。第二放大器電路亦包括 與第二放大器電路的第一輸入端以及輸出端連通的第二反饋電容。
在實施例中，集成電路亦包括供應(yīng)電壓。第一參考信號大小上為供應(yīng)電 壓的約一半以用于提供輸出端子處由供應(yīng)電壓允許的最大信號擺動。在某些
實施例中，集成電路的特征由DC回路增益表示，DC回路增益大到足以引起 第一放大器的輸出端處的電壓實質(zhì)上等于第一參考電壓。在特定實例中，集 成麥克風介面電路的特征由約80 dB至約140 dB的范圍中的DC回路增益表 示。在一些實施例中，集成電路的特征由大DC回路增益以及低交流(AC) 回路增益表示，從而引起輸出端子處的DC輸出電壓實質(zhì)上等于第一參考電 壓，且AC輸出電壓與第一反饋電路的阻抗以及經(jīng)過輸入端子的AC輸入電流
或電壓成線性比例。在另一實施例中，偏壓電路提供可編程電壓或電流參考， 且第一反饋電阻以及第二反饋電阻為可編程的。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，用于提供麥克風介面的集成電路包括分別用 于接收第一差動輸入信號(differential input signal)以及第二差動輸入信號的 第一輸入端子以及第二輸入端子。集成電路亦包括分別用于提供第一差動輸 出信號(differential output signal)以及第二差動輸出信號的第一輸出端子以及 第二輸出端子。集成電路更包括兩個偏壓電路。第一偏壓電路與第一輸入端 子以及第一參考信號連通，且提供第一感測輸入信號。第二偏壓電路與第二 輸入端子以及第二參考信號連通，且提供第二感測輸入信號。集成電路更包 括具有第一輸入端、第二輸入端以及第三輸入端的第一放大器電路。第一輸 入端接收第一感測輸入信號，第二輸入端接收第二感測輸入信號，且第三輸
、
入端接收共同模式參考信號(common-mode reference signal)。第一放大器電路亦具有第一輸出端以及第二輸出端。第一輸出端以及第二輸出端分別將第 一差動輸出音頻信號以及第二差動輸出音頻信號提供至第一輸出端子以及第 二輸出端子。此外，集成電路包括反饋電路，反饋電路與第一放大器電路的 第一輸入端以及第二輸入端以及第一輸出端以及第二輸出端連通。
在特定實施例中，第一輸入端子以及第二輸入端子經(jīng)配置以自駐極體麥 克風接收輸入信號。在實施例中，第一偏壓電路包括與第一輸入端子以及麥 克風參考信號源連通的第三電阻以及與第一輸入端子以及第三電阻連通的第 四電阻，第四電阻提供第一感測輸入信號。在實施例中，第二偏壓電路包括 與第二輸入端子以及接地參考電壓源連通的第五電阻，以及與第二輸入端子 以及第五電阻連通的第六電阻，第六電阻提供第二感測輸入信號。
在一些實施例中，反饋電路亦包括三個反饋電路。第一反饋電路與第一 放大器的第一輸出端以及第一輸入端連通。在特定實例中，第一反饋電路包 括并聯(lián)連接的第一電阻以及第一電容。第二反饋電路與第一放大器的第二輸 出端以及第二輸入端連通。在實例中，第二反饋電路包括并聯(lián)連接的第二電 阻以及第二電容。在實施例中，第三反饋電路為差動反饋電路。差動反饋電 路包括分別耦接至第一放大器電路的第一輸出端以及第二輸出端的第一輸入 端以及第二輸入端。差動反饋電路亦包括分別耦接至第一放大器電路的第一 輸入端以及第二輸入端的第 一輸出端以及第二輸出端。
在特定實施例中，差動反饋電路更包括以下組件。差動放大器包括第一 輸入端、第二輸入端以及第三輸入端，以及第一輸出端以及第二輸出端。第 三輸入端接收共同模式參考信號。第一電阻連接至差動放大器的第一輸入端。 第二電阻連接至差動放大器的第一輸出端。第一電容連接差動放大器的第一 輸入端與第一輸出端。第三電阻連接至差動放大器的第二輸入端。第四電阻 連接至差動放大器的第二輸出端。第二電容連接差動放大器的第二輸入端與 第二輸出端。在實施例中，集成電路亦包括供應(yīng)電壓。共同模式參考信 號大 小上為供應(yīng)電壓的約一半以用于提供輸出端子處由供應(yīng)電壓允許的最大信號 擺動。根據(jù)本發(fā)明的替代性實施例，用于麥克風介面的集成電路包括用于接收 輸入信號的輸入端子、用于提供輸出信號的輸出端子以及用于提供偏壓信號 的可編程參考電路。集成電路亦包括具有第一輸入端、第二輸入端，以及輸 出端的第一放大器電路。第一輸入端經(jīng)配置以接收偏壓信號、第一反饋信號， 以及第二反饋信號。第二輸入端經(jīng)配置以接收第一參考信號。輸出端經(jīng)配置 以提供輸出信號至輸出端子。集成電路更包括兩個反饋電路。第一反饋電路 與第一放大器電路的輸出端以及第一輸入端連通，且將第一反饋信號提供至 第一放大器電路的第一輸入端。第二反饋電路與第一放大器電路的輸出端以 及第一輸入端連通，且將第二反饋信號提供至第一放大器電路的第一輸入端。 第二反饋電路亦包括積分器電路。
在以上集成電路的特定實施例中，輸入端子經(jīng)配置以在無需外部組件的 情況下自駐極體麥克風接收輸入信號。在實施例中，偏壓電路包括用于提供 第二參考信號的參考電路，第二參考信號可為參考電壓或參考電流。偏壓電 路包括與輸入端子以及參考電路連通的第一輸入端電阻，以及與輸入端子以 及第一放大器電路的第二輸入端連通的第二輸入端電阻。
在某些實施例中，第一反饋電路包括處于并聯(lián)配置的第一反饋電阻以及 第一反饋電容。在一些實施例中，積分器電路包括耦接至第一放大器電路的 輸出端的反相放大器以及第二放大器電路。第二放大器電路包括第一輸入端、 第二輸入端以及輸出端。第二輸入端耦接至第三參考信號。第一反饋電路亦 包括耦接至單位增益反相放大器的輸出端以及第二放大器電路的第一輸入端 的第二反饋電阻，以及耦接至第二放大器電路的第一輸入端以及輸出端的第 二反饋電容。在實施例中，第二放大器電路的輸出端經(jīng)由第三反饋電阻耦接 至第一放大器電路的第二輸入端。
在一些實施例中，積分器電路包括開關(guān)式電容電路以及第二放大器電路。 開關(guān)式電容電路包括開關(guān)電容以及第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)以及第四 開關(guān)。第一開關(guān)以及第二開關(guān)耦接至開關(guān)電容的第一端子，而第三開關(guān)以及第四開關(guān)耦接至開關(guān)電容的第二端子。此外，第二開關(guān)以及第四開關(guān)耦接至 第一參考信號。第二放大器電路包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端。 第一輸入端與開關(guān)式電容電路的第三開關(guān)連通。第二輸入端耦接至第一參考 信號。第二放大器電路亦包括與第二放大器電路的第一輸入端以及輸出端連 通的第二反饋電容。
在實施例中，集成電路亦包括供應(yīng)電壓。第一參考信號大小為供應(yīng)電壓 的約一半以用于提供輸出端子處由供應(yīng)電壓允許的最大信號擺動。在某些實
施例中，集成電路的特征由DC回路增益表示，DC回路增益大到足以引起第
一放大器的輸出端處的電壓實質(zhì)上等于第一參考電壓。在特定實例中，集成
麥克風介面電路的特征由約80 dB至約140 dB的范圍中的DC回路增益表示。 在一些實施例中，集成電路的特征由大DC回路增益以及低AC回路增益表示， 從而引起輸出端子處的DC輸出電壓實質(zhì)上等于第一參考電壓，且AC輸出電 壓與第一反饋電路的阻抗以及經(jīng)過輸入端子的AC輸入電流或電壓成線性比
例。在另一實施例中，偏壓電路提供可編程電壓或電流參考，且第一反饋電 阻以及第二反饋電阻為可編程的。
在特定實施例中，本發(fā)明提供一種用于提供可編程麥克風介面的集成電 路。集成電路包括用于接收輸入信號的輸入端子以及用于提供輸出音頻信號 的輸出端子。集成電路包括與輸入端子連通的偏壓電路。集成電路亦包括第 一放大器電路以及多個反饋電路。舉例而言，在實施例中，集成電路包括兩 個反饋電路。第一放大器電路包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端。在 第一放大器中，第一輸入端與第一反饋電路連通，此外，可經(jīng)程式以接收輸 入信號或反饋信號。舉例而言，第一輸入端回應(yīng)于第一模式控制信號(mode control signal)接收輸入信號以及回應(yīng)于第二模式控制信號接收反饋信號。第 二輸入端回應(yīng)于第一模式控制信號接收反饋信號以及回應(yīng)于第二模式控制信 號接收輸入信號。輸出端將輸出信號提供至輸出端子。第一反饋電路與第一 放大器的輸出端以及第一輸入端連通，且第一反饋電路包括并聯(lián)連接的第一電阻以及第一電容。第二反饋電路包括與第一放大器電路的輸出端連通的積 分器電路。第二反饋電路提供反饋信號。
在集成電路的實施例中，積分器包括開關(guān)式電容電路、放大器以及電容。 開關(guān)式電容電路包括第二電容以及第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)以及第四 開關(guān)。第一開關(guān)以及第二開關(guān)耦接至第二電容的第一端子，且第三開關(guān)以及 第四開關(guān)耦接至第二電容的第二端子。第一開關(guān)以及第三開關(guān)回應(yīng)第一時脈 信號，且第二開關(guān)以及第四開關(guān)回應(yīng)第二時脈信號。放大器電路包括第一輸 入端、第二輸入端以及輸出端。第一輸入端以及第二輸入端分別與開關(guān)式電 容電路的第三開關(guān)以及第四開關(guān)連通，且第二輸入端亦與第二參考電壓信號 連通。第三電容與放大器的第一輸入端以及輸出端連通。在實施例中，第二 參考電壓信號為供應(yīng)電壓的約一半以用于提供輸出端處的最大信號擺動。
在特定實施例中，集成電路的特征由大DC回路增益以及低AC回路增益 表示，從而引起輸出端子處的DC輸出電壓實質(zhì)上等于第二參考電壓，且AC 輸出電壓與第一反饋電路的阻抗以及經(jīng)過輸入端子的AC輸入電流成線性比 例。在實施例中，第三電容為MOS夾層電容(sandwich capacitor)。在實施 例中，麥克風參考電壓源電路提供可編程麥克風參考電壓源。
在另一實施例中，本發(fā)明提供集成麥克風介面電路，集成麥克風介面電 路包括用于接收輸入信號的輸入端子以及用于提供輸出音頻信號的輸出端 子。集成麥克風介面電路包括與輸入端子連通的第一電阻以及耦接至第一電 阻的第一參考電路。集成麥克風介面電路亦包括第一放大器電路以及兩個反 饋電路。第一放大器電路包括用于接收輸入信號的第一輸入端、第二輸入端 以及用于將輸出信號提供至輸出端子的輸出端。第一反饋電路與第一放大器 的輸出端以及第一輸入端連通。第一反饋電路包括并聯(lián)連接的第二電阻以及 第一電容。第二反饋電路包括積分器電路且與第一放大器的輸出端以及第二 輸入端連通。在實施例中，第一參考電壓或電流獨立于第一反饋電路以及第 二反饋電路。在以上集成電路的實施例中，將集成電路提供于單一集成電路晶片中。
在集成麥克風介面電路的特定實施例中，輸入端子經(jīng)配置以在無需外部電容
的情況下自駐極體麥克風接收輸入信號。在實施例中，麥克風參考為可編程
的。本發(fā)明的實施例包括積分器的各種實施。在一個實例中，積分器包括第
二放大器，第二放大器包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端。第一輸入
端耦接至第三電阻。第二輸入端耦接至第二參考電壓信號，第二電容耦接至
放大器的第一輸入端以及輸出端。在另一實例中，積分器包括開關(guān)式電容電
路、放大器以及電容。開關(guān)式電容電路包括第二電容以及第一開關(guān)、第二開
關(guān)、第三開關(guān)以及第四開關(guān)。第一開關(guān)以及第二開關(guān)耦接至第二電容的第一
端子，且第三開關(guān)以及第四開關(guān)耦接至第二電容的第二端子。第一開關(guān)以及
第三開關(guān)回應(yīng)第一時脈信號，且第二開關(guān)以及第四開關(guān)回應(yīng)第二時脈信號。
放大器電路包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端。第一輸入端以及第二
輸入端分別與開關(guān)式電容電路的第三開關(guān)以及第四開關(guān)連通，且第二輸入端 亦與第二參考電壓信號連通。第三電容與放大器的第一輸入端以及輸出端連通。
在特定實施例中，集成電路的特征由大DC回路增益以及低AC回路增益 表示，從而引起輸出端子處的DC輸出電壓實質(zhì)上等于第二參考電壓，且AC 輸出電壓與第一反饋電路的阻抗以及經(jīng)過輸入端子的AC輸入電流成線性比 例。在實施例中，第三電容為MOS夾層電容。在實施例中，麥克風參考電壓 源電路提供可編程麥克風參考電壓源。
在替代性實施例中，本發(fā)明提供集成麥克風介面電路，集成麥克風介面 電路包括用于接收輸入信號的輸入端子以及用于提供輸出音頻信號的輸出端 子。集成麥克風介面電路包括與輸入端子連通的第一電阻以及耦接至第一電 阻的第一參考電路。麥克風介面電路亦包括第一放大器電路，第一放大器電 路包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端。在第一放大器中，第二輸入端 接收輸入信號，且輸出端將輸出信號提供至輸出端子。麥克風介面電路亦包 括兩個反饋電路。第一反饋電路與第一放大器的輸出端以及第一輸入端連通，且其包括并聯(lián)連接的第二電阻以及第一電容。第二反饋電路與第一放大器的 輸出端以及第一輸入端連通，且其包括積分器電路。在實施例中，將集成電 路提供于單一集成電路晶片中。在特定實施例中，輸入端子經(jīng)配置以在無需 外部電容的情況下自駐極體麥克風接收輸入信號。在另一實施例中，麥克風 參考電壓或電流為可編程的，且第一電阻以及第二電阻為可編程的。在特定 實施例中，麥克風參考電壓或電流獨立于第一反饋電路以及第二反饋電路。
借助于本發(fā)明達成優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的許多益處。舉例而言，在特定實施例 中，提供用于在無需外部組件的情況下在單一集成電路晶片中整合DC偏壓與
交流耦合(AC coupling)以及藉由組合AC以及DC信號來節(jié)約集成電路封 裝上的針腳的技術(shù)。在實施例中，提供用于減小的DC偏壓噪聲以及改良的電 源抑制以防止介面電路干擾麥克風信號的技術(shù)。在實施例中，提供用以防止 麥克風麥克風參考電壓源被強加至放大器輸出端上且限制用于大偏壓電壓要 求的信號擺動，使得輸出端處的信號可能不會在集成電路的后面的電路級的 輸入端處飽和的技術(shù)。在一些實施例中，由本發(fā)明所提供的方法可節(jié)約應(yīng)用 中的材料清單(B.O.M.)成本以及PCB面積。在特定實施例中，提供用以減 小外部噪聲源以及電源噪聲的影響的技術(shù)。在一些實施例中，亦提供一種用 于差動介面電路的方法。在某些實施例中，介面電路的AC特征以及DC特征 由晶片上電容以及電阻來確定，且可使用電路布局技術(shù)使得可達成可能產(chǎn)生 精確增益以及時間恒定參數(shù)的精確匹配。此等參數(shù)在諸如波束形成(beam forming)的應(yīng)用中至關(guān)重要。此外，若有需要，可根據(jù)本發(fā)明的實施例采用 調(diào)諧或校準方法。在實施例中，提供用于藉由改變反饋級中的開關(guān)電容的時 脈頻率的可編程音頻靜噪(squelch)的技術(shù)。視實施例而定，可達成此等益 處的一或多者。將遍及本說明書且更明確地說在下文更詳細描述此等以及其 他益處。
參考實施方式以及以下的附圖可更全面地了解本發(fā)明的各種額外目標、 特征以及優(yōu)勢。200


圖1為現(xiàn)有麥克風CODEC介面電路的示意圖。 圖2a為根據(jù)本發(fā)明的實施例的集成麥克風介面電路的簡化示意圖。 圖2b為根據(jù)本發(fā)明的實施例的集成麥克風介面電路的增益轉(zhuǎn)換函數(shù)的簡 化圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的集成麥克風介面電路的簡化示意圖。 圖4為根據(jù)本發(fā)明的替代性實施例的積體差動麥克風介面電路的簡化示 意圖。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的集成麥克風介面電路的簡化示意圖。 圖6為根據(jù)本發(fā)明的另一替代性實施例的集成麥克風介面電路的簡化示 意圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的集成麥克風介面電路的簡化示意圖。 圖8為根據(jù)本發(fā)明的另一替代性實施例的集成麥克風介面電路的簡化示 意圖。
圖9為根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的集成麥克風介面電路的簡化示意圖。 圖10為根據(jù)本發(fā)明的另一替代性實施例的集成麥克風介面電路的簡化示 意圖。
圖11為根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于可編程麥克風介面電路的集成電路的 簡化示意圖。
附圖標號
100:麥克風介面電路 102:駐極體麥克風
112:電阻 114:電阻
122:電容 132:電阻
134:電阻 136:電阻
138:電阻 142:電容
144:電容 146:電容148:電^"150:CODEC集成電路
200:集成麥克風介面電路202:輸入節(jié)點
204:輸出節(jié)點206:輸入端
207:輸入端208:麥克風參考電壓源
211:積分器電路213:放大器
215:放大器217:放大器
221:電阻222:電阻
223:電阻224:電阻
225:電阻231:電容
232:電容261:反饋路徑
262:反饋路徑300:麥克風介面電路
311:積分器電路315:放大器
320:開關(guān)式電容電路330:MOS夾層電容
335:電容400:集成麥克風介面電路
401:輸入節(jié)點402:輸入節(jié)點
4G3:輸出節(jié)點404:輸出節(jié)點
407:麥克風參考電壓源411:差動反饋電路
413:放大器415:放大器
421:電阻422:電阻
423:電阻424:電阻
425:電阻431:電容
432:電容441:輸入端
442:輸入端451:電阻
452:電阻453:電阻
454:電阻455:電阻
457:接地電壓461:反饋路徑、電容462:反饋路徑、電容463:反饋路徑
464:反饋路徑500:集成麥克風介面電路
502:節(jié)點504:輸出節(jié)點
507:麥克風參考電壓源511:積分器電路
513:放大器515:放大器
517:放大器521:電阻
522:電阻524:電阻
531:電容532:電^"
541:輸入端542:輸入端
561:反饋路徑562:反饋路徑
600:麥克風介面電路611:積分器電路
620:開關(guān)式電容網(wǎng)路630:MOS夾層電容
635:電容700:集成麥克風介面電路
702:輸入端子704:輸出節(jié)點
706:輸入端707:第二輸入端
708:麥克風參考電壓源711:積分器電路713:放大器715:放大器
721:電阻722:電阻
725:電阻731:
732:電容761:反饋路徑
762:反饋電路800:麥克風介面電路
811:積分器電路815:放大器
820:開關(guān)式電容電路830:MOS夾層電容
835:電容900:集成麥克風介面電路
902:輸入端子904:輸出節(jié)點
906:第二輸入端907:輸入端908:麥克風參考電壓源911:積分器電路913:放大器915:放大器
917:放大器電路921:電阻
922:電阻924:電阻
925:電阻931:電容
932:電容961:反饋路徑
962:反饋路徑1000:麥克風介面電路
1011:積分器電路1015:放大器
1020:開關(guān)式電容電路1030:MOS夾層電容
1035:電容1100:麥克風介面電路
1102:輸入端子1104:輸出端子
1106:第一輸入端1107:第二輸入端
1108:麥克風參考電壓源1111:積分器電路
1113:放大器電路1115:放大器
1120:開關(guān)式電容電路1122:電阻
1124:電阻1125:電阻
1130: MOS夾層電容1132:電容
1135:第二電容1141:開關(guān)裝置
1142:開關(guān)裝置1161:第一反饋電路
1162:第二反饋電路1163:節(jié)點
s1:開關(guān)S2:開關(guān)s3:開關(guān)s4:開關(guān)
具體實施例方式
本發(fā)明是關(guān)于一種集成電路。更明確地說，本發(fā)明提供一種關(guān)于麥克風 介面的集成電路的方法以及裝置。僅以實例說明之，本發(fā)明已被應(yīng)用至用于駐極體麥克風的介面電路。但應(yīng)體認到，本發(fā)明具有范圍更加廣泛的適用性。 舉例而言，可將本發(fā)明應(yīng)用至其他種類的麥克風的介面電路或其他信號源的 介面電路。
視實施例而定，本發(fā)明包括可使用的各種特征。此等特征包括以下特征:
1. 在無需外部組件的情況下，DC偏壓與AC耦合在晶片上的整合。
2. 用以選擇兩個操作模式的可編程控制；
3. 允許信號校準以及用于提供輸出端處的最大信號擺動的共同模式參考 電壓的供應(yīng)；
4. 低針腳計數(shù)；
5. 用于減小外部噪聲源以及電源噪聲的影響的電路設(shè)計；
6. 替代性差動介面電路設(shè)計；
7. 藉由匹配晶片上組件所提供的較佳增益以及時間恒定控制；以及
8. 可編程靜噪。
圖2a為根據(jù)本發(fā)明的實施例的集成麥克風介面電路200的簡化示意圖。 如圖所示，集成麥克風介面電路(MIC) 200包括用于接收輸入信號Vin 的輸入節(jié)點202以及用于傳遞輸出信號Vout的輸出節(jié)點204。 MIC 200包括 經(jīng)由電阻225耦接至Vin的麥克風參考電壓源208。 MIC 200亦包括具有經(jīng)由 電阻223耦接至Vin的輸入端206以及在204處耦接至Vout的輸出端的第一 放大器213。放大器213包括耦接至共同模式參考電壓Ve。mm。nm。de的第二輸入 端207。根據(jù)本發(fā)明的實施例，MIC200包括在放大器213的輸入端與輸出端 之間連通的反饋路徑。在圖2a中所展示的特定實例中，MIC 200包括與放大 器213的輸出端204以及輸入端206連通的兩個反饋路徑261以及262。反饋 路徑261包括電阻222 (R2)以及電容232 (C2)的并聯(lián)組合。反饋路徑262 包括在放大器213的輸出端204與輸入端206之間串聯(lián)連接的放大器217、積 分器電路211，以及電阻224 (R4)。在特定實施例中，積分器電路211包括 放大器215、連接至放大器215的第一輸入端的電阻221 (Rl)，以及連接于
22放大器215的第一輸入端與輸出端之間的電容231 (Cl)。在特定實施例中，
參考電壓Ve。，。nm。de連接至放大器215的第二輸入端。
在較佳實施例中，MIC 200中的放大器213、 215，以及217可為運算放 大器。但亦可使用其它適當放大器。在本發(fā)明的特定實施例中，Vin可為來自 麥克風102 (例如，駐極體麥克風)的輸出信號。舉例而言，Vin可為聲音頻 帶或音頻頻帶信號。在實施例中，可將Vout耦接至CODEC的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器(ADC)(未圖示)。在某些實施例中，麥克風參考電壓源208可為可編 程電壓源。在特定實施例中，晶片上(可編程)麥克風參考電壓源208經(jīng)由 可編程晶片上電阻225將DC電流提供至外部麥克風。在實施例中，電阻223 以及225形成與輸入端子202以及麥克風參考電壓源208連通的麥克風偏壓 電路。偏壓電路將感測輸入信號提供至放大器213的輸入端206。如圖2a中 所展示，電阻225與輸入端子202以及麥克風參考電壓源208連通。類似地， 電阻223與輸入端子202以及電阻225連通。在此實例中，電阻223將感測 輸入信號提供至放大器213的輸入端206。在特定實施例中，放大器217具有 增益-1。當然，可存在其它變化、修改以及替代。
根據(jù)本發(fā)明的特定實施例，可以以下方程式表示MIC 200的增益轉(zhuǎn)換函
<formula>formula see original document page 23</formula>
圖2b為用于根據(jù)本發(fā)明的實施例的麥克風介面電路的增益轉(zhuǎn)換函數(shù)的簡 化圖。如圖所示，在高頻率下，增益函數(shù)可由以下公式來近似求得。
<image>image see original document page 23</image>
在聲音或音頻頻帶頻率范圍中，反饋回路的此AC回路增益小 從而允許 AC信號經(jīng)過。在較低頻率下，增益函數(shù)可由以下公式近似求得。<formula>formula see original document page 24</formula>
根據(jù)本發(fā)明的實施例，MIC200的特征由足夠大以迫使增益級的共同模式
輸出電壓為Ve。mm。，de的DC回路增益表示。舉例而言，在特定實施例中，
MIC 200可具有大約80dB至140dB的DC回路增益。
在本發(fā)明的實施例中，在無需外部組件的情況下，麥克風介面電路(MIC) 200在單一集成電路晶片中提供DC偏壓與AC耦合。在實施例中，提供DC 偏壓的電路獨立于反饋電路。在特定實施例中，可藉由(例如)選擇適當電 阻以及電容來獲得所要的轉(zhuǎn)換特征。僅作為實例，電阻221 (Rl)通常具有 在100 MQ至500 MQ的范圍中的高電阻，而電阻222 (R2)、電阻223 (R3)， 以及電阻224 (R4)可具有l(wèi)kQ至500kQ的范圍中的電阻。電容231(C1)以 及電容232 (C2)可具有3pF至600pF的范圍中的電容。當然， 一般熟習此 項技術(shù)者可認識其它變化、修改以及替代。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的集成麥克風介面電路的簡化示意圖。 如圖所示，麥克風介面電路300類似于上文參考圖2a所論述的麥克風介面電 路200。在MIC 300中，積分器電路311用于代替MIC 200中的積分器電路 211。如圖所示，積分器電路311包括放大器315、開關(guān)式電容電路320，以 及MOS夾層電容330。此設(shè)計使得裝置面積實質(zhì)上減小。開關(guān)式電容電路320 包括電容335以及四個開關(guān)S,、 S2、 S3以及S4。如圖所示，Si以及S2耦接至 電容335的第一端子。S3以及S4耦接至電容335的第二端子。在特定實施例 中，S2以及S4亦耦接至共同模式參考電壓Vc。mm。nm。de。在實施例中，S,以及 S3回應(yīng)第一時脈信號Op而S2以及S4回應(yīng)第二時脈信號①2。放大器電路315 包括第一輸入端、第二輸入端，以及輸出端。第一輸入端與S3連通，且第二 輸入端與開關(guān)式電容電路320的S2以及S4連通。在積分器電路311中，電容 330與放大器的第一輸入端以及輸出端連通。
請注意在MIC200中的積分器級中，電阻221常常為大電阻(例如，100MQ至500 MQ)，其需要大的裝置面積。在MIC 300中，此電阻由開關(guān)式 電容網(wǎng)路320提供，其可實施于集成電路中的相對小的裝置面積中。此外， 由于此為抽樣系統(tǒng)，故增益級上的反饋電容將提供抗混淆濾波且大積分器電 容提供平滑。在實施例中，由晶片上時脈信號O,以及02來控制開關(guān)式電容 網(wǎng)路。藉由改變時脈頻率，亦可實施靜噪功能。亦如圖3中所示，MOS夾層電容330用于MIC300中，代替MIC 200中 的反饋電容231。反饋電容231通常都是很大的，例如，100pF-300pF。根據(jù) 本發(fā)明的實施例，用于MIC 300中的MOS夾層電容提供較小裝置面積的優(yōu)勢。 非線性對于此電容而言是小問題，因為頻帶內(nèi)信號經(jīng)過此電容被高度衰減。圖4為根據(jù)本發(fā)明的替代性實施例的積體差動麥克風介面電路的簡化示 意圖。如圖所示，集成麥克風介面電路(MIC) 400包括用于接收差動輸入信號 Vin的差動輸入節(jié)點401以及差動輸入節(jié)點402。 MIC 400包括用于提供差動 輸出信號Vout的差動輸出節(jié)點403以及差動輸出節(jié)點404。在實施例中，MIC 400包括第一麥克風偏壓電路，第一麥克風偏壓電路包括電阻423以及電阻 425。麥克風參考電壓源407經(jīng)由電阻425耦接至輸入節(jié)點401。 MIC 400亦 包括第二麥克風偏壓電路，第二麥克風偏壓電路包括電阻453以及電阻455。 電阻455將輸入節(jié)點402耦接至接地電壓457。在替代性實施例中，457可為 另一參考電壓。MIC 400亦包括具有分別經(jīng)由電阻423以及電阻453耦接至 401以及402的輸入端441以及輸入端442的第一放大器413。亦即，放大器 413的輸入端441以及輸入端442分別接收由第一麥克風偏壓電路以及第二麥 克風偏壓電路所提供的感測輸入信號。放大器413包括耦接至共同模式參考 電壓Ve。mm。nm。de的輸入端。根據(jù)本發(fā)明的實施例，MIC 400包括在放大器413 的輸入端與輸出端之間連通的反饋路徑。在圖4中所展示的特定實例中，MIC 400包括各自與放大器413的輸入端以及輸出端連通的四個反饋路徑461、 462、 463以及464。舉例而言，輸出端404與輸入端442之間的反饋路徑46125包括電阻422以及電容432的并聯(lián)組合。放大器413的輸出端404與輸入端 441之間的反饋路徑462包括與積分器串聯(lián)連接的電阻424，所述積分器包括 放大器415、電阻421以及電容431。輸出端403與輸入端441之間的反饋路 徑463包括電阻452以及電容462的并聯(lián)組合。放大器413的輸出端403與 輸入端442之間的反饋路徑464包括與第二積分器串聯(lián)連接的電阻454，所述 第二積分器包括放大器415、電阻451，以及電容461。在特定實施例中，共 同模式參考電壓V,m。^。de連接至放大器415的輸入端?？筛鶕?jù)差動信號進行 關(guān)于MIC 400的替代性描述。舉例而言，反饋路徑461以及反饋路徑463將 差動反饋信號自放大器413的輸出端提供至放大器413的輸入端，且反饋路 徑462以及反饋路徑464將另一差動反饋信號自放大器413的輸出端提供至 放大器413的輸入端。如圖4中所示，反饋路徑462以及反饋路徑464形成 差動反饋電路411。在較佳實施例中，MIC400中的放大器413以及放大器415可為運算放大 器。但亦可使用其它適當放大器。在本發(fā)明的特定實施例中，Vin可為來自麥 克風(例如，駐極體麥克風)的輸出信號。舉例而言，Vin可為來自麥克風的 聲音或音頻頻帶信號。在實施例中，可將Vout耦接至像是CODEC的模擬數(shù) 字轉(zhuǎn)換器(ADC)。在某些實施例中，麥克風參考電壓源407可為可編程電 壓源。在特定實施例中，晶片上(可編程)麥克風參考電壓源407經(jīng)由(可 編程)晶片上電阻425將DC電流提供至外部麥克風。根據(jù)本發(fā)明的實施例，MIC400提供差動反饋路徑。類似于MIC200，在 聲音或音頻頻帶頻率范圍中，MIC400中的反饋回路的AC回路增益小，從而 允許AC信號經(jīng)過輸入端子到達輸出端。根據(jù)本發(fā)明的實施例，MIC400的特 征由足夠大以迫使增益級的共同模式輸出電壓為Ve。mm。nm。de的DC回路增益表 示。舉例而言，在特定實施例中，MIC 400可具有大約80dB至140dB的DC 回路增益。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例，在無需外部組件的情況下， 麥克風 介面電路400在單一集成電路晶片上提供DC偏壓與AC耦合。在實施例中，提供DC偏壓的電路獨立于反饋電路。圖5為根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的麥克風介面電路的簡化示意圖。如圖 所示，集成麥克風介面電路(MIC) 500包括用于接收輸入信號Vin的輸入節(jié) 點502以及用于傳遞輸出信號Vout的輸出節(jié)點504。 MIC 500包括麥克風參 考電壓源507。 MIC 200亦包括具有輸入端541以及輸入端542以及在504處 耦接至Vout的輸出端的第一放大器513。輸入端542耦接至Vin,且第二輸 入端541耦接至麥克風參考電壓源507。根據(jù)本發(fā)明的實施例，MIC包括在放 大器513的輸入端與輸出端之間的反饋電路。在圖5中所展示的特定實例中， MIC 500包括與放大器513的輸入端以及輸出端連通的兩個反饋路徑。反饋路 徑561包括電阻522以及電容532的并聯(lián)組合。反饋路徑562包括在放大器 513的輸出端與輸入端之間串聯(lián)連接的積分器電路511以及電阻524。在特定 實施例中，積分器電路511包括放大器517、放大器515、電阻521以及電容 531。電阻521連接至放大器515的輸入端，且電容531連接于放大器515的 輸入端與輸出端之間。在特定實施例中，參考電壓Vc。mm。nm。de連接至放大器 515的輸入端。在較佳實施例中，MIC 500中的放大器可為運算放大器。但亦可使用其它 適當放大器。在本發(fā)明的特定實施例中，Vin可為來自麥克風(例如，駐極體 麥克風)的輸出信號。舉例而言，Vin可為來自麥克風的聲音或音頻頻帶信號。 在實施例中，可將Vout耦接至像是CODEC的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。在 某些實施例中，麥克風參考電壓源507可為可編程電壓源。在實施例中，放 大器517具有增益-1。根據(jù)本發(fā)明的實施例，MIC 500包括執(zhí)行類似于上文參考圖2a所描述的 MIC200中的反饋路徑的功能的反饋路徑561以及反饋路徑562。在MIC 500 中，在聲音或音頻頻帶頻率范圍中，反饋回路的AC回路增益小，從而允許 AC信號經(jīng)過輸入端子到達輸出端。根據(jù)本發(fā)明的實施例，MIC50D的特征由 足夠大以迫使輸出電壓為共同模式電壓的DC回路增益表示。舉例而言，在特27定實施例中，MIC 500可具有大約80dB至140dB的DC回路增益。因此，根 據(jù)本發(fā)明的實施例，在無需外部組件的情況下，麥克風介面電路500在單一 集成電路晶片中提供DC偏壓與AC耦合。在實施例中，提供DC偏壓的電路 獨立于反饋電路。圖6為根據(jù)本發(fā)明的另一替代性實施例的集成麥克風介面電路的簡化示 意圖。如圖所示，麥克風介面電路600類似于參考圖5所論述的麥克風介面 電路500。請注意MIC 600包括積分器電路6U以代替MIC 500中的積分器 電路511。如圖所示，積分器電路611包括開關(guān)式電容網(wǎng)路620以及MOS夾 層電容630。參考上文關(guān)于MIC 500以及圖5的論述可理解積分器電路611 的通用操作。然而，與MIC 500相比，MIC 600具有提供較小裝置面積的優(yōu) 勢，可由例如開關(guān)式電容網(wǎng)路以及MOS夾層電容提供。圖7為根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的麥克風介面電路的簡化示意圖。如圖 所示，集成麥克風介面電路(MIC) 700包括用于接收輸入信號Vin的輸入端 子702以及用于提供輸出信號Vout的輸出節(jié)點704。 MIC 700包括經(jīng)由電阻 725 (R3)耦接至Vin的麥克風參考電壓源708。視實施例而定，麥克風參考 電壓源708可提供參考電壓或參考電流。MIC 700亦包括具有耦接至Vin以接 收電流Iin的輸入端706以及耦接至輸出端子704的輸出端的第一放大器713。 放大器713包括如下文所論述自反饋電路762接收反饋信號的第二輸入端 707。根據(jù)本發(fā)明的實施例，MIC700包括與放大器713的輸入端以及輸出端 連通的反饋電路。在圖7中所展示的特定實例中，MIC 700包括分別與放大器 713的輸出端704以及輸入端706以及輸入端707連通的兩個反饋路徑761以 及762。反饋路徑761包括電阻722 (R2)以及電容732 (C2)的并聯(lián)組合。 反饋路徑762包括連接于放大器713的輸出端704與輸入端707之間的積分 器電路711。在特定實施例中，積分器電路711包括放大器715、連接至放大 器715的輸入端的電阻721 (Rl)，以及連接于放大器715的輸入端與輸出 端之間的電容731 (Cl)。在實施例中，電阻722以及電阻725為可編程電阻。在特定實施例中，參考電壓Ve。，。^。de連接至放大器715的第二輸入端。在較佳實施例中，MIC 700中的放大器可為運算放大器。但亦可使用其它 適當放大器。在本發(fā)明的特定實施例中，輸入端子702處的信號Vin可為來 自麥克風(例如，駐極體麥克風)的輸出信號。舉例而言，亦可使用其它類 型的麥克風。視應(yīng)用而定，Vin可為聲音頻帶信號或音頻頻帶信號。在實施例 中，輸出信號Vout可為耦接至CODEC的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的音頻頻 帶信號。在某些實施例中，麥克風參考電壓源708可為可編程電壓源。在特 定實施例中，晶片上可程式參考708經(jīng)由晶片上電阻725將DC電流提供至外 部麥克風。在實施例中，電阻725為可編程電阻。因此，在實施例中，本發(fā) 明提供包括電阻725以及麥克風參考電壓源源708的晶片上麥克風偏壓電路。根據(jù)本發(fā)明的實施例，可由以下公式表示MIC700的增益轉(zhuǎn)換函數(shù)。 V加《s) -R2__s-Ri.Ci_Iin(S) —R2 + R3'" H.R3'Cl.C2 R3如.Cl + R2-C2)，、w ^- ^----+ s--^-----^ + jR3 、 R2 + R3 R2 + R3 J在高頻率下，MIC700的增益轉(zhuǎn)換函數(shù)可由以下公式近似求得。 H(s)=V-(s)— 1Ln(S) (S.C2)在較低頻率下，增益函數(shù)可由以下公式近似求得。 、 Vout(S) nH(s) =-^ — R2Ln(S)根據(jù)本發(fā)明的實施例，在聲音或音頻頻帶頻率范圍中，反饋回路的AC 回路增益小，且DC回路增益大。舉例而言，在特定實施例中，MIC 700可具 有大約80dB至140dB的DC回路增益。更特定言的，MIC 700的特征由大 DC回路增益以及低AC回路增益表示，從而引起輸出端子處的DC輸出電壓 實質(zhì)上等于第二參考電壓，且AC輸出電壓與第一反饋電路的阻抗以及經(jīng)過輸 入端子的AC輸入電流或電壓成線性比例。在本發(fā)明的實施例中，在無需外部組件的情況下，麥克風介面電路(MIC)700在單一集成電路晶片中提供DC偏壓與AC耦合。在實施例中，提供DC 偏壓的電路獨立于反饋電路。在特定實施例中，可藉由選擇適當電阻以及電 容來獲得所要的轉(zhuǎn)換特征(諸如，麥克風偏壓、高DC回路增益以及低AC回 路增益)。僅作為實例，電阻721 (Rl)通常具有在100MQ至500MQ的范 圍中的高電阻，而電阻722 (R2)以及電阻723 (R3)可具有1 kQ至500 k Q的范圍中的電阻。電容731(C1)以及電容732 (C2)可具有3 pF至500 pF 的范圍中的電容。圖8為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的集成麥克風介面電路的簡化示意圖。 如圖所示，麥克風介面電路(MIC) 800通常類似于上文參考圖7所論述的麥 克風介面電路700。在圖8中，MIC 800包括積分器電路811來代替MIC 700 中的積分器電路711。如圖所示，積分器電路811包括放大器815、開關(guān)式電 容網(wǎng)路820以及MOS夾層電容830。此設(shè)計使得裝置面積實質(zhì)上減小。開關(guān) 式電容電路820包括電容835以及四個開關(guān)Si、 S2、 S3以及S4。如圖所示， Si以及S2耦接至電容835的第一端子。S3以及S4耦接至電容835的第二端子。 在特定實施例中，S2以及S4亦耦接至共同模式參考電壓V_m。de。在實施例中，S,以及S3回應(yīng)第一可編程時脈信號①p而S2以及S4回應(yīng)第二可編程時脈信號①2。放大器電路815包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端。第 一輸入端與S3連通，且第二輸入端與開關(guān)式電容電路820的S2以及S4連通。 在積分器電路811中，電容830與放大器的第一輸入端以及輸出端連通。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，可由以下公式表示MIC 800的增益轉(zhuǎn)換函數(shù)。<formula>formula see original document page 30</formula>
在本發(fā)明的實施例中，麥克風介面電路MIC 800的操作通常類似于MIC700的操作。舉例而言，MIC 800中的反饋電路提供高DC回路增益以及低 AC回路增益。在無需外部組件的情況下，MIC800在晶片上提供DC偏壓與 AC耦合。此外，與MIC700相比，MIC 800具有提供較小裝置面積的優(yōu)勢。如上文所論述，在MIC700中的積分器級中，電阻721常常為大電阻(例 如，100MQ至500MQ)，其需要大的裝置面積。在MIC 800中，此電阻由 開關(guān)式電容網(wǎng)路820來提供，可使用比大電阻更小裝置面積實施。此外，由 于此為抽樣系統(tǒng)，故增益級上的反饋電容將提供抗鋸齒濾波且大積分器電容 提供平滑效果。在實施例中，由晶片上時脈信號O,以及02來控制幵關(guān)式電 容網(wǎng)路。藉由改變時脈頻率，亦可實施靜噪功能。亦如圖8中所示，MOS夾層電容830用于MIC 800中，代替圖7中的 MIC700中的反饋電容731。反饋電容731通常很大，例如，100pF-300pF。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于MIC 800中的MOS夾層電容提供具有較小裝置面 積的所要的電容。在本發(fā)明的實施例中，麥克風介面電路MIC 800的操作通常類似于MIC 700的操作。舉例而言，MIC 800中的反饋電路提供高DC回路增益以及低 AC回路增益。在無需外部組件的情況下，MIC 800在單一集成電路晶片中提 供DC偏壓與AC耦合。在實施例中，提供DC偏壓的電路獨立于反饋電路。 此外，與MIC700相比，MIC800具有提供較小裝置面積的優(yōu)勢。圖9為根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的集成麥克風介面電路的簡化示意圖。 如圖所示，集成麥克風介面電路(MIC) 900包括用于接收輸入信號Vin的輸 入端子902以及用于提供輸出信號Vout的輸出節(jié)點904。 MIC 900亦包括經(jīng) 由電阻925 (R3)耦接至Vin的麥克風參考908。視實施例而定，麥克風參考 908可提供參考電壓或參考電流。MIC 900亦包括具有耦接至Vin的輸入端907 以及耦接至輸出端子904的輸出端的第一放大器913。放大器913包括如下文 所論述自反饋電路接收反饋信號的第二輸入端906。根據(jù)本發(fā)明'的實施例， MIC 900包括在放大器913的輸入端與輸出端之間連通的反饋電路。在圖931中所展示的特定實例中，MIC900包括與放大器913的輸出端904以及輸入端 906以及輸入端907連通的兩個反饋路徑961以及962。反饋路徑961包括電 阻922 (R2)以及電容932 (C2)的并聯(lián)組合。反饋路徑962包括在放大器 913的輸出端904與輸入端906之間串聯(lián)連接的放大器電路917、積分器電路 911以及電阻924(R4)。在特定實施例中，積分器電路911包括放大器915、 連接至放大器915的輸入端的電阻921 (Rl)，以及連接于放大器915的輸 入端與輸出端之間的電容931 (Cl)。在實施例中，電阻922以及電阻925為可編程電阻。在特定實施例中，參考電壓Ve。mm,。de連接至放大器915的第二輸入端。在較佳實施例中，MIC900中的放大器可為運算放大器。但亦可使用其它 適當放大器。在實施例中，放大器電路917具有增益-1。在本發(fā)明的特定實施 例中，輸入端子902可自麥克風(例如，駐極體麥克風)接收作為輸出信號 的Vin。視實施例而定，亦可使用其它類型的麥克風。視應(yīng)用而定，Vin可為 聲音頻帶信號或音頻頻帶信號。在實施例中，輸出信號Vout可為耦接至 CODEC的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的音頻頻帶信號。在某些實施例中，麥克 風參考908可為可編程電壓源。在特定實施例中，晶片上可編程麥克風參考 908經(jīng)由晶片上電阻925將DC電流提供至外部麥克風。在實施例中，電阻925 為可編程電阻。因此，在實施例中，本發(fā)明提供包括電阻925以及麥克風參 考電壓源源908的晶片上麥克風偏壓電路。根據(jù)本發(fā)明的實施例，可由以下公式表示MIC900的增益轉(zhuǎn)換函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，在高頻率下，可由以下公式來近似求得MIC 900 的增益轉(zhuǎn)換函數(shù)。V—s)在較低頻率下，增益函數(shù)可由以下公式近似求得。H(s)Vin(S)根據(jù)本發(fā)明的實施例，在聲音或音頻頻帶頻率范圍中，反饋回路的AC 回路增益小，且DC回路增益大。舉例而言，在特定實施例中，MIC900可具 有大約80dB至140dB的DC回路增益。更特定言之，MIC 900的特征由大 DC回路增益以及低AC回路增益表示，從而引起輸出端子處的DC輸出電壓實質(zhì)上等于第二參考電壓，且音頻頻帶中的AC輸出電壓與l + h以及輸入端R4子處的AC輸入電壓成線性比例。在本發(fā)明的實施例中，在無需外部組件的情況下，麥克風介面電路(MIC) 900在單一集成電路晶片中提供DC偏壓與AC耦合。在實施例中，提供DC 偏壓的電路獨立于反饋電路。在特定實施例中，可藉由選擇適當電阻以及電 容來獲得所要的轉(zhuǎn)換特征。僅作為實例，電阻(RO通常具有在100 MQ至 500MQ的范圍中的高電阻，而電阻922 (R2)、電阻923 (R3)以及電阻924 (R4)可具有l(wèi) kQ至500kQ的范圍中的電阻。電容931(Cl)以及電容932(C2) 可具有3pF至500pF的范圍中的電容。當然， 一般熟習此項技術(shù)者可認識其 它變化、修改以及替代。圖10為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的集成麥克風介面電路的簡化示意圖。 如圖所示，麥克風介面電路(MIC) 1000通常類似于上文參考圖9所論述的 麥克風介面電路900。在圖10中，MIC 1000包括積分器電路1011來代替MIC 900中的積分器電路911。如圖所示，積分器電路1011包括放大器:1015、開 關(guān)式電容電路1020以及MOS夾層電容1030。此設(shè)計使得裝置面積實質(zhì)上減小。開關(guān)式電容電路1020包括電容1035以及四個開關(guān)S,、 S2、 S3以及S4。 如圖所示，Si以及S2耦接至電容1035的第一端子。S3以及S4耦接至電容1035(C,(B5)的第二端子。在特定實施例中，S2以及S4亦耦接至共同模式參考 電壓Ve。mm。，de。在實施例中，Si以及S4回應(yīng)第一可編程時脈信號O ,，而S2 以及S3回應(yīng)第二可編程時脈信號0)2。放大器電路1015包括第一輸入端、第 二輸入端，以及輸出端。第一輸入端與S3連通，且第二輸入端與開關(guān)式電容電路1020的S2以及S4連通。在積分器電路1011中，電容1030與放大器1015 的第一輸入端以及輸出端連通。根據(jù)本發(fā)明的實施例，可由以下公式表示MIC 1000的增益轉(zhuǎn)換函數(shù)。s'H(s)=Vout(S) R2 + R4 iGl035j.Ci'l + s'R4.C2'~^~、 、 R2 + R,Vin(S) R2。f T<p 、 s 1、'C卿,R4'C1'C2 + s'、R2在本發(fā)明的實施例中，麥克風介面電路MIC 1000的操作通常類似于MIC 900的操作。舉例而言，MIC 1000中的反饋電路提供高DC回路增益以及低 AC回路增益。在無需外部組件的情況下，MIC 1000在單一集成電路晶片中 提供DC偏壓與AC耦合。在實施例中，提供DC偏壓的電路獨立于反饋電路。 此外，與MIC900相比，MIC 1000具有提供較小裝置面積的優(yōu)勢。如上文所論述，在MIC900中的積分器級中，電阻921常常為大電阻(例 如，100MQ至500 MQ)，其需要較大的裝置面積。在MIC 1000中，此電 阻由開關(guān)式電容網(wǎng)路1020來提供，其可使用比大電阻更小的裝置面積實施。 此外，由于此為抽樣系統(tǒng)，故增益級上的反饋電容將提供抗鋸齒濾波且大積 分器電容提供平滑。由晶片上時脈信號O,以及02來控制開關(guān)式電容網(wǎng)路。 藉由改變時脈頻率，亦可實施靜噪功能。亦如圖10中所示，MIC IOOO包括MOS夾層電容1030，代替圖9中的 MIC900中的反饋電容931。反饋電容931通常很大，例如，100pF-300pF。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于MIC 1000中的MOS夾層電容提供所要的電容，但需要較小裝置面積。圖11為根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于可編程麥克風介面的集成電路的簡化示意圖。如圖所示，MIC 1100為用于提供可編程麥克風介面的集成電路。MIC llOO包括用于接收輸入信號Vin的輸入端子1102以及用于提供輸出音頻信號 Vout的輸出端子1104。 MIC 1100亦包括與輸入端子1102連通的偏壓電路。 如圖所示，偏壓電路包括麥克風參考電壓源1108以及電阻1125。在實施例中， 1108為可編程參考電路。視實施例而定，麥克風參考電壓源1108可提供參考 電壓或參考電流。MIC IIOO包括第一放大器電路1113，第一放大器電路1113 包括第一輸入端1106、第二輸入端1107以及耦接至輸出端子1104的輸出端。 MIC 1100更包括第一反饋路徑1161，第一反饋路徑1161包括并聯(lián)連接的電 阻1122以及電容1132。第一反饋電路耦接放大器1113的輸出端與第一輸入 端。MIC 1100亦包括第二反饋路徑1162，第二反饋路徑1162包括積分器電 路1111以及電阻1124。第二反饋路徑1162于節(jié)點1163處提供反饋信號。在 實施例中，電阻1122以及電阻1125為可編程電阻。如圖所示，積分器電路1111包括放大器1115、開關(guān)式電容電路1120， 以及MOS夾層電容1130。積分器電路1111的結(jié)構(gòu)以及功能通常類似于圖10 中的積分電路1011以及圖8中的積分電路811的結(jié)構(gòu)以及功能。開關(guān)式電容 電路1120以及MOS夾層電容1130提供所要的電阻以及電容且消耗相對小的 裝置面積。MIC 1100中的反饋電路提供高DC回路增益以及低AC回路增益。更特 定言的，MIC IIOO的特征由大DC回路增益以及低AC回路增益表示，從而 引起輸出端子處的DC輸出電壓實質(zhì)上等于第二參考電壓，且AC輸出電壓與 第一反饋電路的阻抗以及經(jīng)過輸入端子的AC輸入電流或電壓成線性比例。根 據(jù)本發(fā)明的實施例，在無需外部組件的情況下，MIC 1100能夠在單一集成電 路晶片中提供DC偏壓與AC耦合。在實施例中，提供DC偏壓的電路獨立于 反饋電路。以上僅以實例說明的，本發(fā)明已被應(yīng)用至用于駐極體麥克風(dectret microphone)的介面電路。但應(yīng)體認到，本發(fā)明具有范圍更加廣泛的適用性。 舉例而言，可將本發(fā)明應(yīng)用至其他種類的麥克風的介面電路或其他信號源的 介面電路。盡管麥克風介面電路的組件的選定群組已于上文中闡述，但可存在許多 替代、修改以及變化。舉例而言，可擴展及/或組合一些組件。可將其它組件 插入至上文提及的組件。視實施例而定，組件的配置可與代替的其他配置進 行交換。此等組件的其它細節(jié)可在本說明書全文中發(fā)現(xiàn)。亦應(yīng)理解，本文所描述的實例以及實施例僅為達成說明的目的，且將向 熟習此項技術(shù)者提議根據(jù)所述實例以及實施例的各種修改或改變，且所述各 種修改或改變將包括在此說明書的精神以及范圍以及權(quán)利要求書的范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于，所述集成電路包括輸入端子，用于接收輸入信號；輸出端子，用于提供輸出信號；偏壓電路，耦接至所述輸入端子以在所述輸入端子處提供偏壓信號，所述偏壓電路經(jīng)配置以提供感測輸入信號；第一放大器電路，包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，所述第一輸入端經(jīng)配置以接收所述感測輸入信號、第一反饋信號以及第二反饋信號，所述第二輸入端經(jīng)配置以接收第一參考信號，所述輸出端經(jīng)配置以將所述輸出信號提供至所述輸出端子；第一反饋電路，與所述第一放大器電路的所述輸出端以及所述第一輸入端連通，所述第一反饋電路將所述第一反饋信號提供至所述第一放大器電路的所述第一輸入端；以及第二反饋電路，與所述第一放大器電路的所述輸出端以及所述第一輸入端連通，所述第二反饋電路將所述第二反饋信號提供至所述第一放大器電路的所述第一輸入端，所述第二反饋電路包括積分器電路。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于，所述輸入端子經(jīng)配置以在無需外部組件的情況下自一駐極體麥克風接收輸入 /士 口
3. 如權(quán)利要求1所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于，所述偏壓電路包括參考電路，用于提供第二參考信號，所述第二參考信號包括參考電壓或 參考電流；第一輸入端電阻，與所述輸入端子以及所述參考電路連通；以及 第二輸入端電阻，與所述輸入端子以及所述第一放大器電路的所述第二輸入端連通。
4. 如權(quán)利要求1所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于，所述第一反饋電路包括處于并聯(lián)配置的第一反饋電阻以及第一反饋電容。
5. 如權(quán)利要求1所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于，所述積分器電路包括反相放大器，耦接至所述第一放大器電路的所述輸出端；第二放大器電路，所述第二放大器電路包括第一輸入端、第二輸入端以 及輸出端，所述第二輸入端耦接至第三參考信號；第二反饋電阻，耦接至所述單位增益反相放大器的輸出端以及所述第二 放大器電路的所述第一輸入端；以及第二反饋電容，耦接至所述第二放大器電路的所述第一輸入端以及所述 輸出端；其中所述第二放大器電路的所述輸出端經(jīng)由第三反饋電阻耦接至所述第 一放大器電路的所述第二輸入端。
6. 如權(quán)利要求1所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于， 所述積分器電路包括開關(guān)式電容電路，包括開關(guān)電容以及第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)以 及第四開關(guān)，所述第一開關(guān)以及所述第二開關(guān)耦接至所述開關(guān)電容的第一端 子，所述第三開關(guān)以及所述第四開關(guān)耦接至所述開關(guān)電容的第二端子，所述 第二開關(guān)以及所述第四開關(guān)耦接至所述第一參考信號；第二放大器電路，包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，所述第一 輸入端與所述開關(guān)式電容電路的所述第三開關(guān)連通，所述第二輸入端耦接至 所述第一參考信號；以及第二反饋電容，與所述第二放大器電路的所述第一輸入端以及所述輸出 端連通。
7. 如權(quán)利要求1所述的用于提供麥克風介面的集成電路，更包括供應(yīng)電壓，其特征在于，所述第一參考信號大小上為所述供應(yīng)電壓的約一半以用于 提供所述輸出端子處由所述供應(yīng)電壓允許的最大信號擺動。
8. 如權(quán)利要求1所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于， 所述用于提供麥克風介面的集成電路的特征由約80 dB至約140 dB的范圍中 的DC回路增益表示，所述DC回路增益大到足以引起所述第一放大器的所述 輸出端處的電壓實質(zhì)上等于所述第一參考電壓。
9. 如權(quán)利要求1所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于， 所述集成電路的特征由大DC回路增益以及低AC回路增益表示，從而引起所 述輸出端子處的DC輸出電壓實質(zhì)上等于所述第一參考電壓，且AC輸出電壓 與所述第一反饋電路的阻抗以及經(jīng)過所述輸入端子的AC輸入電流或電壓成 線性比例。
10. —種用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于，所述的用于提供 麥克風介面的集成電路包括第一輸入端子以及第二輸入端子，分別用于接收第一差動輸入信號以及 第二差動輸入信號；第一輸出端子以及第二輸出端子，分別用于提供第一差動輸出信號以及 第二差動輸出信號；第一偏壓電路，與所述第一輸入端子以及第一參考信號連通，所述第一 偏壓電路提供第一感測輸入信號；第二偏壓電路，與所述第二輸入端子以及第二參考信號連通，所述第二 偏壓電路提供第二感測輸入信號；第一放大器電路，所述第一放大器具有第一輸入端、第二輸入端以及第 三輸入端，所述第一輸入端接收所述第一感測輸入信號，所述第二輸入端接 收第二感測輸入信號，所述第三輸入端接收共同模式參考信號，所述第一放 大器電路亦具有第一輸出端以及第二輸出端，所述第一輸出端以及所述第二 輸出端分別將所述第一差動輸出音頻信號以及所述第二差動輸出音頻信號提供至所述第一輸出端子以及所述第二輸出端子；以及反饋電路，所述反饋電路與所述第一放大器電路的所述第一輸入端以及 所述第二輸入端以及所述第一輸出端以及所述第二輸出端連通。
11. 如權(quán)利要求IO所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于， 所述第一輸入端子以及所述第二輸入端子經(jīng)配置以在無需外部組件的情況下 自 一駐極體麥克風接收輸入信號。
12. 如權(quán)利要求IO所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于， 所述第一偏壓電路包括第三電阻，與所述第一輸入端子以及麥克風參考信號源連通；以及 第四電阻，與所述第一輸入端子以及所述第三電阻連通，所述第四電阻 提供所述第一感測輸入信號。
13. 如權(quán)利要求IO所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于， 所述第二偏壓電路包括第五電阻，與所述第二輸入端子以及接地參考電壓源連通；以及 第六電阻，與所述第二輸入端子以及所述第五電阻連通，所述第六電阻 提供所述第二感測輸入信號。
14. 如權(quán)利要求IO所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于， 所述反饋電路更包括第一反饋電路，與所述第一放大器的所述第一輸出端以及所述第一輸入 端連通，所述第一反饋電路包括并聯(lián)連接的第一電阻以及第一電容；第二反饋電路，與所述第一放大器的所述第二輸出端以及所述第二輸入 端連通，所述第二反饋電路包括并聯(lián)連接的第二電阻以及第二電容；以及差動反饋電路，所述差動反饋電路包括分別耦接至所述第一放大器電路 的所述第一輸出端以及所述第二輸出端的第一輸入端以及第二輸入端，所述 差動反饋電路亦包括分別耦接至所述第一放大器電路的所述第一輸入端以及 所述第二輸入端的第 一輸出端以及第二輸出端。
15. 如權(quán)利要求14所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于，所述差動反饋電路更包括差動放大器，具有第一輸入端、第二輸入端以及第三輸入端以及第一輸出端以及第二輸出端，所述第三輸入端接收所述共同模式參考信號； 第一電阻，連接至所述差動放大器的所述第一輸入端； 第二電阻，連接至所述差動放大器的所述第一輸出端； 第一電容，連接所述差動放大器的所述第一輸入端與所述第一輸出端； 第三電阻，連接至所述差動放大器的所述第二輸入端； 第四電阻，連接至所述差動放大器的所述第二輸出端；以及 第二電容，連接所述差動放大器的所述第二輸入端與所述第二輸出端。
16. —種用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于，所述的用于提供 麥克風介面的集成電路包括輸入端子，用于接收輸入信號； 輸出端子，用于提供輸出信號； 可編程參考電路，用于提供偏壓信號；第一放大器電路，包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，所述第一 輸入端經(jīng)配置以接收所述偏壓信號、第一反饋信號以及第二反饋信號，所述 第二輸入端經(jīng)配置以接收第一參考信號，所述輸出端經(jīng)配置以將所述輸出信 號提供至所述輸出端子；第一反饋電路，所述第一反饋電路與所述第一放大器電路的所述輸出端 以及所述第一輸入端連通，所述第一反饋電路將所述第一反饋信號提供至所 述第一放大器電路的所述第一輸入端；以及第二反饋電路，所述第二反饋電路與所述第一放大器電路的所述輸出端 以及所述第一輸入端連通，所述第二反饋電路將所述第二反饋信號提供至所 述第一放大器電路的所述第一輸入端，所述第二反饋電路包括積分器電路。
17. 如權(quán)利要求16所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于，所述輸入端子經(jīng)配置以在無需外部組件的情況下自駐極體麥克風接收輸入信號。
18. 如權(quán)利要求16所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于，所述偏壓電路包括參考電路，用于提供第二參考信號，所述第二參考信號為參考電壓或參 考電流；第一輸入端電阻，與所述輸入端子以及所述參考電路連通；以及 第二輸入端電阻，與所述輸入端子以及所述第一放大器電路的所述第二 輸入端連通。
19. 如權(quán)利要求16所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于， 所述第一反饋電路包括處于并聯(lián)配置的第一反饋電阻以及第一反饋電容。
20. 如權(quán)利要求16所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于， 所述積分器電路包括反相放大器，耦接至所述第一放大器電路的所述輸出端；第二放大器電路，包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，所述第二 輸入端耦接至第三參考信號；第二反饋電阻，耦接至所述單位增益反相放大器的輸出端以及所述第二 放大器電路的所述第一輸入端；以及第二反饋電容，耦接至所述第二放大器電路的所述第一輸入端以及所述 輸出端；其中所述第二放大器電路的所述輸出端經(jīng)由第三反饋電阻耦接至所述第 一放大器電路的所述第二輸入端。
21. 如權(quán)利要求16所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于，所述積分器電路包括開關(guān)式電容電路，包括開關(guān)電容以及第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)以 及第四開關(guān)，所述第一開關(guān)以及所述第二開關(guān)耦接至所述開關(guān)電容的第一端 子，所述第三開關(guān)以及所述第四開關(guān)耦接至所述開關(guān)電容的第二端子，所述第二開關(guān)以及所述第四開關(guān)耦接至所述第一參考信號；第二放大器電路，所述第二放大器電路包括第一輸入端、第二輸入端以 及輸出端，所述第一輸入端與所述開關(guān)式電容電路的所述第三開關(guān)連通，所 述第二輸入端耦接至所述第一參考信號；以及第二反饋電容，與所述第二放大器電路的所述第一輸入端以及所述輸出端連通o
22. 如權(quán)利要求16所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于， 所述用于提供麥克風介面的集成電路的特征由約80 dB至約140 dB的范圍中 的DC回路增益表示，所述DC回路增益大到足以引起所述第一放大器的所述 輸出端處的電壓實質(zhì)上等于所述第一參考電壓。
23. 如權(quán)利要求16所述的用于提供麥克風介面的集成電路，其特征在于， 所述集成電路的特征由大DC回路增益以及低AC回路增益表示，從而引起所 述輸出端子處的DC輸出電壓實質(zhì)上等于所述第一參考電壓，且AC輸出電壓 與所述第一反饋電路的阻抗以及經(jīng)過所述輸入端子的AC輸入電流或電壓成 線性比例。
全文摘要
一種用于提供可編程麥克風介面的集成電路，包括用于接收輸入信號的輸入端子以及用于提供輸出音頻信號的輸出端子，集成電路包括偏壓電路、放大器電路以及兩個反饋電路；偏壓電路將麥克風偏壓信號提供至麥克風且提供感測麥克風信號；放大器電路包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端；第一輸入端經(jīng)配置以接收感測麥克風信號、第一反饋信號以及第二反饋信號；第二輸入端經(jīng)配置以接收第一參考信號；反饋電路與放大器電路的輸出端以及第一輸入端連通；在特定實施例中，第一反饋電路包括RC電路且第二反饋電路包括積分器。
文檔編號H03F3/45GK101605287SQ200810110110
公開日2009年12月16日 申請日期2008年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月10日
發(fā)明者彼得·赫茲曼 申請人:新唐科技股份有限公司