本發(fā)明一般地涉及換能器系統(tǒng)，并且在特定實施例中涉及一種用于聲學換能器供電的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

換能器將信號從一個域轉(zhuǎn)換到另一個域，并且經(jīng)常被用在傳感器中。一種在日常生活中見到的具有換能器的常見傳感器是麥克風，所述麥克風將聲波轉(zhuǎn)換成電信號。

基于微機電系統(tǒng)(mems)的傳感器包括使用微機械加工技術(shù)生產(chǎn)的換能器的家族。通過在換能器中測量物理狀態(tài)的變化并且將轉(zhuǎn)化的信號傳送給連接到mems傳感器的處理電子設(shè)備，mems(諸如，mems麥克風)從環(huán)境搜集信息。可使用與用于集成電路的那些微機械加工制造技術(shù)類似的微機械加工制造技術(shù)來制造mems裝置。

mems裝置可被設(shè)計為用作例如振蕩器、諧振器、加速度計、陀螺儀、壓力傳感器、麥克風和微鏡。許多mems裝置使用電容感測技術(shù)將物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成電信號。在這種應(yīng)用中，使用接口電路將傳感器中的電容變化轉(zhuǎn)換成電壓信號。

一個這種電容感測裝置是mems麥克風。mems麥克風通常具有與剛性背板分離微小距離的可偏轉(zhuǎn)薄膜。響應(yīng)于入射在薄膜上的聲壓波，該薄膜朝著背板偏轉(zhuǎn)或遠離背板偏轉(zhuǎn)，由此改變薄膜和背板之間的分離距離。通常，薄膜和背板由導電材料制成，并且形成電容器的“極板”。因此，當分離該薄膜和背板的距離響應(yīng)于入射聲波而變化時，“極板”之間的電容變化，并且產(chǎn)生電信號。

通常，mems麥克風將響應(yīng)于入射聲波而產(chǎn)生的電信號發(fā)送到可根據(jù)應(yīng)用而執(zhí)行不同功能的某種類型的接口和/或處理電子設(shè)備。所述接口電子設(shè)備由供給電壓源供電。例如，電荷泵可將低供給電壓轉(zhuǎn)換成耦合到接口電子設(shè)備的較高供給電壓。所得到的麥克風系統(tǒng)的性能和功耗可能受接口電子設(shè)備影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)實施例，一種操作聲學裝置的方法包括：由緩沖器電路緩沖來自聲學換能器的第一電信號以產(chǎn)生第二電信號；在供電電路接收反饋信號；以及將反饋信號與第一閾值進行比較。反饋信號基于第一電信號。所述方法還包括：基于將反饋信號與第一閾值進行比較，在第一模式和第二模式之間切換；在第一模式期間將第一供給電壓提供給緩沖器電路；以及在第二模式期間將第二供給電壓提供給緩沖器電路。第一供給電壓不同于第二供給電壓。

附圖說明

為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在參照下面結(jié)合附圖進行的描述，在所述附圖中：

圖1圖示實施例換能器裝置的系統(tǒng)方框圖；

圖2圖示實施例數(shù)字換能器裝置的示意性方框圖；

圖3圖示另一實施例數(shù)字換能器裝置的方框圖；

圖4圖示實施例換能器裝置中的聲閾值的波形圖；

圖5圖示實施例供電電路的示意性方框圖；

圖6圖示實施例換能器裝置中的控制信號的波形圖；

圖7圖示另一實施例換能器裝置的示意性方框圖；

圖8圖示實施例模擬換能器裝置的示意性方框圖；和

圖9圖示用于實施例換能器系統(tǒng)的實施例操作方法的流程圖。

除非另外指示，否則不同圖中的對應(yīng)數(shù)字和符號通常指代對應(yīng)部分。這些圖被繪制以清楚地圖示實施例的相關(guān)方面，并且未必按照比例繪制。

具體實施方式

以下詳細地討論各種實施例的實現(xiàn)和使用。然而，應(yīng)該理解，在本文中描述的各種實施例在各種特定情況下適用。討論的特定實施例僅說明用于實現(xiàn)和使用各種實施例的特定方式，并且不應(yīng)該在有限的范圍中被解釋。

在特定情況下針對各種實施例(也就是說，聲學換能器，并且更具體地講，mems麥克風)進行描述。本文中描述的各種實施例中的一些實施例包括mems換能器系統(tǒng)、mems麥克風系統(tǒng)、用于換能器和mems換能器系統(tǒng)的接口電路以及用于換能器和mems換能器系統(tǒng)的供電電路。在其它實施例中，各方面也可根據(jù)如本領(lǐng)域中所已知的任何方式被應(yīng)用于涉及任何類型的傳感器或換能器的其它應(yīng)用。

現(xiàn)代電子設(shè)備中的基本挑戰(zhàn)是能量管理和功率節(jié)約。特別地，包括換能器(諸如，mems麥克風)的許多系統(tǒng)優(yōu)選地滿足需要的功耗要求。同時，這種系統(tǒng)的性能仍然是至關(guān)重要的。因此，存在針對解決系統(tǒng)性能和功耗目標的創(chuàng)新解決方案的機會。

根據(jù)本文中描述的各種特定實施例，聲學換能器系統(tǒng)包括可控供電系統(tǒng)。在這種實施例中，聲學換能器系統(tǒng)在第一模式下利用第一聲壓級(spl)輸入范圍操作并且在第二模式下利用第二spl輸入范圍操作。在第一模式期間，可控供電系統(tǒng)為聲學換能器系統(tǒng)(諸如，耦合到聲學換能器的輸出的緩沖器電路)提供第一電壓，所述第一電壓減少聲學換能器系統(tǒng)的功耗。在第二模式期間，可控供電系統(tǒng)為聲學換能器系統(tǒng)(諸如，耦合到聲學換能器的輸出的緩沖器電路)提供第二電壓，所述第二電壓在將spl輸入范圍增加到更高spl的同時增加聲學換能器系統(tǒng)的功耗。在另外的實施例中，可控供電系統(tǒng)可提供與多個spl輸入范圍對應(yīng)的多個供給電壓電平。在下文中描述參照各種特定實施例的另外的特定細節(jié)。

本文中描述的各種實施例主要涉及聲學換能器系統(tǒng)和裝置。在替代實施例中，類似的實施例可控供電系統(tǒng)可通常利用換能器來實現(xiàn)，并且可被配置為基于不同的輸入信號電平范圍操作。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會容易地理解，在這種替代實施例中可利用最小的修改來實現(xiàn)與本文中所描述的類似的方法和電路。這種實施例實現(xiàn)方式可包括下文中描述的一些實施例的優(yōu)點。替代換能器(諸如，mems換能器)的示例包括但不限于加速度計、壓力傳感器、力傳感器和陀螺儀。

圖1圖示實施例換能器裝置100的系統(tǒng)方框圖，所述實施例換能器裝置100包括麥克風102、緩沖器104、接口106和供電控制器108。根據(jù)各種實施例，麥克風102從周圍環(huán)境接收聲學信號(諸如，聲音)，并且將聲學信號轉(zhuǎn)化成麥克風電壓vmic。緩沖器104從麥克風102接收麥克風電壓vmic，并且產(chǎn)生緩沖器輸出電壓vbuf。在這種實施例中，緩沖器104從供電控制器108接收緩沖器供給電壓vbsup，所述緩沖器供給電壓vbsup可以對于不同操作模式是不同供給電壓。

基于緩沖器供給電壓vbsup，緩沖器104針對不同spl輸入范圍操作。在一些實施例中，在第一模式期間，供電控制器108為緩沖器104提供第一電壓，所述第一電壓減少換能器裝置100的功耗。在第二模式期間，供電控制器108為緩沖器104提供第二電壓，所述第二電壓在將spl輸入范圍增加到更高spl的同時增加換能器裝置的功耗。在特定實施例中，第一電壓小于1.5v，并且操作的第一對應(yīng)spl輸入范圍是0db到130db。在這種實施例中，第二電壓大于1.5v，并且操作的第二對應(yīng)spl輸入范圍是0db到140db。在另外的實施例中，供電控制器108為緩沖器供給電壓vbsup提供超過兩種供給電壓，并且緩沖器104在超過兩種模式下操作。

根據(jù)各種實施例，供電控制器108基于麥克風電壓vmic、緩沖器輸出電壓vbuf或來自接口106的電聲音輸出es_out確定在麥克風102的輸入spl。在特定實施例中，電聲音輸出es_out是已在接口106內(nèi)從模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的數(shù)字信號。在這種實施例中，供電控制器108包括用于基于電聲音輸出es_out選擇供給電壓電平的數(shù)字控制邏輯。在諸如用于模擬換能器系統(tǒng)的其它實施例中，接口106可被省略，或者可以是分開的半導體管芯上的音頻處理電路的一部分。

根據(jù)各種實施例，麥克風102是mems麥克風，諸如包括單個穿孔背板和可偏轉(zhuǎn)薄膜或者雙重穿孔背板和可偏轉(zhuǎn)薄膜的電容mems麥克風。在另一實施例中，麥克風102是具有叉指型感測電極的電容mems梳齒麥克風。在其它實施例中，麥克風102是光學mems麥克風或壓電mems麥克風。在替代實施例中，麥克風102是駐極體電容麥克風(ecm)。在一些實施例中，麥克風102可以是另一類型的換能器，諸如例如超聲換能器、壓力換能器或力換能器。

在各種實施例中，緩沖器104、接口106和供電控制器108被設(shè)置在同一集成電路管芯上。在這種實施例中，麥克風102可以是接合到所述同一集成電路管芯的分開的管芯。在其它實施例中，麥克風102也被設(shè)置在所述同一集成電路管芯上。在替代實施例中，接口106可被包括在分開的集成電路管芯上。

圖2圖示實施例數(shù)字換能器裝置110的示意性方框圖，所述實施例數(shù)字換能器裝置110包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)112、緩沖器電路114、電荷泵電路116和電壓供給選擇電路118。根據(jù)各種實施例，數(shù)字換能器裝置110以與在上文中參照圖1中的換能器裝置100所描述的方式類似的方式操作，并且可以是換能器裝置100的特定實現(xiàn)方式。在各種實施例中，緩沖器電路114諸如從在上文中參照圖1描述的麥克風102接收麥克風電壓vmic，并且產(chǎn)生緩沖器電壓vbuf。在一些實施例中，緩沖器電路114是源極跟隨器或單位增益放大器。另外，緩沖器電路114從電壓供給選擇電路118接收緩沖器供給電壓vbsup。

根據(jù)各種實施例，電壓供給選擇電路118和電荷泵電路116由spl使能信號spl_en控制。在這種實施例中，在第一模式期間，電壓供給選擇電路118由spl使能信號spl_en控制以提供從低電壓供給vlow到緩沖器電路114的傳導路徑。因此，在第一模式期間，緩沖器供給電壓vbsup等于低電壓供給vlow。在第二模式期間，電壓供給選擇電路118和電荷泵電路116由spl使能信號spl_en控制以使電荷泵電路116能夠產(chǎn)生電荷泵電壓vcp并且提供從電荷泵電路116到緩沖器電路114的傳導路徑。因此，在第二模式期間，緩沖器供給電壓vbsup等于電荷泵電壓vcp。

在各種實施例中，低電壓供給vlow小于電荷泵電壓vcp。在一些實施例中，低電壓供給vlow小于1.5v，并且電荷泵電壓vcp大于1.5v。在特定實施例中，低電壓供給vlow是1.2v，并且電荷泵電壓vcp是3v。

根據(jù)各種實施例，spl使能信號spl_en基于麥克風電壓vmic、緩沖器電壓vbuf或來自adc112的數(shù)字輸出信號dsig。在一些實施例中，adc112將緩沖器電壓vbuf(模擬信號)轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號dsig。在一些這種實施例中，可基于數(shù)字輸出信號dsig諸如使用數(shù)字邏輯控制電路(未示出)來產(chǎn)生spl使能信號spl_en。例如，如果數(shù)字輸出信號dsig對應(yīng)于低于聲閾值的spl輸入水平，則spl使能信號spl_en可處于無效狀態(tài)，從而禁用電荷泵電路116并且切換電壓供給選擇電路118以選擇低電壓供給vlow。如果數(shù)字輸出信號dsig對應(yīng)于高于聲閾值的spl輸入水平，則spl使能信號spl_en可處于有效狀態(tài)，從而啟用電荷泵電路116并且切換電壓供給選擇電路118以選擇電荷泵電壓vcp。在這種實施例中，聲閾值可例如從100db變動到150db。在特定實施例中，聲閾值從125db變動到135db。在一個特定實施例中，聲閾值是130db。在另外的實施例中，如在下文中參照其它圖所述，多個聲閾值可被用于為緩沖器電路114選擇多個供給電壓。

在各種實施例中，adc112可從振蕩器晶體或電路(未示出)接收時鐘信號clk。在其它實施例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會容易地理解，adc112可被實現(xiàn)為任何類型的adc。在替代實施例中，從處理器(諸如，例如音頻處理器或微控制器)接收spl使能信號spl_en。

圖3圖示另一實施例數(shù)字換能器裝置120的方框圖，所述另一實施例數(shù)字換能器裝置120包括電容mems麥克風122、源極跟隨器124、σ-δ(sigma-delta)adc126、數(shù)字接口電路128、供電控制電路130、電荷泵電路132、緩沖器供電電路134、adc供電電路136和接口供電電路138。根據(jù)各種實施例，數(shù)字換能器裝置120以與在上文中分別參照圖1和2中的換能器裝置100和數(shù)字換能器裝置110描述的方式類似的方式操作，并且可以是換能器裝置100或數(shù)字換能器裝置110的特定實現(xiàn)方式。在各種實施例中，電容mems麥克風122將聲學輸入信號轉(zhuǎn)化成麥克風電壓vmic，所述麥克風電壓vmic被提供給源極跟隨器124。在這種實施例中，源極跟隨器124具有非常高的輸入阻抗和非常低的輸出阻抗。源極跟隨器124從緩沖器供電電路134接收緩沖器供給電壓vbsup。

根據(jù)各種實施例，源極跟隨器124可基于從緩沖器供電電路134接收的緩沖器供給電壓vbsup而利用不同輸入spl進行操作。在這種實施例中，σ-δadc126接收緩沖器電壓vbuf，并且產(chǎn)生數(shù)字輸出信號dsig?；跀?shù)字輸出信號dsig，供電控制電路130確定在電容mems麥克風122處輸入的聲學信號的spl，并且產(chǎn)生spl控制信號spl_ctl?；趕pl控制信號spl_ctl，緩沖器供電電路134被控制以將緩沖器供給電壓vbsup的不同電壓值提供給源極跟隨器124。

根據(jù)各種實施例，緩沖器供給電壓vbsup可以是與多個操作模式對應(yīng)的多個電壓。例如，緩沖器供給電壓vbsup可具有兩個不同電壓。在其它實施例中，緩沖器供給電壓vbsup具有超過兩個不同電壓。在特定實施例中，緩沖器供給電壓vbsup具有三個不同電壓。在各種實施例中，供電控制電路130基于與一個閾值或多個閾值的比較而為緩沖器供電電路134選擇不同電壓以提供作為緩沖器供給電壓vbsup。

在特定實施例中，當數(shù)字輸出信號dsig對應(yīng)于小于第一聲閾值的在電容mems麥克風122輸入的聲學信號的spl時，緩沖器供電電路134產(chǎn)生在第一電壓電平的緩沖器供給電壓vbsup并且提供在第一電壓電平的緩沖器供給電壓vbsup。當數(shù)字輸出信號dsig對應(yīng)于大于第一聲閾值的在電容mems麥克風122輸入的聲學信號的spl時，緩沖器供電電路134產(chǎn)生在第二電壓電平的緩沖器供給電壓vbsup并且提供在第二電壓電平的緩沖器供給電壓vbsup。類似地，在一些實施例中，當數(shù)字輸出信號dsig對應(yīng)于大于第二聲閾值的在電容mems麥克風122輸入的聲學信號的spl時，緩沖器供電電路134產(chǎn)生在第三電壓電平的緩沖器供給電壓vbsup并且提供在第三電壓電平的緩沖器供給電壓vbsup。在各種實施例中，多個聲閾值可被用于應(yīng)用多個電壓作為緩沖器供給電壓vbsup。另外，在下文中參照圖4中的波形圖140提供對向源極跟隨器124供給的電壓的描述。

根據(jù)各種實施例，電荷泵電路132向電容mems麥克風122提供偏置電壓vbias。在這種實施例中，偏置電壓vbias可從5v變動到50v。在一些實施例中，偏置電壓vbias從15v變動到25v。在特定實施例中，偏置電壓vbias從18v變動到22v。在替代實施例中，偏置電壓vbias可以是其它電壓。如在上文中參照權(quán)利要求2所述，電荷泵電路132從較低參考供給電壓(諸如，低電壓供給vlow)產(chǎn)生偏置電壓vbias。在一些實施例中，電荷泵132可完全或部分地與緩沖器供電電路134中所包括的電荷泵組合。電荷泵電路132可包括各種電荷泵結(jié)構(gòu)，所述各種電荷泵結(jié)構(gòu)對本領(lǐng)域技術(shù)人員已知并且為了簡潔而將不會在本文中描述。

根據(jù)各種實施例，adc供電電路136產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器供給電壓vcsup并且將轉(zhuǎn)換器供給電壓vcsup提供給σ-δadc126。在這種實施例中，可從低電壓供給(諸如，低電壓供給vlow)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器供給電壓vcsup，或者可從另外的參考供給提供轉(zhuǎn)換器供給電壓vcsup。在各種實施例中，轉(zhuǎn)換器供給電壓vcsup從0.5v變動到3.0v。在一些實施例中，轉(zhuǎn)換器供給電壓vcsup從1.0v變動到2.0v。在特定實施例中，轉(zhuǎn)換器供給電壓vcsup是1.2v。在其它實施例中，轉(zhuǎn)換器供給電壓vcsup可以是其它電壓。

在各種實施例，接口供電電路138產(chǎn)生數(shù)字供給電壓vdsup并且將數(shù)字供給電壓vdsup提供給數(shù)字接口電路128。在這種實施例中，可從低電壓供給(諸如，低電壓供給vlow)產(chǎn)生數(shù)字供給電壓vdsup，或者可從另外的參考供給提供數(shù)字供給電壓vdsup。在各種實施例中，數(shù)字供給電壓vdsup從0.5v變動到3.0v。在一些實施例中，數(shù)字供給電壓vdsup從0.7v變動到1.5v。在特定實施例中，數(shù)字供給電壓vdsup是1.0v。在其它實施例中，數(shù)字供給電壓vdsup可以是其它電壓。

在各種實施例中，σ-δadc126利用時鐘信號clk操作。σ-δadc126可包括各種σ-δadc，所述各種σ-δadc對本領(lǐng)域技術(shù)人員已知并且為了簡潔而將不會在本文中進一步描述。

圖4圖示實施例換能器裝置中的聲閾值的波形圖140。根據(jù)各種實施例，波形圖140圖示如在本文中參照其它圖所述的提供給緩沖器或源極跟隨器的電壓(vbsup)。例如，如在本文中參照圖1、2、3、5、7和8所述，波形圖140可對應(yīng)于緩沖器供給電壓vbsup。

在各種實施例中，由聲學換能器或麥克風(諸如，如在上文中參照圖3所述的電容mems麥克風122)基于輸入聲學信號產(chǎn)生麥克風電壓vmic。例如，聲學信號可以是在周圍環(huán)境中傳播的聲音(即，壓力波)。在這種實施例中，聲學信號在某一時間具有給定spl，并且麥克風電壓vmic的大小對應(yīng)于聲學信號的spl。如圖中所示，當麥克風電壓vmic增加超過第一閾值vth1時，緩沖器供給電壓vbsup從電壓電平vdd1增加到電壓電平vdd2。類似地，當麥克風電壓vmic增加超過第二閾值vth1時，緩沖器供給電壓vbsup從電壓電平vdd2增加到電壓電平vdd3。

在各種實施例中，任何數(shù)量的閾值電壓可與對應(yīng)數(shù)量的電壓電平一起使用。在一些實施例中，僅實現(xiàn)第一閾值vth1。在其它實施例中，實現(xiàn)第一閾值vth1和第二閾值vth2。在各種實施例中，第一閾值vth1可被設(shè)置為對應(yīng)于從100db變動到150db的聲學輸入水平的spl。在特定實施例中，第一閾值vth1可被設(shè)置為對應(yīng)于從125db變動到135db的聲學輸入水平的spl。在一個特定實施例中，第一閾值vth1可被設(shè)置為對應(yīng)于130db的聲學輸入水平的spl。類似地，實現(xiàn)第二閾值vth2，第二閾值vth2可被設(shè)置為對應(yīng)于從110db變動到160db的聲學輸入水平的spl。在特定實施例中，第二閾值vth2可被設(shè)置為對應(yīng)于從130db變動到145db的聲學輸入水平的spl。在各種實施例中，第一閾值vth1低于第二閾值vth2。在一些實施例中，第一閾值vth1和第二閾值vth2可以是與上述spl對應(yīng)的數(shù)字值。

在各種實施例中，電壓電平vdd1可小于1.5v，并且電壓電平vdd2可大于1.5v。在其它實施例中，電壓電平vdd1從0.5變動至1.5v，電壓電平vdd2從1.5變動至2.5v，并且電壓電平vdd3從2.5變動至3.5v。在另一特定實施例中，電壓電平vdd1是1.2v，并且電壓電平vdd2是3.0v，而第三電壓被省略。在替代實施例中，基于任何數(shù)量的聲閾值，可產(chǎn)生vbsup并且利用任何電壓提供vbsup。

根據(jù)各種實施例，參照麥克風電壓vmic示出第一閾值vth1和第二閾值vth2。在這種實施例中，可在各種處理階段執(zhí)行與給定閾值電壓的比較，所述給定閾值電壓對應(yīng)于在聲學換能器的聲學輸入的給定spl。如在本文中參照圖4所述，麥克風電壓vmic與一個閾值或多個閾值進行比較。在其它實施例中，緩沖器、放大器或源極跟隨器輸出(諸如，緩沖器輸出電壓vbuf)可與一個閾值或多個閾值(vth1和vth2)進行比較。在特定實施例中，adc的數(shù)字輸出(諸如，數(shù)字輸出信號dsig)可與一個閾值或多個閾值(vth1和vth2)進行比較。

圖5圖示實施例供電電路150的示意性方框圖，所述實施例供電電路150包括電壓供給選擇電路152和電荷泵電路154_1、…、154_n。根據(jù)各種實施例，供電電路150是如在上文中參照圖3所述的緩沖器供電電路134的實施例實現(xiàn)方式。在各種實施例中，電荷泵電路154_1、…、154_n包括從1個到n個電荷泵電路。在一些實施例中，類似于如在上文中參照圖2所述的數(shù)字換能器裝置110，n是零。在其它實施例中，n是2。在另外的實施例中，n是3或更大。在各種實施例中，電荷泵電路154_1、…、154_n可以是分開的電荷泵電路，每個電荷泵電路被配置為產(chǎn)生n個不同電壓電平vcp1-vcpn之一，或者電荷泵電路154_1、…、154_n可以是單個電荷泵電路，所述單個電荷泵電路被配置為產(chǎn)生n個不同電壓電平vcp1-vcpn。

根據(jù)各種實施例，spl控制信號spl_ctl啟用或禁用電荷泵電路154_1、…、154_n以在不同操作模式下提供電壓電平vcp1-vcpn或在電荷泵電路154_1、…、154_n全部被禁用時提供低電壓供給vlow。例如，如在上文中參照圖3所述，由供電控制電路130基于在電容mems麥克風122輸入的spl的聲閾值產(chǎn)生spl控制信號spl_ctl。在各種這種實施例中，如在本文中參照其它圖所述，spl控制信號spl_ctl也控制電壓供給選擇電路152以選擇低電壓供給vlow或電壓電平vcp1-vcpn中的一個從而作為緩沖器供給電壓vbsup提供給緩沖器、源極跟隨器或放大器。

圖6圖示實施例換能器裝置中的控制信號的波形圖，所述波形圖包括電壓波形160以及控制波形162、164、166和168。根據(jù)各種實施例，麥克風電壓vmic由電壓波形160描繪。當麥克風電壓vmic的值變化時，可產(chǎn)生不同控制信號。例如，如在本文中參照其它圖所述，由控制波形162、164、166和168分別描繪的控制信號cs1、cs2、cs3和cs4被啟用和禁用以便為緩沖器、源極跟隨器或放大器選擇或啟用各種電壓供給電平。例如，在一些實施例中，控制信號cs1、cs2、cs3和cs4可以是如在上文中參照圖5所述的用于控制電壓供給選擇電路152和電荷泵電路154_1、…、154_n的spl控制信號spl_ctl的實現(xiàn)方式。在各種實施例中，可由控制電路(諸如，例如如在上文中參照圖3所述的供電控制電路130)基于將麥克風電壓vmic和與聲學換能器的三個輸入spl對應(yīng)的三個電壓閾值進行比較來啟用或禁用相應(yīng)控制信號cs1、cs2、cs3和cs4。在其它實施例中，可使用任何數(shù)量的控制信號和閾值。

圖7圖示另一實施例換能器裝置170的示意性方框圖，所述另一實施例換能器裝置170包括源極跟隨器172、運算放大器174、運算放大器176、量化器電路178、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)180、濾波器182、組合邏輯電路184和緩沖器供電電路186。根據(jù)各種實施例，換能器裝置170是如在上文中參照圖3所述的換能器裝置120的實施例實現(xiàn)方式。

在各種實施例中，源極跟隨器172從諸如例如在上文中參照圖3中的電容mems麥克風122描述的聲學換能器(未示出)接收麥克風電壓vmic?；邴溈孙L電壓vmic，源極跟隨器172通過電阻器r1驅(qū)動運算放大器174的輸入，運算放大器174又驅(qū)動運算放大器176的輸入。在這種實施例中，運算放大器174和運算放大器176以及電阻器r1和r2和電容器c1、c2和c3用作環(huán)路濾波器。量化器電路178從運算放大器176接收已濾波的模擬信號，并且驅(qū)動離散輸出信號作為數(shù)字輸出信號dsig，所述數(shù)字輸出信號dsig是n位數(shù)字信號。

在各種實施例中，dac180接收數(shù)字輸出信號dsig，并且在運算放大器174的輸入產(chǎn)生模擬反饋信號。在這種實施例中，dac180可被實現(xiàn)為電流dac或?qū)崿F(xiàn)為電壓dac。在示出的實施例中，dac180被實現(xiàn)為電流dac以從可控電流源或多個可選擇的電流源施加離散數(shù)量的電流驅(qū)動信號。

根據(jù)各種實施例，源極跟隨器172由緩沖器供給電壓vbsup供電。基于緩沖器供給電壓vbsup的電壓電平，源極跟隨器172針對與輸入到麥克風(未示出)的不同spl對應(yīng)的麥克風電壓vmic的電平操作。在各種實施例中，可基于數(shù)字輸出信號dsig確定輸入到麥克風(未示出)的spl。在這種實施例中，數(shù)字輸出信號dsig通過濾波器182而被提供給組合邏輯電路184，組合邏輯電路184可以是如在上文中參照圖3所述的供電控制電路130的一個實施例實現(xiàn)方式。

基于數(shù)字輸出信號dsig，組合邏輯電路184產(chǎn)生緩沖器供電電路186的n位控制信號，緩沖器供電電路186可以是如在上文中參照圖3所述的緩沖器供電電路134的實施例實現(xiàn)方式。根據(jù)各種實施例，n的值可從1變動到多個位。例如，如在上文中參照圖2中的spl_en類似所述，就單個位而言n是1。作為另一示例，如在上文中分別參照圖5和6中的供電電路150和控制信號cs1、cs2、cs3和cs4所述，n包括1或更多個位。基于來自組合邏輯電路184的n位控制信號，緩沖器供電電路186針對輸入到麥克風的不同spl在不同操作模式期間產(chǎn)生緩沖器供給電壓vbsup的各種不同電壓電平，如在上文中參照其它圖類似所述。

在各種實施例中，組合邏輯電路184包括數(shù)字組合邏輯。在一些實施例中，組合邏輯電路是異步數(shù)字邏輯電路。在一些特定實施例中，組合邏輯電路184包括一個或多個數(shù)字比較器電路。

圖8圖示實施例模擬換能器裝置190的示意性方框圖，所述實施例模擬換能器裝置190包括電容mems麥克風122、源極跟隨器124、模擬控制電路192、電荷泵電路132和緩沖器供電電路134。根據(jù)各種實施例，模擬換能器裝置190如在上文中參照圖3中的數(shù)字換能器裝置120類似所述的那樣操作，但沒有數(shù)字部件。因此，在上文中參照具有共同標號的元件所提供的描述也在此適用于圖8，并且為了簡潔將不會被再一次描述。在這種實施例中，模擬控制電路192基于將緩沖器輸出電壓vbuf與一個或多個閾值進行比較確定輸入到電容mems麥克風122的spl，并且基于所述比較產(chǎn)生spl控制信號spl_ctl。因此，模擬控制電路192以與在上文中分別參照圖3和7中的供電控制電路130或組合邏輯電路184所述的方式類似的方式操作，除了：模擬控制電路192接收緩沖器輸出電壓(模擬信號)作為輸入。在這種實施例中，模擬控制電路192可包括用于基于與一個或多個電壓閾值的比較而產(chǎn)生spl控制信號spl_ctl的一個或多個模擬比較器，所述一個或多個電壓閾值對應(yīng)于輸入到電容mems麥克風122的不同spl。在上文中已參照其它圖描述用于不同spl的各種實施例聲閾值，并且為了簡潔而將不會再一次描述用于不同spl的各種實施例聲閾值。

圖9圖示用于實施例換能器系統(tǒng)的實施例操作方法200的流程圖。操作方法200包括步驟205、210、215、220、225和230。根據(jù)各種實施例，操作方法200是操作聲學裝置的方法。步驟205包括：由緩沖器電路緩沖來自聲學換能器的第一電信號以產(chǎn)生第二電信號。例如，聲學換能器可以是麥克風(諸如，mems麥克風)，并且第一電信號可以是基于來自周圍環(huán)境的輸入聲壓波的轉(zhuǎn)化電信號。在這種實施例中，緩沖器電路可以是單位增益放大器、源極跟隨器或前置放大器。在緩沖器電路產(chǎn)生第二電信號?；诘谝浑娦盘柈a(chǎn)生第二電信號，并且第二電信號可與第一電信號成比例或等于第一電信號。

在各種實施例中，步驟210包括：在供電電路接收反饋信號，其中所述反饋信號與第一電信號成比例。在這種實施例中，反饋信號也與聲學換能器的輸入信號的spl成比例。步驟215包括：將反饋信號與第一閾值進行比較。例如，第一閾值可對應(yīng)于特定spl閾值。

根據(jù)各種實施例，步驟220包括：基于將反饋信號與第一閾值進行比較而在第一模式和第二模式之間切換。在這種實施例中，第一模式可以是低功率操作模式，并且第二模式可以是正常操作模式。步驟225包括：在第一模式期間將第一供給電壓提供給緩沖器電路。第一供給電壓可使緩沖器能夠針對第一輸入spl范圍操作。步驟230包括：在第二模式期間將第二供給電壓提供給緩沖器電路。第一供給電壓不同于第二供給電壓。另外，第二供給電壓可使緩沖器能夠針對第二輸入spl范圍操作。在這種實施例中，第一輸入spl范圍可比第二輸入spl范圍窄。在特定實施例中，第一輸入spl范圍包括比第二輸入spl范圍低的spl。在各種實施例中，步驟205、210、215、220、225和230可被修改以包括另外的步驟或更少的步驟，或者可按照不同次序執(zhí)行。

根據(jù)實施例，一種操作聲學裝置的方法包括：由緩沖器電路緩沖來自聲學換能器的第一電信號以產(chǎn)生第二電信號；在供電電路接收反饋信號；以及將反饋信號與第一閾值進行比較。反饋信號基于第一電信號。所述方法還包括：基于將反饋信號與第一閾值進行比較，在第一模式和第二模式之間切換；在第一模式期間將第一供給電壓提供給緩沖器電路；以及在第二模式期間將第二供給電壓提供給緩沖器電路。第一供給電壓不同于第二供給電壓。

在各種實施例中，所述方法還包括：在聲學換能器產(chǎn)生第一電信號。產(chǎn)生第一電信號可包括在微機電系統(tǒng)(mems)麥克風產(chǎn)生第一電信號。在一些實施例中，由緩沖器電路緩沖來自聲學換能器的第一電信號以產(chǎn)生第二電信號包括：在源極跟隨器接收第一電信號；以及在源極跟隨器產(chǎn)生第二電信號。

在各種實施例中，在第一模式期間將第一供給電壓提供給緩沖器電路以及在第二模式期間將第二供給電壓提供給緩沖器電路包括：在第一模式期間提供來自可控電荷泵電路的第一供給電壓；以及在第二模式期間提供來自可控電荷泵電路的第二供給電壓。在一些實施例中，在供電電路處的反饋信號包括來自緩沖器電路的輸出信號。在另外的實施例中，所述方法還包括：在緩沖器電路處產(chǎn)生第二電信號之后，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)將第二電信號從模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，其中在供電電路處的反饋信號包括來自adc的輸出信號。

在各種實施例中，所述方法還包括：將反饋信號與第二閾值進行比較；基于將反饋信號與第二閾值進行比較切換到第三模式；以及在第三模式期間將第三供給電壓提供給緩沖器電路，其中所述第三供給電壓不同于第一供給電壓和第二供給電壓。在一些實施例中，所述第一閾值對應(yīng)于在聲學換能器的從130db變動到135db的輸入聲壓級(spl)，第一供給電壓從1.0v變動到1.5v，以及第二供給電壓從2.8v變動到3.2v。

根據(jù)實施例，一種聲學裝置包括：緩沖器電路，被配置為耦合到聲學換能器并且被配置為從聲學換能器接收第一電信號并且產(chǎn)生第二電信號；和供電電路，耦合到緩沖器電路。所述供電電路被配置為：接收反饋信號；將反饋信號與第一閾值進行比較；基于將反饋信號與第一閾值進行比較而在第一模式和第二模式之間切換；在第一模式期間將第一電壓提供給緩沖器電路；以及在第二模式期間將第二電壓提供給緩沖器電路。反饋信號基于第一電信號，并且第一電壓不同于第二電壓。

在各種實施例中，所述聲學裝置還包括：聲學換能器，被配置為產(chǎn)生第一電信號。所述聲學換能器可包括微機電系統(tǒng)(mems)麥克風。在一些實施例中，所述緩沖器電路包括源極跟隨器。

在各種實施例中，所述供電電路包括被配置為提供第一電壓和第二電壓的可控電荷泵電路。所述供電電路還可包括控制電路，所述控制電路被配置為：接收反饋信號；基于反饋信號產(chǎn)生控制信號；以及將控制信號提供給可控電荷泵電路，其中所述控制信號可操作用于切換可控電荷泵電路以在第一模式期間將第一電壓提供給緩沖器電路并且在第二模式期間將第二電壓提供給緩沖器電路。在一些實施例中，所述反饋信號包括緩沖器電路的輸出信號。在另外的實施例中，所述聲學裝置包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)，耦合到緩沖器電路，其中所述反饋信號包括adc的輸出信號。

在各種實施例中，所述供電電路還被配置為：將反饋信號與第二閾值進行比較；基于將反饋信號與第二閾值進行比較而切換到第三模式；以及在第三模式期間將第三電壓提供給緩沖器電路，其中所述第三電壓不同于第一電壓和第二電壓。在一些實施例中，所述第一閾值對應(yīng)于在聲學換能器的從130db變動到135db的輸入聲壓級(spl)，第一電壓從1.0v變動到1.5v，以及第二電壓從2.8v變動到3.2v。

根據(jù)實施例，一種聲學裝置包括：聲學換能器，被配置為接收聲學信號；緩沖器電路，耦合到聲學換能器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)，耦合到緩沖器電路；和可控電荷泵電路，耦合到參考供給和緩沖器電路。在這種實施例中，所述可控電荷泵電路被配置為在聲學信號低于聲閾值時將第一供給電壓提供給緩沖器電路并且在聲學信號高于聲閾值時將第二供給電壓提供給緩沖器電路，其中所述第一供給電壓小于第二供給電壓。

在各種實施例中，所述聲學換能器包括微機電系統(tǒng)(mems)麥克風。所述緩沖器電路可包括源極跟隨器。在一些實施例中，基于adc的輸出信號確定聲學信號。在另外的實施例中，所述可控電荷泵電路還被配置為在聲學信號高于另一聲閾值時將第三供給電壓提供給緩沖器電路，其中所述第二供給電壓小于第三供給電壓。在另外的實施例中，所述聲閾值對應(yīng)于在聲學換能器的從130db變動到135db的輸入聲壓級(spl)，第一供給電壓從1.0v變動到1.5v，以及第二供給電壓從2.8v變動到3.2v。

本文中描述的各種實施例的優(yōu)點可包括減少的功耗與換能器裝置的大動態(tài)操作范圍。具體地講，一些實施例可包括在低功率模式和正常功率模式下操作的優(yōu)點，低功率模式消耗較少功率并且針對輸入到聲學換能器的較低spl而操作，并且正常功率模式消耗較多功率并且針對輸入到聲學換能器的較高spl而操作。

盡管已參照說明性實施例描述本發(fā)明，但這種描述不旨在以限制性意義進行解釋。在參照所述描述時，說明性實施例的各種修改和組合以及本發(fā)明的其它實施例將會對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，旨在所附權(quán)利要求包括任何這種修改或?qū)嵤├?/p>