號處理電路可以輸出一個模擬輸出信號。可選地，還可以在模擬路徑中在放大器級201和ADC 202之間存在至少一個附加元件501。例如，可以存在附加放大器級或其他增益級，或者可以有意地引入元件501以允許修改模擬信號。還可以在信號路徑的數(shù)字部分中在ADC 202的下游存在至少一個元件502，例如，一個數(shù)字增益級或其他信號處理元件，或者可以有意地引入元件502以允許修改數(shù)字信號。元件501和/或元件502因此可以已經(jīng)存在于用于一些其他功能的常規(guī)信號處理電路中或者可以已經(jīng)被有意地添加以允許施加補(bǔ)償信號。
[0116]補(bǔ)償電路系統(tǒng)206被布置以沿著信號路徑在第一點處監(jiān)測信號并且施加補(bǔ)償信號以在至少第二點處修改信號。
[0117]如圖5a中例示的，在沿著從輸入至輸出的信號路徑中的第一點處監(jiān)測信號?？梢栽谘刂盘柭窂降囊幌盗胁煌目赡茳c處監(jiān)測信號，例如，下列點:
[0118](a)在第一放大/緩沖級201的輸出處的點；
[0119](b)在后繼增益級501之后的點；
[0120](c)在ADC 202的輸出處的點；
[0121](d)從ADC 202的輔助輸出的點(在一些實例中，ADC可能已經(jīng)產(chǎn)生一個例如由過載檢測電路系統(tǒng)或用于調(diào)整ADC的運行參數(shù)的一些其他調(diào)節(jié)電路系統(tǒng)所使用的輔助輸出。即使信號處理電路的其余部分不需要輔助輸出，使用ADC的輔助輸出而不是主信號路徑輸出可以允許補(bǔ)償電路系統(tǒng)使用一個不同的(較高的或較低的)分辨率輸出，這可以有益于提高補(bǔ)償電路系統(tǒng)的性能或允許使用相比其他情況更簡單的電路系統(tǒng))；和/或
[0122](e)數(shù)字加法器/乘法器或可能地其他ADC后的DSP功能(諸如，濾波器)的輸出處的點。
[0123]監(jiān)測到的信號Smcin被輸入到補(bǔ)償控制電路系統(tǒng)206以生成校正信號S。.，用于校正或補(bǔ)償由MEMS電容式換能器生成的感測信號中的失真。Sccirr被用于在沿著信號路徑的至少第二點處修改信號。由S。.施加的非線性和/或縮放被設(shè)計成使得S。.大體上消除信號的主要失真分量，從而減少在輸出信號S-中觀察到的失真。
[0124]信號被監(jiān)測的第一點可以在信號鏈中施加校正的第二點之前或之后。
[0125]如提及的，校正信號S。.可以被用于在沿著信號路徑的第二點處修改信號。例如，可以通過使用加法校正信號在若干不同點處修改信號。如圖5a中例示的，該校正信號例如可以:
[0126]A.可能在一個輔助輸入點處被加至放大器201的第一級中的感測信號(下文將參考圖12更詳細(xì)地討論其一個實施例)；
[0127]B.在元件501處被加至從放大器201輸出的模擬信號，元件501例如可以是一個隨后的放大器或混合級(如圖5e中總體表示的，下文將參考圖12更詳細(xì)地討論其一個實施例)；
[0128]C.經(jīng)由一個輔助ADC輸入路徑被加至ADC 202的輸入內(nèi)(下文將參考圖9更詳細(xì)地討論其一個實施例)；和/或
[0129]D.被用于通過元件502(例如，通過一個數(shù)字加法器)修改數(shù)字信號(如圖5e中總體表示的以及上文關(guān)于圖3討論的)。
[0130]如提及的，附加地或替代地，可以通過使用乘法校正信號在若干不同的點處修改在沿著信號路徑的第二點處的信號。如圖5a中例示的，校正信號例如可以:
[0131]A.被用于調(diào)諧初始放大器級(如圖5b中例示的)的增益，例如，通過數(shù)字地更改反饋電阻器網(wǎng)絡(luò)電阻值來調(diào)諧初始放大器級的增益(下文將參考圖16更詳細(xì)地討論其一個實施例)；
[0132]B.被用于調(diào)諧這樣的隨后的放大器級(如圖5c中總體表示的，下文將參考圖15更詳細(xì)地討論其一個實施例)的增益；
[0133]C.被用于調(diào)諧ADC 202(如圖5d中例示的)的信號輸入的增益/靈敏度，例如，通過更改ADC輸入路徑的阻抗(例如，通過數(shù)字地更改輸入電阻器電阻值或更改輸入開關(guān)電容器的開關(guān)，下文將關(guān)于圖15討論其一個實施例)來調(diào)諧ADC 202的信號輸入的增益/靈敏度；和/或
[0134]D.被用于通過元件502(例如，通過一個數(shù)字乘法器)修改數(shù)字信號(如圖5c中例示的)。
[0135]在實踐中，為了在沒有過多硬件或處理努力的前提下獲得足夠的性能，可能僅在所列出的監(jiān)測點中的一個或兩個處監(jiān)測信號。同樣地，可以僅在信號路徑中的所述可能的點中的一個或兩個處修改信號。
[0136]在信號路徑中的第一點處提供對信號的監(jiān)測的信號Smcin因此可以是模擬的或數(shù)字的。同樣地，校正信號S。.也可以是模擬的或數(shù)字的。
[0137]如果監(jiān)測信號和/或校正信號是數(shù)字的，它們可以具有任何適當(dāng)?shù)姆直媛省＠?，它們可以是一位或多位，并且例如可以是以低分辨?例如，8位或更少)過采樣格式(諸如，δ-σ類型)或者是標(biāo)準(zhǔn)音頻采樣速率下的較高分辨率。例如，標(biāo)準(zhǔn)音頻速率可以是48kHz、44.1kHz、16kHz或8kHz，并且過采樣速率可以例如是至少標(biāo)稱的768kHz。在一些應(yīng)用中，采樣速率可以是標(biāo)準(zhǔn)音頻速率(B卩，小于標(biāo)稱768kHz)的一些合適的倍數(shù)且具有相對高的分辨率(例如，大于10位)。
[0138]如果監(jiān)測到信號和/或校正信號是模擬的，則它們可以是電壓、或電流、或電壓和電流的組合。
[0139]所生成的和所施加的校正信號在振幅上可以是基本上連續(xù)的或者可以被限制到一小組離散電平，即，被采樣例如以提供一個更經(jīng)濟(jì)的實施方式。
[0140]如上文提及的，補(bǔ)償控制電路系統(tǒng)206可以生成一個校正信號Sccirr,該校正信號Sccirr在沿著信號路徑的第二點處被加至信號。在補(bǔ)償控制電路系統(tǒng)206生成一個加法校正信號的情況下，補(bǔ)償控制電路系統(tǒng)206可以包括諧波生成電路系統(tǒng)。當(dāng)生成一個加法校正時，補(bǔ)償控制電路系統(tǒng)可以包括，例如:
[0141]i)—個平方電路，用于基于監(jiān)測到的信號Smcin(不管是模擬的還是數(shù)字的)的瞬時值的平方產(chǎn)生一個校正信號；
[0142]ii) —個絕對值或整流電路，用于基于監(jiān)測到的信號Smcin的經(jīng)整流的值或幅度(但沒有符號)產(chǎn)生一個校正信號；
[0143]iii)多個比較器，將Smcin與一組閾值比較，在有或沒有滯后的情況下，提供多個邏輯電平，從所述多個邏輯電平導(dǎo)出多級(可能地僅兩級)分段恒定校正;和/或
[0144]iv)—個查找表或等同物，其編碼期望的非線性傳遞函數(shù)。
[0145]從上文討論中應(yīng)清楚的是，可以在信號路徑中的早于第一點的第二點(S卩，以反饋布置)實施補(bǔ)償電路系統(tǒng)。然而，應(yīng)注意，補(bǔ)償電路系統(tǒng)反饋布置完全不同于放大器負(fù)反饋環(huán)路(且通常與放大器負(fù)反饋環(huán)路分開)，該放大器負(fù)反饋環(huán)路可以常規(guī)地被設(shè)置在高增益放大器附近用于改善放大器性能，例如，改善增益穩(wěn)定性或放大器線性度。在這樣的放大器反饋布置中，反饋是負(fù)的并且通常放大器輸出被簡單地反饋到放大器輸入，該放大器輸入例如可以是運算放大器的反相輸入。在這樣的常規(guī)放大器環(huán)路中，反饋信號因此通常僅是放大器輸出信號的一個線性縮放的型式或經(jīng)濾波的型式并且因此極性可以改變且具有與放大器輸出相同的特性。在許多方面，這樣的放大器反饋環(huán)路可以被看作放大器電路系統(tǒng)的一部分。
[0146]本發(fā)明的實施方案的補(bǔ)償電路系統(tǒng)是除了任何這樣的放大器反饋環(huán)路以外的電路系統(tǒng)且不同于任何這樣的放大器反饋環(huán)路。由補(bǔ)償控制電路系統(tǒng)生成的反饋信號是基于監(jiān)測到的信號但相對于監(jiān)測到的信號呈非線性一一例如(對于在地電位處具有靜態(tài)電平的信號)反饋信號的極性可以總是正的。補(bǔ)償控制電路系統(tǒng)生成的反饋信號通常還將具有到監(jiān)測點處的信號的附加頻率成分，并且補(bǔ)償電路系統(tǒng)反饋環(huán)路的環(huán)路增益將是低的。
[0147]也如上文提及的，補(bǔ)償控制電路系統(tǒng)可以附加地或替代地生成一個被用于調(diào)諧在沿著信號路徑的某個點處施加到信號的增益的校正信號并且補(bǔ)償電路系統(tǒng)可以包括用于實施所述增益調(diào)諧的修改電路系統(tǒng)。換句話說，補(bǔ)償控制電路系統(tǒng)生成乘法校正信號，當(dāng)所述乘法校正信號被乘法地施加到信號時，其抵消信號的至少一些失真分量。
[0148]在補(bǔ)償控制電路系統(tǒng)生成乘法校正信號的情況下，其可以包括增益因子調(diào)諧電路系統(tǒng)。當(dāng)生成一個乘法校正時，補(bǔ)償控制電路系統(tǒng)可以包括，例如:
[0149]i)—個縮放電路，模擬的或是數(shù)字的；
[0150]ii)多項式生成電路，例如，生成類型l+a.S_的一階函數(shù)或可選地較高階函數(shù)；
[0151]iii)多個比較器，將Smcin與一組閾值進(jìn)行比較，在有或沒有滯后的情況下，提供多個邏輯電平，從所述多個邏輯電平導(dǎo)出多級(可能地僅兩級)分段恒定校正;和/或
[0152]iv)—個查找表或等同物，其編碼期望的非線性傳遞函數(shù)。
[0153]應(yīng)注意，補(bǔ)償電路系統(tǒng)增益調(diào)諧完全不同于存在于信號處理路徑中例如用于對放大器或解壓縮進(jìn)行自動增益控制的任何其他增益控制(且通常與所述任何其他增益控制分開)。本發(fā)明的實施方案的補(bǔ)償電路系統(tǒng)是除了任何這樣的增益控制之外的電路系統(tǒng)且不同于任何這樣的增益控制，并且本發(fā)明的實施方案的補(bǔ)償電路系統(tǒng)被布置以補(bǔ)償由于換能器的傳遞函數(shù)引起的感測信號中的固有失真分量。
[0154]在一些情況下，可以在沿著信號路徑的一個點處將至少一個加法校正施加到信號，同時在信號路徑的相同的點處或另一個點處施加一個乘法校正。
[0155]補(bǔ)償控制電路系統(tǒng)206和/或修改電路系統(tǒng)的元件可以物理地位于信號處理電路的其他塊中，例如，可以生成一個邏輯信號或多個邏輯信號，所述邏輯信號隨后更改施加至ADC的開關(guān)電容器輸入的時鐘。補(bǔ)償控制電路系統(tǒng)206因此可以生成隨后被施加至信號路徑中的元件的部件(諸如，ADC 202或放大器201)的一個中間邏輯信號或多個中間邏輯信號。
[0156]因此，在本發(fā)明的實施方案中，作為監(jiān)測到的信號的值(S卩，監(jiān)測到的信號的瞬時值)的函數(shù)生成校正信號。該校正信號被生成為使得當(dāng)例如通過加法或通過增益調(diào)諧/縮放與感測信號結(jié)合時，它(至少部分地)補(bǔ)償存在于感測信號中的(由于換能器和放大器的傳遞函數(shù)引起的)失真分量。
[0157]在一些情況下，監(jiān)測到的信號值和校正信號之間的關(guān)系(S卩，相關(guān)函數(shù))可以基于補(bǔ)償電路系統(tǒng)和修改電路系統(tǒng)的選擇被硬接線。例如，如果在信號路徑的模擬部分中監(jiān)測和修改信號并且補(bǔ)償控制電路系統(tǒng)包括一個用于加法校正的模擬平方電路，則限定監(jiān)測到的信號值和校正信號之間的關(guān)系的函數(shù)可以通過所選部件被硬接線(hardwire)。基于針對特定的換能器和放大器布置的預(yù)期失真或先前測量的失真(即，基于對其他成分的測試)，這樣的電路部件可以被用于所述特定的換能器和放大器布置。
[0158]在一些實施方案中，可以通過多種設(shè)置來確定監(jiān)測到的信號值和校正信號之間的關(guān)系的至少一些方面。例如，在將監(jiān)測到的信號與閾值電平比較以輸出多個校正信號值中的一個的情況下，可以通過多種電路設(shè)置來確定所述閾值電平和/或校正信號值，例如，相關(guān)閾值可以被存儲在一個存儲器中，該存儲器可以是一次性可編程的(諸如，熔絲陣列等或者可重復(fù)編程的存儲器)或者可以通過控制寄存器設(shè)置被設(shè)置。同樣地，可以以類似的方式設(shè)置各種校正信號值。實際上，可能存在允許多達(dá)η個不同的閾值電平和校正值的多個比較器和多路轉(zhuǎn)換器，且可以通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)置選擇所使用的比較器的數(shù)目。同樣地，用于縮放校正信號的系數(shù)值可以被存儲在存儲器或可編程元件中。在一些情況下，存儲所述設(shè)置的存儲器或可編程元件可以位于與本發(fā)明的信號處理電路不同的集成電路上。如果必要的話，可以在設(shè)備啟動或重置時將相關(guān)設(shè)置加載到信號處理電路的控制寄存器中。
[0159]可以由信號處理電路的制造商設(shè)置任何這樣的校正設(shè)置，例如，基于一個預(yù)定的換能器和放大器布置的預(yù)期失真分量(其可以已經(jīng)從測試其他類似的布置中導(dǎo)出)。替代地，所述設(shè)置可以由設(shè)備制造商編程。在此情況下，所述設(shè)置可以是基于使用真實的換能器和放大器布置執(zhí)行的校準(zhǔn)，例如，在設(shè)備組裝期間執(zhí)行的校準(zhǔn)步驟。這樣的校準(zhǔn)可以包括在沒有失真補(bǔ)償?shù)那闆r下和/或在具有特定的一組補(bǔ)償設(shè)置的情況下將一個或多個已知測試刺激施加到換能器，以及確定然后可以被編程的適當(dāng)?shù)淖罱K設(shè)置。
[0160]在一些實施方案中，限定監(jiān)測到的信號值和校正信號之間的關(guān)系的函數(shù)的至少一些方面在使用中可以是可重新配置的，諸如，一個查找表中的條目或在生成校正信號時使用的多個系數(shù)的值。在這樣的實施方案中，可以在使用中改變監(jiān)測到的信號的值和校正信號之間的傳遞函數(shù)，例如，基于附加的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。組裝好的設(shè)備可以具有運行自校準(zhǔn)處理的能力，例如，在啟動或重置時。例如，設(shè)備可以在啟動時發(fā)射一個可以由換能器檢測到的且被用作一個參考信號的具有恒定(或已知變化的)聲強(qiáng)度的聲音。檢測到的感測信號然后可以被分析以確定需要施加什么補(bǔ)償設(shè)置和/或是否需要調(diào)整任何現(xiàn)有設(shè)置。
[0161]下文將進(jìn)一步描述本發(fā)明的多個有利的實施方案。
[0162]如上文提及的，在一些情況下，補(bǔ)償控制電路系統(tǒng)可以被布置以將監(jiān)測到的信號Smcin與一個或多個閾值電平進(jìn)行比較來提供一個或多個校正信號值。圖6例示例如可以在圖2中示出的布置中使用的合適的補(bǔ)償控制電路206的一個實施例。
[0163]在圖6中示出的實施例中，在信號路徑中的第一點處監(jiān)測信號并且通過比較器601a、601b將該信號與多個閾值進(jìn)行比較。如先前描述的，監(jiān)測到的信號可以是數(shù)字信號。在此情況下，存在兩個比較器，用于確定信號是否在正閾值^之上的第一比較器601a和用于確定該信號是否在負(fù)閾值Nm(Nm可以具有與^相同幅度或不同的幅度)之下的第二比較器601b。比較器601a、601b的輸出被傳遞到或非門602，或非門602控制多路轉(zhuǎn)換器603以便施加一個選定的校正信號值VG1SVG2t3在此實施例中，如果監(jiān)測到的信號S-或者其導(dǎo)出信號例如Slp位于所述兩個閾值之間，并因此既不在^之上也不在Nm之下，則一個零值(VG1 = O)被用作校正信號，即，沒有施加校正。然而，如果信號在Np之上或在‘之下，則一個非零值￥62被用作校正信號值。
[0164]可以在低通濾波器604中對監(jiān)測到的信號Smcin進(jìn)行濾波以在如上文所描述的比較之前產(chǎn)生一個信號SLP。濾波器604可以形成如上文關(guān)于圖3描述的補(bǔ)償控制電路系統(tǒng)206的一部分，在該情況下，濾波器604的輸入是監(jiān)測到的信號Smcin。然而，在一些應(yīng)用中，可存在一個位于信號路徑中的濾波器并且監(jiān)測到的信號可以是存在于該信號路徑中的經(jīng)濾波的數(shù)字信號SLP。在其他實施方案中，可能不需要任何濾波器604。
[0165]以與上文關(guān)于圖4討論的方式相同的方式但使用如圖6中示出的補(bǔ)償電路系統(tǒng)來針對圖2的電路計算示例波形。圖4a因此示出輸入空氣壓力激勵A(yù)P、產(chǎn)生的未經(jīng)校正的輸出信號(基于電容式換能器的極板的正弦線性位移且其中最大位移等于靜態(tài)極板間隔d的20%)以及對應(yīng)的誤差。
[0166]圖7示出聲壓信號AP*(從AP縮放了5%以擬合基波振幅)、所施加的校正信號Scorr以