專利名稱：毛刺檢測和檢測毛刺的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體電路和方法，且更尤其涉及毛刺檢測電路。
背景技術(shù)：
音頻傳聲器通常用于多種消費者應(yīng)用中，例如移動電話、數(shù)字音頻記錄器、個人電腦和電話會議系統(tǒng)。特別地，較低成本駐極體電容式傳聲器(ECM)用在大量生產(chǎn)的成本敏感應(yīng)用中。ECM傳聲器通常包括駐極體材料膜，其安裝在具有聲音端口和電輸出端子的小封裝中。駐極體材料粘附到隔膜或本身構(gòu)成隔膜。大多數(shù)ECM傳聲器還包括前置放大器，其可以對接到目標(biāo)應(yīng)用內(nèi)的音頻前端放大器，所述目標(biāo)應(yīng)用例如為移動電話。前端放大器的輸出可以耦合到又一模擬電路或用于數(shù)據(jù)處理的A/D轉(zhuǎn)換器。由于ECM傳聲器由分立部件制造，因此制造工藝包括復(fù)雜制造工藝內(nèi)的多個步驟。因此，難以獲得產(chǎn)生高級音質(zhì)的高產(chǎn)出率、低成本ECM傳聲器。

發(fā)明內(nèi)容
通過本發(fā)明的實施例，通常解決或回避了這些和其它問題，且通常獲得了技術(shù)優(yōu)點。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，監(jiān)測毛刺的方法包括:增加第一電容器的偏置電壓、利用時間周期取樣第一電容器的第一極板的輸入信號、混合輸入信號和所取樣的輸入信號、以及比較混合的信號和參考信號。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，校準(zhǔn)傳聲器的方法包括:基于第一偏置電壓以正常的操作模式來操作傳聲器、以及激活校準(zhǔn)模式。方法進一步包括操作校準(zhǔn)模式，其中校準(zhǔn)模式包括:增加第一電容器的偏置電壓、利用時間周期取樣第一電容器的第一極板的輸入信號、根據(jù)取樣的輸入信號和輸入信號計算輸出信號、以及比較所計算的輸出信號與參考信號。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種電路包括:配置成接收輸入信號的輸入端子；配置成計算輸出信號的第一加法器，所述第一加法器配置成接收輸入信號和所取樣的輸入信號，所述所取樣的輸入信號基于輸入信號；配置成比較所計算的輸出信號和參考信號的比較器；以及配置成提供比較信號的輸出端子。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種電路包括MEMS系統(tǒng)、毛刺檢測電路、和開關(guān)，所述開關(guān)電連接到MEMS系統(tǒng)和毛刺檢測電路。


為了更完整地理解本發(fā)明以及其優(yōu)點，現(xiàn)在結(jié)合附圖參考以下描述，其中:圖1示出了毛刺檢測電路的實施例；圖2a_2e示出了功能圖；以及圖3示出了檢測毛刺的方法的流程圖。
具體實施例方式下面更詳細地討論本優(yōu)選實施例的制造和使用。然而，應(yīng)當(dāng)意識到本發(fā)明提供了許多可以包含在各種具體上下文中的合適的創(chuàng)新性概念。所討論的具體實施例僅僅是說明制造和使用本發(fā)明的具體方式，且并不限定本發(fā)明的范圍。將在具體上下文(即傳聲器)中參考實施例來描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明還可以應(yīng)用到其它類型系統(tǒng)，例如音頻系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、或傳感器系統(tǒng)。在電容式傳聲器或電容傳聲器中，隔膜或膜片和后板形成電容器的電極。隔膜響應(yīng)聲壓等級且通過改變電容器的電容來產(chǎn)生電信號。傳聲器的電容是所施加的偏置電壓的函數(shù)。在0偏壓處，傳聲器顯示出小電容，且在更高偏壓處，傳聲器顯示出增加的電容。作為偏置電壓的函數(shù)的傳聲器的電容是非線性的。尤其是在靠近0位置的距離處，電容突然增加。傳聲器的靈敏度是針對特定聲壓輸入的電輸出(聲學(xué)信號的振幅)。如果兩個傳聲器遭受相同的聲壓等級且一個具有比另一個更高的輸出電壓(更強信號振幅)，則認為具有更高輸出電壓的傳聲器具有更高靈敏度。傳聲器的靈敏度還會受其它參數(shù)的影響，例如隔膜的尺寸和強度、氣隙距離、以及其它因素。在一個實施例中，利用毛刺檢測電路來檢測傳聲器系統(tǒng)中的毛刺。毛刺檢測電路可以取樣輸入信號且可以增加、減去或比較取樣的輸入信號和即時或瞬時輸入信號。所增力口、減去或比較的信號然后與參考信號進行比較。在一個實施例中，毛刺檢測電路集成在傳聲器系統(tǒng)中。在一個實施例中，毛刺檢測電路通過開關(guān)連接到傳聲器系統(tǒng)。在一個實施例中，當(dāng)傳聲器系統(tǒng)處于校準(zhǔn)模式中時開關(guān)切換到ON (通)，否則開關(guān)被切換到OFF (斷)。在一個實施例中，當(dāng)傳聲器系統(tǒng)處于校準(zhǔn)模式時，停用傳聲器系統(tǒng)傳聲器系統(tǒng)的正常操作模式。圖1示出了傳聲器系統(tǒng)101和毛刺檢測電路102的等效電路。毛刺檢測電路102可以是切換式電容比較器(SC-比較器)。傳聲器系統(tǒng)101經(jīng)由開關(guān)103連接到毛刺檢測電路102。毛刺檢測電路102用于當(dāng)傳聲器系統(tǒng)101工作在校準(zhǔn)模式時檢測毛刺。如果校準(zhǔn)傳聲器系統(tǒng)101，則開關(guān)103閉合或處于ON狀態(tài)；否則開關(guān)103打開或處于OFF狀態(tài)。在一個實施例中，當(dāng)停用傳聲器系統(tǒng)101的操作模式時，校準(zhǔn)傳聲器系統(tǒng)101。傳聲器系統(tǒng)101包括傳聲器或MEMS器件111、電荷泵112、和放大器113。傳聲器111不作電壓源114和電容器Ctl和CP。電荷泵112不作電壓源Vbias和電阻器Rin。在一個實施例中，放大器113示作緩沖器116、電阻器Rbias115、電壓源117和反饋增益布置CdP C2。在一個實施例中，反饋增益大于I。例如，增益可以計算為增益=I+C1ZC20緩沖器116例如可以是電壓緩沖器或升壓增益源跟蹤器。在其它實施例中，放大器113可以包括不同的電路布置。傳聲器系統(tǒng)101可以設(shè)置在單個芯片上。可替換地，傳聲器系統(tǒng)101可以設(shè)置在兩個或更多芯片上。例如，傳聲器111設(shè)置在第一芯片上，以及放大器113、電荷泵112和毛刺檢測電路102設(shè)置在第二芯片上。在一個實施例中，毛刺檢測電路102包括第一加法器121和第二加法器122。第一加法器121配置成計算輸出信號。例如，第一加法器121配置成接收輸入處的輸入信號和倒相輸入處的取樣的輸入信號。第一加法器121從輸入信號減去取樣的輸入信號。輸入信號可以是即時或瞬時信號。輸入信號可以是電壓Vin且取樣的輸入信號可以是取樣電壓Vsrtrobe。根據(jù)構(gòu)造，第一加法器121還可以將輸入信號加到取樣的輸入信號或從取樣的輸入信號減去輸入信號。第二加法器122配置成計算參考信號。例如，第二加法器122配置成接收輸入處的第一參考信號以及倒相輸入處的第二參考信號。第二加法器122從第一參考信號減去第二參考信號。根據(jù)構(gòu)造，第二加法器122還可以將第一參考信號加到第二參考信號或從第二參考信號減去第一參考信號。第一加法器121電連接到比較器123且第二加法器122電連接到比較器123。比較器123比較來自第一加法器121的被計算的輸入信號與來自第二加法器122的參考信號。比較器123利用時間周期Tramp(或相關(guān)時鐘頻率f_p)比較被計算的輸出信號和參考信號，其中時間周期Tramp是在約I i! S至約5 i! S的范圍內(nèi)的時間。比較器123電連接到輸出端子124。輸出端子124配置成提供輸出信號或毛刺檢測信號。毛刺檢測電路102進一步包括電連接到第一加法器121的輸入端子120。輸入端子120經(jīng)由線131和線132電連接到第一加法器121。線132包括第一緩沖器141、開關(guān)142和第二緩沖器143。電容器Cs連接到線132。緩沖器的優(yōu)點是不改變?nèi)与娙萜鰿s中的電荷以及加法器的輸出阻抗是低的且不高。輸入信號在線132上被取樣且被儲存在電容器Cs中。通過開關(guān)142利用時間周期Tstobe(或相關(guān)頻率fstMlJ來取樣輸入信號。時間周期Tst*可以短于毛刺的時間周期(Tgiitch) °時間周期TstMbe可以是在約10 y s和約30 y s之間的時間。第一參考/[目號可以是第一參考電壓VMf_p且第二參·考信號可以是第二參考電壓VMf_n。第二加法器122可以從第一參考電壓VMf_p減去第二參考電壓VMf_n，以提供參考電壓VMf。差分結(jié)構(gòu)的優(yōu)點可以是其對來自正極或負極電源線的干擾不敏感。在替換實施例中，參考信號可以是單一參考信號。如果參考信號是單一參考信號，則第二加法器122可以被省略。在一個實施例中，開關(guān)103經(jīng)由電阻器Real104接地。電阻器Real 104可以具有在約IOOkQ和約IOMQ之間的電阻。電阻器Real104可以具有具體電阻值或電阻范圍。電阻器Rral104可以具有大大低于電阻器Rbias115的阻抗。在一個實例中，電阻器RbiasI 15具有在GQ范圍內(nèi)(例如400GQ)的電阻，而電阻器1^1104可以具有在110范圍內(nèi)(例如IM Q)的電阻。電阻器Real104可以具有低阻抗，以便在合理時間幀內(nèi)實現(xiàn)傳聲器101的校準(zhǔn)。在一個實施例中，電荷泵112增加了傳聲器或MEMS器件111的隔膜和后板之間的偏置電壓Vbias。從后板至毛刺檢測電路102的輸入接地且繞過放大器113的高輸入阻抗?？商鎿Q地，利用其它偏置電壓的實施方式也是可能的。輸入電壓Vin利用時間周期Tstajbe被取樣且被儲存在沿線132的電容器Cs處。從取樣的輸入電壓Vstobe減去連續(xù)輸入電壓Vin。利用使用頻率f_p的SC-比較器中的參考電壓Vref來比較差別。如果輸入電壓Vin和取樣的輸入電壓vstMb6之間的差大于參考電壓VMf,則產(chǎn)生毛刺。圖2a_2e示出了不同的功能圖。圖2a示出了這樣的圖，其中垂直軸對應(yīng)于偏置電壓Vbias且水平軸代表時間t。在MEMS校準(zhǔn)過程中，偏置電壓Vbias可以隨時間以線形方式增力口?？商鎿Q地，偏置電壓Vbias可以根據(jù)另一函數(shù)增加。利用虛線標(biāo)記下拉電壓Vpull_in。圖2b示出這樣的圖，其中垂直軸對應(yīng)于MEMS的電容Ctl且水平軸對應(yīng)于電壓Vbias (例如Vbias =vmic-vinpm)。圖2b中的曲線圖示出了臺階形式。MEMS的電容C。僅僅在第一區(qū)域210改變。第一區(qū)域210表示校準(zhǔn)電壓低于下拉電壓Vpu1hiJ^情形。在第二區(qū)域220中，在下拉電壓Vpull_inW附近或周圍，MEMS的電容顯著地增加。電容根據(jù)MEMS類型改變。在特殊實例中，MEMS的電容可以在約IpF的范圍內(nèi)改變。更大或更小的改變也是可能的。在第三區(qū)域230中，在下拉電壓Vpull_in之上，MEMS的電容沒有改變(或僅僅微小改變)，即使校準(zhǔn)電壓增加。圖2c示出這樣的圖，其中y軸對應(yīng)于來自后板的輸入電壓Vin且其中時間t沿X軸被繪制。如可以從圖2c中看到的，MEMS的后板的輸入信號Vin的曲線圖在后板接觸到隔膜的時間處躍遷或升高。其后電壓Vin下降。利用時間間隔Tsta5b6來取樣輸入電壓Vin的曲線圖。取樣的輸入電壓在時間間隔Tstobe處的取樣電壓點Vstajbe被儲存在電容器Cs中。在圖2d中取樣電壓點Vstajbe標(biāo)記為點241-250。從輸入電壓Vin減去取樣電壓點VstMbe。如圖2d所示，第一區(qū)域210中的點241-250處的Vstajbe和輸入電壓Vin之間的差是O。類似地，第三區(qū)域230中的點248-250處的Vstajbe和輸入電壓Vin之間的差是0 (或幾乎為0)。然而，如可以在圖2e中看到的，在第二區(qū)域220中，Vstajbe和輸入電壓Vin之間的差是負的或正的。圖2e中的曲線圖270示出了比較Vstajbe和Vin的最終曲線圖。如可以從圖2e看到的，當(dāng)兩個電容器極板彼此接觸時，曲線圖270到達最高點。將曲線圖270與參考電壓Vref進行比較。參考電壓Vref可以是預(yù)定的電壓值或正電壓值。如果曲線圖270躍遷到參考電壓VMf之上，則存在毛刺。參考電壓Vref應(yīng)當(dāng)保證所檢測的毛刺實際上對應(yīng)于毛刺且避免在檢測毛刺時的誤差?？梢岳脠D1所示的毛刺檢測電路102來檢測毛刺。圖3示出了本發(fā)明的實施例的流程圖。在步驟310，取樣來自傳聲器系統(tǒng)的后板的輸入信號。在步驟320，第一加法器從輸入信號和取樣的輸入信號計算輸出信號。例如，計算輸入信號和取樣的輸入信號之間的差。在步驟330，比較被計算的輸出信號與參考信號。在步驟340，當(dāng)被計算的輸出信號高于或低于參考信號的預(yù)定閾值時，檢測到毛刺。雖然已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明及其優(yōu)點，但是應(yīng)當(dāng)理解，在不超出由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在此可以作出各種改變、置換和變更。此外，本申請的范圍并不意味著被限定到說明書中描述的工藝、機器、制造、物質(zhì)成分、手段、方法和步驟的具體實施例。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將從本發(fā)明的公開容易認識到的，根據(jù)本發(fā)明可以利用目前存在或后來將被開發(fā)的工藝、機器、制造、物質(zhì)成分、手段、方法、或步驟，其執(zhí)行與在此描述的相應(yīng)實施例基本相同的功能或獲得基本相同的結(jié)果。因而， 所附權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這類工藝、機器、制造、物質(zhì)成分、手段、方法、或步驟。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測毛刺的方法，所述方法包括: 增加第一電容器的偏置電壓； 利用時間周期取樣所述第一電容器的第一極板的輸入信號； 從所述輸入信號減去取樣的輸入信號；以及 比較被減去的信號與參考信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進一步包括如果被減去的信號的值大于所述參考信號的預(yù)定值，則檢測到毛刺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述取樣的輸入信號被存儲在第二電容器中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中取樣所述輸入信號包括利用取樣時間周期(TstajlJ取樣輸入信號，且其中所述取樣時間周期(Tstobe)小于毛刺時間周期(Tglitah)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中比較所述被減去的信號與所述參考信號包括比較比較時間周期(Tcotp)，且其中所述比較時間周期(Tcotp)小于取樣時間周期(Tstrobe)。
6.一種用于校準(zhǔn)傳聲器的方法，所述方法包括: 基于第一偏置電壓在正常操作模式操作傳聲器； 啟動校準(zhǔn)模式；以及 操作校準(zhǔn)模式，其中所述校準(zhǔn)模式包括: 增加第一電容器的偏置電壓； 利用時間周期取樣所述第一電容器的第一極板的輸入信號； 從取樣的輸入信號和所述輸入信號計算輸出信號；以及 比較被計算的輸出信號和參考信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，進一步包括當(dāng)激活校準(zhǔn)模式時停用正常操作模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中激活校準(zhǔn)模式包括將開關(guān)切換到ON位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，進一步包括如果被計算的輸出信號的值大于所述參考信號的預(yù)定值，則檢測到毛刺。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，進一步包括基于所檢測的毛刺將第一偏置電壓調(diào)整到第二偏置電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，進一步包括基于第二偏置電壓在正常操作模式操作傳聲器。
12.—種電路,包括: 配置成接收輸入信號的輸入端； 配置成計算輸出信號的第一加法器，所述第一加法器配置成接收所述輸入信號和取樣的輸入信號，所述取樣的輸入信號基于所述輸入信號； 配置成比較被計算的輸出信號和參考信號的比較器；以及 配置成提供被比較的信號的輸出端。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電路，其中所述參考信號是第一參考信號和第二參考信號之間的差。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的電路，其中利用取樣時間周期Tstajbe來取樣所述取樣的輸入信號，所述Tstajbe小于毛束時間周期Tglitc;h。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的電路，其中比較器利用比較時間周期T_p來比較被計算的輸出信號與參考信號，Tcomp短于Tstrote。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的電路，進一步包括經(jīng)由開關(guān)電連接到輸入端的MEMS系統(tǒng)。
17.—種電路,包括: MEMS系統(tǒng)； 毛刺檢測電路；以及 開關(guān)，所述開關(guān)電連接到所述MEMS系統(tǒng)和所述毛刺檢測電路。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的電路，其中所述毛刺檢測電路是開關(guān)式電容比較器。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的電路，其中所述開關(guān)還經(jīng)由第一電阻器接地。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的電路，其中所述MEMS系統(tǒng)包括第二電阻器，且其中所述第一電阻器具有kQ或MQ 值且第二電阻器具有GQ值。
全文摘要
本發(fā)明涉及毛刺檢測和檢測毛刺的方法。公開了用于檢測毛刺的系統(tǒng)和方法。實施例包括增加第一電容器的偏置電壓，利用時間周期取樣第一電容器的第一極板的輸入信號，混合輸入信號和取樣的輸入信號，以及比較混合的信號和參考信號。
文檔編號H04R29/00GK103200512SQ20121059629
公開日2013年7月10日 申請日期2012年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者J·L·塞巴洛斯, M·克羅普菲奇 申請人:英飛凌科技股份有限公司