用于頻率檢測(cè)的設(shè)備和方法
【專(zhuān)利摘要】專(zhuān)用集成電路(ASIC)與聲學(xué)裝置一起使用。接收輸入時(shí)鐘信號(hào)。確定輸入時(shí)鐘信號(hào)的頻率，并且該頻率指示ASIC的多個(gè)操作模式中的一個(gè)?；谒_定的頻率，改變提供給ASIC的一個(gè)或更多個(gè)操作塊的電流量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于頻率檢測(cè)的設(shè)備和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本專(zhuān)利在35U.S.C.§119(e)下要求于2013年10月21日提交的題為“Apparatus AndMethod For Frequency Detect1n”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61893453號(hào)的益處，其內(nèi)容通過(guò)引用完全結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請(qǐng)涉及麥克風(fēng)，并且更特別地涉及這些麥克風(fēng)的操作。
【背景技術(shù)】
[0004]麥克風(fēng)通常由兩個(gè)主要組件構(gòu)成:微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置，該MEMS裝置接收聲能并且將聲能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；以及專(zhuān)用集成電路(ASIC)(或其它電路)，該ASIC從MEMS裝置獲得電信號(hào)并且對(duì)該信號(hào)執(zhí)行后處理和/或緩沖該信號(hào)以用于在較大電子環(huán)境中的之后電路級(jí)。
[0005]ASIC的輸出可以為模擬形式或者為數(shù)字形式，并且具有提供數(shù)字輸出的ASIC的麥克風(fēng)通常被稱(chēng)為數(shù)字麥克風(fēng)。近年來(lái)，數(shù)字麥克風(fēng)在便攜式電子設(shè)備中并且特別是在移動(dòng)電話內(nèi)變得越來(lái)越流行。
[0006]與模擬麥克風(fēng)相比，數(shù)字麥克風(fēng)提供附加功能性，并且提供對(duì)麥克風(fēng)的操作的更好控制。例如并且在使用數(shù)字麥克風(fēng)的許多電子系統(tǒng)中，期望電子系統(tǒng)的多模式操作。多模式操作是指電子系統(tǒng)可以以具有較高電流消耗的全性能、具有較低電流消耗的較低性能工作的操作模式、以及針對(duì)非常低功率消耗的無(wú)性能的待機(jī)模式。這樣的多模式操作要求麥克風(fēng)能夠支持這樣的操作模式。
[0007]不幸的是，先前方法尚未充分解決這些問(wèn)題。這導(dǎo)致一些用戶(hù)對(duì)這些先前方法不滿(mǎn)意。
【附圖說(shuō)明】
[0008]為了更完全地理解本公開(kāi)，將對(duì)以下詳細(xì)描述和附圖作出參考，其中:
[0009]圖1包括根據(jù)本發(fā)明的多種實(shí)施方式的在麥克風(fēng)中使用頻率檢測(cè)的系統(tǒng)的框圖；
[0010]圖2包括示出在此根據(jù)本發(fā)明的多種實(shí)施方式描述的頻率檢測(cè)方法的操作的一個(gè)示例的圖表；
[0011]圖3包括根據(jù)本發(fā)明的多種實(shí)施方式的具有頻率檢測(cè)的專(zhuān)用集成電路(ASIC)的框圖。
[0012]本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到，為了簡(jiǎn)單和清楚的目的示出圖中的元件。還將想到，可以以特定發(fā)生順序來(lái)描述或描繪特定動(dòng)作和/或步驟，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，實(shí)際上不要求關(guān)于順序的這樣的特殊性。還將理解，除了在此另外闡述特定含義的情況之外，在此使用的術(shù)語(yǔ)和表達(dá)具有與關(guān)于其相應(yīng)各自調(diào)查和研究領(lǐng)域的這樣的術(shù)語(yǔ)和表達(dá)一致的普通含義。
【具體實(shí)施方式】
[0013]提供了實(shí)現(xiàn)多模式麥克風(fēng)的方法，其中，麥克風(fēng)在多個(gè)模式下工作，并且同時(shí)，麥克風(fēng)的電流消耗(和功率使用)遵循輸入時(shí)鐘的頻率。
[0014]在這些實(shí)施方式中的許多實(shí)施方式中，將輸入時(shí)鐘的頻率與內(nèi)部生成時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行比較。輸入時(shí)鐘的頻率指示專(zhuān)用集成電路(ASIC)或其它裝置的操作模式。該比較允許輸入頻率的準(zhǔn)確檢測(cè)。提供給ASIC的不同操作塊的電流可以基于頻率(其現(xiàn)在已被準(zhǔn)確地測(cè)量)來(lái)改變。換言之，AS IC (或ASIC的部分)的電流(或功率)消耗遵循輸入時(shí)鐘的頻率改變。遵循取決于輸入時(shí)鐘的頻率的附加的不同操作模式，并且因?yàn)楦鶕?jù)這些方法改變電流的靈活性，解決了操作模式的特定電流和功率需要。
[0015]在其它方面中，內(nèi)部振蕩器信號(hào)(來(lái)自ASIC)是針對(duì)其頻率補(bǔ)償?shù)臏囟取Ｔ谶€有的其它方面中并且為了降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性，內(nèi)部振蕩器信號(hào)(來(lái)自ASIC)不是針對(duì)頻率補(bǔ)償?shù)墓に?，而是在ASIC的制造測(cè)試期間執(zhí)行工藝補(bǔ)償，其中，進(jìn)行針對(duì)工藝補(bǔ)償?shù)男拚麥y(cè)試(trimtest)，并且然后將修整值存儲(chǔ)到一次性可編程(OTP)存儲(chǔ)器。
[0016]針對(duì)給定操作模式或頻率的電流消耗值通過(guò)對(duì)噪聲和電流消耗的要求來(lái)確定。在這些方面中，因?yàn)樵谀M混合模式集成電路(IC)設(shè)計(jì)中，噪聲與電流消耗之間存在眾所周知的關(guān)系，所以噪聲也是被考慮并且被控制的參數(shù)。
[0017]在這些實(shí)施方式中的許多實(shí)施方式中，專(zhuān)用集成電路(ASIC)被連接到聲學(xué)裝置。ASIC包括至少一個(gè)操作塊和頻率檢測(cè)塊。頻率檢測(cè)塊被構(gòu)造為接收輸入時(shí)鐘信號(hào)，確定輸入時(shí)鐘信號(hào)的頻率，該頻率指示ASIC的多個(gè)操作模式中的一個(gè)。頻率檢測(cè)塊還被構(gòu)造為基于所確定的頻率改變提供給至少一個(gè)操作塊的電流量(amount current)。
[0018]在其它方面中，頻率檢測(cè)塊將輸入時(shí)鐘與獨(dú)立于溫度和工藝運(yùn)行的內(nèi)部生成時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行比較。在其它示例中，聲學(xué)裝置是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)麥克風(fēng)。
[0019]在一些示例中，多個(gè)模式中的每個(gè)具有不同離散電流消耗。在其它示例中，模式可以是待機(jī)模式、低功率模式、標(biāo)準(zhǔn)性能模式、或高性能模式。其它示例是可以的。
[0020]在這些實(shí)施方式中的其它實(shí)施方式中，專(zhuān)用集成電路(ASIC)與聲學(xué)裝置一起使用。接收輸入時(shí)鐘信號(hào)。確定輸入時(shí)鐘信號(hào)的頻率，并且該頻率指示ASIC的多個(gè)操作模式中的一個(gè)?；谒_定的頻率，改變或調(diào)整提供給ASIC的一個(gè)或更多個(gè)操作塊的電流量。
[0021]現(xiàn)在參照?qǐng)D1，描述麥克風(fēng)組件100的一個(gè)示例。麥克風(fēng)組件包括MEMS裝置102和專(zhuān)用集成電路(ASIC)104。組件100連接到作為裝置109的一部分的電路106。裝置109可以是蜂窩電話、個(gè)人計(jì)算機(jī)、或使用麥克風(fēng)的任何其它裝置。電路106是執(zhí)行任何類(lèi)型的處理功能的任何類(lèi)型的電子電路。電路106可以在適當(dāng)時(shí)被劃分成功能模塊，并且可以是硬件元件和軟件元件的任何組合(例如，它可以包括執(zhí)行編程指令的微處理器)。電路106包括連接到ASIC 104 的時(shí)鐘 108。
[0022]MEMS裝置102是將聲能101轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)(發(fā)送到ASIC 104)的任何類(lèi)型的MEMS麥克風(fēng)裝置。ASIC 104可以是執(zhí)行多種類(lèi)型的功能(諸如，舉兩個(gè)示例功能，緩沖或放大)的任何類(lèi)型的集成電路。ASIC 104在多種操作模式下操作，并且這些操作模式中的每個(gè)利用或要求不同功率電平。如果功率電平不正確，則ASIC 104將不操作或者不適當(dāng)?shù)夭僮鳌SIC 104處理從MEMS裝置102接收的信號(hào)，以用于由電路106使用。
[0023]為了ASIC針對(duì)特定ASIC操作模式適當(dāng)?shù)夭僮?，頻率檢測(cè)塊114被構(gòu)造為基于從時(shí)鐘108接收的輸入頻率提供電流調(diào)整。在這些方面中，時(shí)鐘108的頻率表示ASIC 104的操作模式。由塊114將輸入時(shí)鐘108的頻率與來(lái)自ASIC 104上的內(nèi)部振蕩器110的內(nèi)部生成時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行比較。輸入時(shí)鐘108的頻率指示ASIC 104的操作模式。由塊114進(jìn)行的比較允許時(shí)鐘108的輸入頻率的準(zhǔn)確檢測(cè)。提供給ASIC的不同操作塊112的電流可以由塊114基于該檢測(cè)的頻率(其現(xiàn)在已被準(zhǔn)確地測(cè)量)來(lái)改變。換言之，AS IC 104 (或ASIC 104的部分)的電流消耗遵循輸入時(shí)鐘108的頻率改變。遵循取決于輸入時(shí)鐘108的頻率的附加和/或不同操作模式，并且因?yàn)楦淖冸娏鞯撵`活性，解決了操作模式的特定電流和功率需要。
[0024]下面關(guān)于圖2和圖3更詳細(xì)地描述ASIC104的頻率檢測(cè)方面(并且特別是塊114的操作)。
[0025]現(xiàn)在參照?qǐng)D2，麥克風(fēng)的操作被劃分成四個(gè)模式202、204、206以及208。將理解，可以基于包括電流消耗和噪聲的來(lái)自ASIC的所需要求限定更少或附加數(shù)量的模式。這些模式具有不同離散電流消耗電平(在縱軸上示出)，并且這些電流電平根據(jù)本方法來(lái)調(diào)整。可以看出，這些電平是階梯式的，而不遵循線性?xún)A斜圖案。
[0026]待機(jī)模式202是電流消耗處于最小值但是麥克風(fēng)不工作的模式。低功率模式204是電流消耗被保持在最小值但是麥克風(fēng)以降低的性能工作的模式。標(biāo)準(zhǔn)性能模式206是與低功率模式204相比電流消耗更高并且同時(shí)麥克風(fēng)的性能提高的模式。高性能模式208是電流消耗和性能兩者處于最大值的模式。
[0027]在每種模式下，電流消耗進(jìn)一步增加(或降低)，并且遵循所檢測(cè)的頻率。例如，多個(gè)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路自然要求針對(duì)較高時(shí)鐘頻率的較高電流消耗以用于給定性能，或者要求較高電流消耗以用于更好噪聲性能。需要改變功率電平的電路的示例包括模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器和開(kāi)關(guān)電容濾波器，A/D轉(zhuǎn)換器和開(kāi)關(guān)電容濾波器兩者共同在數(shù)字麥克風(fēng)中使用。其它示例是可以的。
[0028]現(xiàn)在參照?qǐng)D3，描述頻率檢測(cè)和電流調(diào)整塊300的一個(gè)示例(例如，圖1的塊114)。在這些方面中，圖3示出關(guān)于如何獨(dú)立于工藝和溫度變化使偏置電流遵循輸入時(shí)鐘的頻率的一種可能實(shí)現(xiàn)。其它示例是可以的。塊300包括內(nèi)部振蕩器302、時(shí)鐘分頻器304、頻率檢測(cè)裝置306、偏置電流發(fā)生器308、一次性可編程(OTP)存儲(chǔ)器位310和311、以及時(shí)鐘輸入焊盤(pán)312(連接到頻率檢測(cè)裝置306)。塊300可以設(shè)置在ASIC 316上。ASIC 316可以設(shè)置在包括連接到時(shí)鐘輸入焊盤(pán)312的時(shí)鐘320的裝置318中。舉兩個(gè)例子，裝置318可以是蜂窩電話或個(gè)人計(jì)算機(jī)。
[0029]在操作時(shí)，內(nèi)部振蕩器302輸出由時(shí)鐘分頻器304接收的信號(hào)。OTP位310可以用于在制造工藝期間補(bǔ)償工藝變化。例如，與所期望的相比，可以測(cè)量振蕩器頻率，并且位被施加為使振蕩器以期望頻率操作。振蕩器302的輸出是溫度補(bǔ)償時(shí)鐘信號(hào)。OTP位311以分頻比313的形式被施加至?xí)r鐘分頻器304，以補(bǔ)償振蕩器/ASIC間的多種公差。這可以在基于特定振蕩器/ASIC改變分頻比的制造期間發(fā)生。分頻器304的輸出是溫度和工藝補(bǔ)償時(shí)鐘信號(hào)。換言之，因?yàn)橐呀?jīng)考慮到溫度和工藝兩者并且基于這些因素對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，所以分頻器304的輸出可以被認(rèn)為是準(zhǔn)確時(shí)鐘。
[0030]頻率檢測(cè)裝置306將輸入時(shí)鐘(來(lái)自裝置318)與準(zhǔn)確時(shí)鐘進(jìn)行比較，以找出輸入時(shí)鐘的頻率。頻率檢測(cè)裝置306將η位控制信號(hào)發(fā)送到偏置電流發(fā)生器308。偏置電流發(fā)生器308還可以在制造期間由OTP位來(lái)調(diào)整，以補(bǔ)償工藝變化。η位是輸入時(shí)鐘頻率的數(shù)字位表示。例如，如果數(shù)字表示是I，則頻率可以是10Khz，如果數(shù)字表示是2，則頻率可以在10kHz至200kHz之間等。該η位信號(hào)啟動(dòng)發(fā)生器308內(nèi)的多種開(kāi)關(guān)321。被閉合的開(kāi)關(guān)312越多，提供的電流越多。以此方式，基于時(shí)鐘320的頻率(其表示模式)調(diào)整電流。來(lái)自308的電流可以流至IjASIC 316的不同塊322，從而根據(jù)需要操作ASIC 316。可以從圖2中看出，圖3中利用的方法產(chǎn)生階梯式電流響應(yīng)，而不是線性發(fā)展。
[0031]因此，本方法提供在具有包括電流消耗和噪聲的不同性能方面的多個(gè)模式操作下操作的數(shù)字麥克風(fēng)。性能方面的改變通過(guò)時(shí)鐘輸入頻率的改變來(lái)控制。時(shí)鐘輸入頻率的改變的檢測(cè)通過(guò)將時(shí)鐘輸入與來(lái)自ASIC上的振蕩器的內(nèi)部生成準(zhǔn)確時(shí)鐘源進(jìn)行比較來(lái)進(jìn)行。內(nèi)部生成時(shí)鐘信號(hào)(在ASIC上)獨(dú)立于溫度和工藝兩者運(yùn)行。溫度獨(dú)立性可以通過(guò)在振蕩器中使用工藝獨(dú)立電流源來(lái)實(shí)現(xiàn)。工藝獨(dú)立性可以通過(guò)在ASIC生產(chǎn)測(cè)試期間使用工藝變化補(bǔ)償?shù)腛TP記錄來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0032]在此描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，包括發(fā)明人已知的用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式。應(yīng)當(dāng)理解，所示實(shí)施方式僅是示例性的，并且不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為限制本發(fā)明的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種連接到聲學(xué)裝置的專(zhuān)用集成電路(ASIC)，所述ASIC包括: 至少一個(gè)操作塊； 頻率檢測(cè)塊，所述頻率檢測(cè)塊被構(gòu)造為接收輸入時(shí)鐘信號(hào)，確定所述輸入時(shí)鐘信號(hào)的頻率，所述頻率指示所述ASIC的多個(gè)操作模式中的一個(gè)，所述頻率檢測(cè)塊還被構(gòu)造為基于所確定的頻率改變提供給所述至少一個(gè)操作塊的電流量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ASIC，其中，所述頻率檢測(cè)塊將所述輸入時(shí)鐘與獨(dú)立于溫度和工藝運(yùn)行的內(nèi)部生成時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行比較。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ASIC，其中，所述聲學(xué)裝置是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)麥克風(fēng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ASIC，其中，所述多個(gè)模式中的每個(gè)具有不同離散電流消耗。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ASIC，其中，所述模式選自由待機(jī)模式、低功率模式、標(biāo)準(zhǔn)性能模式、以及高性能模式構(gòu)成的組。6.—種操作與聲學(xué)裝置一起使用的專(zhuān)用集成電路(ASIC)的方法，所述方法包括以下步驟: 接收輸入時(shí)鐘信號(hào)； 確定所述輸入時(shí)鐘信號(hào)的頻率，所述頻率指示所述ASIC的多個(gè)操作模式中的一個(gè)； 基于所確定的頻率，改變提供給所述ASIC的一個(gè)或更多個(gè)操作塊的電流量。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，確定所述頻率包括:將所述輸入時(shí)鐘與獨(dú)立于溫度和工藝運(yùn)行的內(nèi)部生成時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行比較。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述聲學(xué)裝置是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)麥克風(fēng)。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述多個(gè)操作模式中的每個(gè)具有不同離散電流消耗。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述操作模式選自由待機(jī)模式、低功率模式、標(biāo)準(zhǔn)性能模式、以及高性能模式構(gòu)成的組。
【文檔編號(hào)】H04R19/04GK105917668SQ201480066847
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2014年10月14日
【發(fā)明人】C·E·弗斯特, A·布爾加斯, S·格爾古耶夫, A·莫滕森
【申請(qǐng)人】美商樓氏電子有限公司