本發(fā)明涉及麥克風(fēng)，具體涉及一種帶低功耗模式的麥克風(fēng)。

背景技術(shù)：

MEMS麥克風(fēng)是采用微機(jī)電系統(tǒng)(Microelectromechanical Systems,MEMS)，與傳統(tǒng)駐極體電容式麥克風(fēng)(ECM)相比，具有更好的聲學(xué)性能、更高的信噪比、更好的一致性的敏感度以及更低的功耗。MEMS麥克風(fēng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在語(yǔ)音通信、助聽裝置、智能手機(jī)、筆記本電腦等領(lǐng)域以提供更高的語(yǔ)音質(zhì)量。

如圖1所示，現(xiàn)有的數(shù)字MEMS麥克風(fēng)包括MEMS傳感器10、放大器11、模數(shù)轉(zhuǎn)換器12以及脈沖密度調(diào)制模塊(Pulse density modulation,PDM)13。當(dāng)提供相應(yīng)的時(shí)鐘CLK和工作電壓VDD后，麥克風(fēng)開始工作。MEMS傳感器10通常包括一個(gè)可變電容并且具有較高的輸出阻抗。MEMS傳感器10將外界的聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電容信號(hào)的變化。MEMS傳感器10的輸出信號(hào)首先通過(guò)放大器11放大和阻抗變換。經(jīng)放大和阻抗變換的信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換和脈沖密度調(diào)制后為輸出1位的PDM數(shù)字信號(hào)DATA。

現(xiàn)有技術(shù)的MEMS麥克風(fēng)只有兩種工作狀態(tài)：關(guān)機(jī)(Power down)模式和正常工作(Normal)模式。在供電電壓為零的時(shí)，為關(guān)機(jī)模式，整個(gè)麥克風(fēng)處于不工作狀態(tài)，在供電電壓為工作電壓VDD并提供有效的時(shí)鐘信號(hào)CLK時(shí)，為正常工作模式,麥克風(fēng)正常工作。麥克風(fēng)在識(shí)別人的語(yǔ)音時(shí)的帶寬為20Hz至8kHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于麥克風(fēng)處于工作狀態(tài)(即正常工作模式)時(shí)的帶寬20Hz至20kHz。

對(duì)于一些低功耗的需求(例如可穿戴設(shè)備)，期望能夠盡量降低麥克風(fēng)的功耗，同時(shí)又不希望麥克風(fēng)停止工作，保持識(shí)別人的語(yǔ)音的功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出一種麥克風(fēng)能夠提供更低的功耗，適用于可穿戴設(shè)備等低功耗應(yīng)用。

所述麥克風(fēng)包括：MEMS傳感器，用于將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；放大器，被配置為接收所述電信號(hào),并生成放大信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述放大信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；脈沖密度調(diào)制模塊，用于將所述數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為PDM輸出信號(hào)；以及模式選擇模塊，根據(jù)第一時(shí)鐘信號(hào)使得所述麥克風(fēng)在第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式之間切換。

優(yōu)選地，所述模式選擇模塊包括：振蕩器，用于提供固定頻率的時(shí)鐘信號(hào)；以及模式判斷模塊，用于根據(jù)所述固定頻率的時(shí)鐘信號(hào)判斷第一時(shí)鐘信號(hào)的頻率，并根據(jù)所述第一時(shí)鐘信號(hào)的頻率產(chǎn)生電流控制信號(hào)，使得所述放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作電流與所述第一時(shí)鐘信號(hào)的頻率的匹配。

優(yōu)選地，在所述第一工作模式，所述第一時(shí)鐘信號(hào)的頻率小于第一頻率，所述麥克風(fēng)的供電電壓為第一電壓；在所述第二工作模式，所述第一時(shí)鐘信號(hào)的頻率大于第一頻率并小于第二頻率，所述麥克風(fēng)的工作帶寬為第一帶寬，所述麥克風(fēng)的供電電壓為第一電壓；在所述第三工作模式，所述第一時(shí)鐘信號(hào)的頻率大于第二頻率，所述麥克風(fēng)的工作帶寬為第二帶寬，所述麥克風(fēng)的供電電壓為第一電壓。

優(yōu)選地，所述第一頻率為1KHz，所述第二頻率為768KHz，所述第一帶寬為20Hz至8KHz，所述第二帶寬為20Hz至20KHz。

在所述第二和第三工作模式，麥克風(fēng)的信噪比一致。

優(yōu)選地，所述固定頻率為32KHz。

優(yōu)選地，所述麥克風(fēng)還包括第四工作模式，在所述第四工作模式，所述麥克風(fēng)的供電電壓為零。

優(yōu)選地，麥克風(fēng)在所述第一工作模式的功耗小于麥克風(fēng)在所述第二工作模式的功耗，麥克風(fēng)在所述第二工作模式的功耗小于麥克風(fēng)在所述第三工作模式的功耗。

本發(fā)明的麥克風(fēng)包括多個(gè)工作模式，滿足低功耗的要求。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的麥克風(fēng)的示意性結(jié)構(gòu)圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的麥克風(fēng)的示意性結(jié)構(gòu)圖；以及

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的模式選擇模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

以下基于實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但是本發(fā)明并不僅僅限于這些實(shí)施例。在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。為了避免混淆本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，公知的方法、過(guò)程、流程、元件和電路并沒(méi)有詳細(xì)敘述。

此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說(shuō)明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解，在以下的描述中，“電路”是指由至少一個(gè)元件或子電路通過(guò)電氣連接或電磁連接構(gòu)成的導(dǎo)電回路。當(dāng)稱元件或電路“連接到”另一元件或稱元件/電路“連接在”兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間時(shí)，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件之間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結(jié)合。相反，當(dāng)稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時(shí)，意味著兩者不存在中間元件。

除非上下文明確要求，否則整個(gè)說(shuō)明書和權(quán)利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語(yǔ)應(yīng)當(dāng)解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說(shuō)，是“包括但不限于”的含義。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的麥克風(fēng)的示意性結(jié)構(gòu)圖，參照?qǐng)D2，本實(shí)施例的麥克風(fēng)包括：MEMS傳感器10、放大器11、模數(shù)轉(zhuǎn)換器12、脈沖密度調(diào)制模塊13以及模式選擇模塊15。

該麥克風(fēng)依靠合適的供電電壓和時(shí)鐘信號(hào)CLK工作。麥克風(fēng)包括四個(gè)工作模式：休眠(Sleep)模式，低功耗(low power)模式，正常工作(normal)模式，以及關(guān)機(jī)(power down)模式。

MEMS傳感器10通常包括一個(gè)可變電容并且具有較大的輸出阻抗。MEMS傳感器10將外界的聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電容信號(hào)的變化。MEMS傳感器10的輸出信號(hào)首先通過(guò)放大器11放大和阻抗變換。經(jīng)放大和阻抗變換的信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換和脈沖密度調(diào)制后為輸出1位的PDM數(shù)字信號(hào)DATA。

麥克風(fēng)具有一定的工作帶寬，為了獲得清晰的聲音信號(hào)(即好的信噪比)需要匹配的時(shí)鐘信號(hào)的頻率和工作電流。通常，工作帶寬要求較高時(shí)，需要的時(shí)鐘信號(hào)的頻率越高，工作電流越大，功耗也越大。麥克風(fēng)正常工作時(shí)的工作帶寬在20Hz至20KHz，麥克風(fēng)能夠接收自然界的各種聲音。工作帶寬在20Hz至8KHz時(shí)，麥克風(fēng)仍能夠接收人的語(yǔ)音。

模式選擇模塊15根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率，使得麥克風(fēng)在休眠模式，低功耗模式，正常工作模式，以及關(guān)機(jī)模式之間切換。

提供給麥克風(fēng)的供電電壓具有兩個(gè)電壓值：0和工作電壓VDD。

麥克風(fēng)的供電電壓為0，麥克風(fēng)處于關(guān)機(jī)模式，整個(gè)麥克風(fēng)處于不工作狀態(tài)，麥克風(fēng)的功耗為0。

在麥克風(fēng)的供電電壓為VDD，時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率小于1KHz時(shí)，模式選擇模塊15將麥克風(fēng)切換到休眠模式。在休眠模式，麥克風(fēng)處于及低功耗工作狀態(tài)，不能識(shí)別聲信號(hào)，MEMS傳感器10、放大器11、模數(shù)轉(zhuǎn)換器12以及脈沖密度調(diào)制模塊13處于不工作狀態(tài)，只有當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK提升后才能喚醒麥克風(fēng)工作。在休眠模式，麥克風(fēng)的功耗為第一功耗。

在麥克風(fēng)的供電電壓為VDD，時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率大于1KHz并且小于768KHz時(shí)，模式選擇模塊15將麥克風(fēng)切換到低功耗模式。在低功耗模式，麥克風(fēng)的工作帶寬降低到20Hz至8KHz，麥克風(fēng)能夠識(shí)別人說(shuō)話的聲音，內(nèi)部工作電流降低，同時(shí)麥克風(fēng)信噪比保持原來(lái)數(shù)值。在低功耗模式，麥克風(fēng)的功耗為第二功耗。在低功耗模式，麥克風(fēng)在不犧牲聲音變化偵測(cè)(Voice Activity Detection，VDA)效果的情況下，麥克風(fēng)的功耗降低。例如麥克風(fēng)應(yīng)用在可穿戴設(shè)備上，用于接收用戶發(fā)出的聲音指令，麥克風(fēng)處在低功耗模式可以維持更長(zhǎng)的工作時(shí)間。

在麥克風(fēng)的供電電壓為VDD，時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率大于768KHz時(shí)，模式選擇模塊15將麥克風(fēng)切換到正常工作模式。在正常工作模式麥克風(fēng)處于正常工作狀態(tài)，工作帶寬在20Hz至20KHz，能夠接收各種自然界的聲音，同時(shí)麥克風(fēng)信噪比為最佳數(shù)值。在正常工作模式，麥克風(fēng)的功耗為第三功耗。

第一功耗小于第二功耗，第二功耗小于第三功耗。

參照?qǐng)D3，模式選擇模塊15包括：振蕩器16和模式判斷模塊17。

振蕩器16用于提供固定頻率的時(shí)鐘信號(hào)。模式判斷模塊17同時(shí)接收振蕩器16提供的固定頻率的時(shí)鐘信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)CLK。模式判斷模塊17用于根據(jù)所述固定頻率的時(shí)鐘信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)CLK判斷時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率，并根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率向放大器11、模數(shù)轉(zhuǎn)換器12以及脈沖密度調(diào)制模塊13發(fā)送電流控制信號(hào)，從而切換所述麥克風(fēng)的工作模式。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述固定頻率為32KHz。

例如，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率小于1小于1KHz時(shí)，模式選擇模塊15產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，將麥克風(fēng)切換到休眠模式，告知其他部件降低工作電流；當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率大于1小于1KHz并且小于768KHz時(shí)，模式選擇模塊15將麥克風(fēng)切換到低功耗模式；當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK的頻率大于768KHz時(shí)，模式選擇模塊15將麥克風(fēng)切換到正常模式。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，麥克風(fēng)還包括電源管理系統(tǒng)，以及L/R輸入端，用于選定時(shí)鐘信號(hào)CLK的邊沿。

本發(fā)明的麥克風(fēng)提供了多個(gè)工作模式以降低功耗，適用于可穿戴設(shè)備的應(yīng)用。本發(fā)明的麥克風(fēng)可應(yīng)用在但不限于語(yǔ)音通信、助聽裝置、手機(jī)、筆記本電腦等領(lǐng)域。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以有各種改動(dòng)和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。