用于調(diào)整容性信號(hào)源的靈敏度的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于調(diào)整容性信號(hào)源的靈敏度的系統(tǒng)及方法。根據(jù)實(shí)施方式，用于放大由容性信號(hào)源提供的信號(hào)的系統(tǒng)包括：阻抗變換器，具有被配置為耦接至所述容性信號(hào)源的第一端的輸入節(jié)點(diǎn)；以及可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)，具有被配置為耦接至容性信號(hào)源的第二端的第一節(jié)點(diǎn)和耦接至阻抗變換器的輸出節(jié)點(diǎn)的第二節(jié)點(diǎn)。
【專利說明】用于調(diào)整容性信號(hào)源的靈敏度的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及半導(dǎo)體電路和方法，更具體地，涉及一種用于調(diào)整容性(capacitive,電容性)信號(hào)源的靈敏度的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]音頻擴(kuò)音器通常用于諸如蜂窩電話、數(shù)字音頻錄音機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)和電話會(huì)議系統(tǒng)的各種消費(fèi)應(yīng)用中。特別地，低成本駐極體電容式擴(kuò)音器(ECM)用在大規(guī)模生產(chǎn)成本的靈敏應(yīng)用中。ECM擴(kuò)音器通常包括安裝在具有聲音端口和電氣輸出端的小的封裝中的駐極體材料的薄膜。駐極體材料附接至膜片或者其自身構(gòu)成膜片。大多數(shù)ECM擴(kuò)音器還包括前置放大器，該前置放大器可接入諸如蜂窩電話的目標(biāo)應(yīng)用之中的音頻前端放大器。另一種類型的擴(kuò)音器是微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)擴(kuò)音器，其可以被實(shí)施為壓敏膜片被直接蝕刻至集成電路上。
[0003]外界環(huán)境中的聲壓級(jí)橫跨一個(gè)非常大的動(dòng)態(tài)范圍。例如，人類聽力的閾值大約為OdBSPL，會(huì)話語音大約為60dBSPL，而50米外的噴氣式飛機(jī)的聲音大約為140dBSPL。盡管擴(kuò)音器(諸如MEMS擴(kuò)音器)的膜片也許能經(jīng)受住高強(qiáng)度的聲音信號(hào)并能如實(shí)地將這些高強(qiáng)度的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變成電子信號(hào)，但是在處理這種高級(jí)別的信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些困難。例如，很多用于聲學(xué)擴(kuò)音器的放大器和前置放大器被最優(yōu)化到一個(gè)特定的動(dòng)態(tài)范圍。同樣的，這些系統(tǒng)不能在不增添明顯失真的情況下處理整個(gè)聲頻范圍。
[0004]此外，影響MEMS裝置一致性的參數(shù)可能引起MEMS裝置的增益和性能上的變化。包括例如機(jī)械剛度、電阻、膜片面積和氣隙高度這樣的參數(shù)可改變差不多+/-20%，這樣的參數(shù)變量在高電壓且低成本的MEMS制造方法中是特別重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)實(shí)施方式，一種用于放大由容性信號(hào)源提供的信號(hào)的系統(tǒng)包括:阻抗變換器，具有被配置為耦接至所述容性信號(hào)源的第一端的輸入節(jié)點(diǎn)；以及可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)，具有被配置為耦接至容性信號(hào)源的第二端的第一節(jié)點(diǎn)和耦接至阻抗變換器的輸出節(jié)點(diǎn)的第二節(jié)點(diǎn)。
[0006]在以下附圖和說明中闡述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的詳細(xì)內(nèi)容。根據(jù)說明書和附圖以及權(quán)利要求，本發(fā)明的其他特征，目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]從為了完全地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在結(jié)合附圖參照下文詳細(xì)描述，附圖中:
[0008]圖1不出了用于放大電容傳感器的輸出的不例性系統(tǒng)；
[0009]圖2示出了示例性緩沖器的示意圖；
[0010]圖3a和圖3b示出了示例性可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)的控制模塊；以及
[0011]圖4示出了示例性方法。
[0012]除非另有說明否則不同的附圖中的相應(yīng)的數(shù)值與符號(hào)通常指代對(duì)應(yīng)部分。繪制附圖是為了清晰地示出優(yōu)選實(shí)施方式的相關(guān)方面，沒必要按比例繪制。為了更加清晰地示出某些實(shí)施方式，指示同樣結(jié)構(gòu)、材料或者處理步驟的變化的圖號(hào)后會(huì)跟有一個(gè)字母。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面將詳細(xì)討論本優(yōu)選實(shí)施方式的制造和使用。然而，應(yīng)理解的是，本發(fā)明提供能夠在多種具體環(huán)境下實(shí)施的許多可應(yīng)用的發(fā)明概念。所討論的【具體實(shí)施方式】僅為制造和使用本發(fā)明示例性的具體方式，且不限制本發(fā)明的范圍。
[0014]將相對(duì)于特定環(huán)境下(S卩，可以被用來調(diào)整諸如MEMS擴(kuò)音器的容性信號(hào)源的靈敏度的反饋電路)的實(shí)施方式來描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明也可應(yīng)用到其他類型的電路和系統(tǒng)，諸如音頻系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)和與MEMS設(shè)備，電容傳感器或其他電容電路連接的其他系統(tǒng)。
[0015]圖1示出了系統(tǒng)100，該系統(tǒng)100具有被配置為耦接至MEMS擴(kuò)音器102的示例性放大器集成電路(IC)IOl，其以虛線示出以表明擴(kuò)音器102沒有必要包括在IClOl內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，擴(kuò)音器102也可以包括在IClOl內(nèi)或者在相同封裝內(nèi)的單獨(dú)的芯片上。在可選的實(shí)施方式中，可使用其他類型的電容傳感器電路代替MEMS擴(kuò)音器102。MEMS擴(kuò)音器102被示出為電壓源Vmic與擴(kuò)音器電容Cmic串聯(lián)耦接且耦接至IClOl的引腳116和120的模型。電容Cp表示平行寄生電容。
[0016]IClOl具有放大器112、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D)114、信號(hào)檢測和電平適配模塊122、可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)104、將放大器112的輸入偏置的偏壓發(fā)生器123和經(jīng)由引腳120偏置MEMS擴(kuò)音器102的偏壓發(fā)生器110。在實(shí)施方式中，放大器112是具有I或小于I的增益并具有高的輸入阻抗和低的輸出阻抗的放大器。可選地，放大器112可具大于I的電壓增益。在一些實(shí)施方式中，放大器112可被實(shí)施為使用MOS源極跟隨器電路，或者其他根據(jù)源極跟隨器原理操作的電路。
[0017]可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)104被耦接至放大器112的輸出并包括通過使用可切換電容器陣列實(shí)施的可調(diào)電容器Cl和C2。在一些實(shí)施方式中，對(duì)于大約16dB的總可控增益范圍來說，可以獲得在大約_6dB至IOdB之間的增益適配。可選地，可獲得該范圍之外的其他可控增益的范圍。
[0018]被表示為DC電壓源126與電阻器124串聯(lián)耦接的偏壓發(fā)生器123向放大器112的輸入提供偏置電壓。在一些實(shí)施方式中，電阻器124具有高的電阻值以保持音頻的高輸入阻抗。例如，在一些實(shí)施方式中，阻抗值被設(shè)置為使得放大器112的輸入根據(jù)應(yīng)用及其特定的規(guī)格而具有在大約IOOmH至大約20Hz之間的高通角頻率(high pass cornerfrequency)0高通角頻率可反比于輸入偏置電阻的RC時(shí)間常數(shù)和MEMS擴(kuò)音器電容CmiC?？蛇x地，也可使用這個(gè)范圍之外的高通角頻率?？筛鶕?jù)放大器112的輸入電壓要求來設(shè)置DC電壓源126的電壓。
[0019]在實(shí)施方式中，ADC114輸出放大器112的信號(hào)輸出的數(shù)字表不。如在2012年4月 16 日提交的號(hào)為 13/447, 792 題為 “System and Method for High Input CapacitiveSignal Amplifier”的未決申請(qǐng)(其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考)中所描述的，數(shù)字表示可以是數(shù)字詞、位流或者擴(kuò)音器信號(hào)在輸出墊(output pad) 118處的脈沖寬度調(diào)制表示的形式?？蛇x地，擴(kuò)音器信號(hào)的模擬表不可稱接至輸出墊118。[0020]在一些利用MEMS擴(kuò)音器的實(shí)施方式中，表示為DC電壓源127與電阻器128串聯(lián)耦接的偏壓發(fā)生器110在引腳120處為擴(kuò)音器102提供了偏置電壓。根據(jù)特定的擴(kuò)音器和系統(tǒng)實(shí)施該偏置電壓可在大約3V至大約16V之間?？蛇x地，可使用其他的電壓范圍。偏壓發(fā)生器110可以被實(shí)施為使用現(xiàn)有技術(shù)中的電路技術(shù)。例如，在一些實(shí)施方式中，偏壓發(fā)生器110可以被實(shí)施為使用電荷泵。在一些實(shí)施方式中，該偏置電壓是可調(diào)整的并實(shí)施為如 2012 年 4 月 30 提交的號(hào)為(2012P50197) 13/460，025 題為“System and Method for aProgrammable Voltage Source”的未決申請(qǐng)(其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考)那樣?？蛇x地，可使用其他偏置結(jié)構(gòu)和/或固定偏置電壓。
[0021]在實(shí)施方式中，信號(hào)檢測和電平適配模塊122測量放大器112的輸出處的振幅，并計(jì)算作為所測量的振幅的函數(shù)的增益控制信號(hào)GC。增益控制信號(hào)GC控制可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)104，從而調(diào)整系統(tǒng)的增益。通過改變電容器Cl和/或電容器C2的電容，調(diào)整放大器112的輸出處的信號(hào)電平。在實(shí)施方式中，放大器112輸出處的電壓的振幅相對(duì)于MEMS擴(kuò)音器102的聲音輸入以一階的形式與大約1+C1/C2成比例。
[0022]信號(hào)檢測和電平適配模塊122可包括檢測增益控制信號(hào)GC的峰值檢波器和控制邏輯(未不出)。在一些實(shí)施方式中，信號(hào)檢測和電平適配模塊122隨著增加的聲音振幅(acoustic amplitude)降低系統(tǒng)的靈敏度并隨著減小的聲音振幅增大系統(tǒng)的靈敏度以此將高的聲學(xué)動(dòng)態(tài)范圍(acoustic dynamic range)映射至較小的電氣動(dòng)態(tài)范圍。信號(hào)檢測和電平適配模塊122具有線性轉(zhuǎn)移特性。在一些實(shí)施方式中，如在上述引用的號(hào)為13/447，792的未決申請(qǐng)中描述的，通過增加數(shù)字域中的增益來校正模擬域中的增益的減小。如在 2011 年 8 月 25 日提交的號(hào)為 13/217,890 題為 “System and Method for LowDistortion Capacitive Signal Source Amplifier”的未決申請(qǐng)(其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考)中描述的，可實(shí)施存在于信號(hào)檢測和適配模塊122中的峰值檢測器、控制邏輯和其他電路?？蛇x地，也可以使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他增益控制電路和方法。
[0023]在一些實(shí)施方式中，還可包含校準(zhǔn)模塊130以經(jīng)由可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)104校準(zhǔn)MEMS擴(kuò)音器102的靈敏度。例如，在系統(tǒng)100制造期間，可調(diào)整靈敏度以在預(yù)定的限度內(nèi)提供標(biāo)稱靈敏度(nominal sensitivity)?？赏ㄟ^一個(gè)或兩個(gè)步驟執(zhí)行MEMS校準(zhǔn)方法。在第一可選步驟中，由DC偏置電壓發(fā)生器模塊110輸出的電壓可以被增加至吸合電壓的情況(pull-1nvoltage event)。在這種情況下,傳感器的兩個(gè)極板彎曲(collapse),在緩沖器112的輸入處產(chǎn)生電壓假信號(hào)，所述電壓假信號(hào)由假信號(hào)檢測電路140檢測。接下來，例如，從吸合電壓中得出DC偏置電壓的界定部分(defined fraction)并將其存儲(chǔ)在例如位于校驗(yàn)?zāi)K130中的一個(gè)或多個(gè)非易失性存儲(chǔ)器單元中。
[0024]在第二步驟中，例如，將預(yù)定的聲音信號(hào)(acoustical signal)施加至MEMS擴(kuò)音器102，并利用信號(hào)檢測電平適配模塊122內(nèi)的峰值檢波器測量在放大器112的輸出處的所得振幅。然后，將該測量值與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較。在一些實(shí)施方式中，可通過測試系統(tǒng)接口 142在芯片外部執(zhí)行該比較。
[0025]在一些實(shí)施方式中，校準(zhǔn)模塊130調(diào)整Cl和C2的值直至放大器112的輸出處的測量的振幅落入預(yù)定閾值的范圍內(nèi)，或者直至測量的振幅超過預(yù)定閾值。在另外的實(shí)施方式中，校準(zhǔn)模塊130可用于調(diào)整增益曲線以校準(zhǔn)信號(hào)檢測和電平適配模塊122的操作。在一些實(shí)施方式中，通過校準(zhǔn)模塊130得出的校準(zhǔn)值可寫入存儲(chǔ)器，諸如非易失性存儲(chǔ)器中和/或輸入到系統(tǒng)所使用的查找表中。可根據(jù)2011年11月28日提交的號(hào)為13/305，572題為“Microphone and Method for Calibrating a Microphone” 的未決申請(qǐng)(其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考)實(shí)施校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法。可選地，可使用其他的校準(zhǔn)電路和方法。
[0026]應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解的是，在可選實(shí)施方式中，可使用一個(gè)以上的組件和/或一個(gè)以上的IC實(shí)施IClOl上的組件。
[0027]圖2示出了緩沖器或者阻抗變換器200的實(shí)施方式的示意圖。在基級(jí)處，緩沖器200具有緩沖節(jié)點(diǎn)Vin處的電壓并在節(jié)點(diǎn)Vout處提供較低的阻抗緩沖電壓的PMOS源極跟隨器晶體管228。在本發(fā)明的可選實(shí)施方式中，可使用NMOS源極跟隨器而不是PMOS源極跟隨器228。
[0028]NMOS電流源晶體管224向PMOS源極跟隨器晶體管228提供偏置電流，且NMOS共源共柵晶體管226在PMOS源極跟隨器228的漏極處提供低阻抗。由PMOS裝置214和216以及NMOS裝置226和228組成反饋環(huán)調(diào)整PMOS晶體管216的柵極處電壓以提供足夠的電流，從而使得通過PMOS裝置214、PM0S裝置216的電流以及通過節(jié)點(diǎn)Vout損耗的任何電流的總和大致等于NMOS裝置224提供的電流。NMOS裝置226和PMOS裝置214由包括PMOS晶體管210、212和NMOS晶體管218、220和222的偏置網(wǎng)絡(luò)偏置。電壓Vbias由偏壓發(fā)生器(諸如耦接至二極管連接NMOS晶體管(未示出)的電流源)提供。與源極跟隨器晶體管228的柵電容串聯(lián)的電阻器230實(shí)現(xiàn)了用于高頻噪聲的低通濾波器，因?yàn)镸EMS擴(kuò)音器在某些情況下可用作天線。例如，在移動(dòng)電話的應(yīng)用中，來自蜂窩電話的天線的信號(hào)可經(jīng)由MEMS擴(kuò)音器被耦接至放大器的輸入。在一些實(shí)施方式中，低通濾波器被配置為過濾范圍在800MHz至1900MHz及以上的噪聲和干擾?？蛇x地，其他的頻率范圍可被衰減。
[0029]在實(shí)施方式中，設(shè)置串聯(lián)電阻器232和234以滿足ESD要求而不增加緩沖器的輸出端阻抗。因?yàn)殡娮?32和234在反饋環(huán)之內(nèi)，所以它們的阻抗要除以環(huán)路增益。與電阻器236串聯(lián)的電容器238可用于補(bǔ)償通過晶體管216控制的電流的反饋環(huán)。
[0030]在實(shí)施方式中，輸入節(jié)點(diǎn)Vin通過運(yùn)算放大器206偏置，該運(yùn)算放大器206緩沖由電流源202和電阻器204產(chǎn)生的參考電壓VR。在一些實(shí)施方式中，可以使用帶隙電壓發(fā)生器(bandgap voltage generator)或者現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他電壓參考電路來生成電壓VR0電阻器208具有高的電阻值以向擴(kuò)音器102 (圖1)提供足夠高的阻抗。在一些實(shí)施方式中，該阻抗值可在大約50GQ至大約300GQ之間?？蛇x地，同樣可以使用這個(gè)范圍之外的阻抗。使用在所用的特定工藝技術(shù)中可用的電阻層和/或被偏置以提供高阻抗的長通道MOSFET裝置來施電阻器208。
[0031]圖3a示出了包括可以被用來實(shí)施圖1中所示的可調(diào)電容Cl和C2的電容器陣列302的示例性可調(diào)電容器網(wǎng)絡(luò)300。電容器陣列302具有多個(gè)電容器308，多個(gè)電容器308中的每一個(gè)均耦接至開關(guān)310和開關(guān)311。每個(gè)開關(guān)310可切換地耦接至輸入節(jié)點(diǎn)In，而且每個(gè)開關(guān)311可切換地耦接至接地或另一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)。圖1所示，輸出節(jié)點(diǎn)Out耦接至電容器308的上極板并且可經(jīng)由圖1中所示的引腳120耦接至MEMS擴(kuò)音器102。輸入節(jié)點(diǎn)In可耦接至放大器或者緩沖器112的輸出。在一些實(shí)施方式中，電容器308的上極板被耦接至節(jié)點(diǎn)Out并且電容器308的下極板被耦接至開關(guān)310和311?？蛇x地，可使用其他配置。
[0032]在一些實(shí)施方式中，根據(jù)應(yīng)用和其規(guī)格，電容器308可以被配置為具有相同的值或成比例的值。電容器陣列302可以使用二元加權(quán)電容器陣列來實(shí)施?？蛇x地，也可以是其他的加權(quán)，諸如，對(duì)數(shù)加權(quán)電容器值。在一些實(shí)施方式中，根據(jù)應(yīng)用和其特定規(guī)格以及所用的半導(dǎo)體工藝的特定的容限，電容器使用值在大約IOOfF和大約500fF之間的單位電容器來實(shí)施。盡管在圖3a中僅示出了四個(gè)可切換的電容器，但根據(jù)特定的實(shí)施方式及其規(guī)格，可以使用任意數(shù)量的電容器。
[0033]數(shù)字控制模塊301使用數(shù)字控制總線S控制電容器陣列302中的開關(guān)310和311的狀態(tài)。在實(shí)施方式中，數(shù)字控制模塊301將增益控制信號(hào)GC轉(zhuǎn)換為總線S上的信號(hào)?？梢酝ㄟ^圖1中示出的校準(zhǔn)模塊130使用校準(zhǔn)信號(hào)CAL以校準(zhǔn)MEMS擴(kuò)音器的標(biāo)稱電平和/或校準(zhǔn)由同樣在圖1中示出的信號(hào)檢測和電平適配模塊122執(zhí)行的增益控制曲線的相對(duì)電平形狀(relative level shape)。
[0034]圖3b示出了示例性數(shù)字控制模塊301的框圖。數(shù)字控制模塊301包括將增益控制信號(hào)GC映射至開關(guān)控制總線SI和S2的查找表320以及根據(jù)示例性校準(zhǔn)方法調(diào)整查找表320的內(nèi)容的校準(zhǔn)邏輯322。在本發(fā)明的可選實(shí)施方式中，可以使用其他的拓?fù)鋪韺?shí)施數(shù)字控制模塊301。例如，取代或除了使用查找表320，還可以使用數(shù)字處理器或自定義數(shù)字邏輯來創(chuàng)建確定開關(guān)總線SI和S2的輸出。
[0035]圖4示出了示例性校準(zhǔn)方法的流程圖400。在可選第一步驟401中，執(zhí)行用于擴(kuò)音器偏置電壓適配的吸合電壓檢測。在該步驟中，檢測彎曲電壓(吸合電壓)，因?yàn)樵撝凳怯糜贛EMS擴(kuò)音器的靈敏度的測量值。此處，MEMS擴(kuò)音器的DC偏置電壓增加直至兩個(gè)極板彎曲。最終DC偏置電壓是檢測的吸合電壓的分?jǐn)?shù)并被存儲(chǔ)在ASIC內(nèi)的存儲(chǔ)單元中。然后將定義的存儲(chǔ)的DC偏置電壓施加至MEMS擴(kuò)音器。
[0036]接下來，在步驟402中，通過將定義的聲音信號(hào)施加至MEMS裝置來校準(zhǔn)包括MEMS擴(kuò)音器和示例性的放大系統(tǒng)的系統(tǒng)的標(biāo)稱電平。在步驟404中，測量放大器單元的輸出靈敏度，以及在步驟406中，確定所測量的輸出靈敏度和目標(biāo)輸出靈敏度之間的差值。最后，在步驟408中，例如，通過調(diào)整示例性容性網(wǎng)絡(luò)的電容并將最終增益設(shè)置存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)非易失性存儲(chǔ)器單元中，來校正振幅單元的增益。在一些實(shí)施方式中，可使用多個(gè)步驟以確定目標(biāo)靈敏度值的電容設(shè)置。例如，在一些實(shí)施方式中，可以做出多個(gè)測量和調(diào)整直到系統(tǒng)收斂于一個(gè)解。
[0037]圖4中示出的方法也可用于校準(zhǔn)增益控制函數(shù)。例如，可以使用流程圖400中示出的方法來校準(zhǔn)增益曲線中的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)。在一些實(shí)施方式中，如果校準(zhǔn)了增益曲線中點(diǎn)的子集，可以使用插值法來得出增益曲線中剩余的點(diǎn)。
[0038]在一些實(shí)施例中，在設(shè)置標(biāo)稱電平之前確定彎曲電壓或吸合電壓。這可通過增加MEMS擴(kuò)音器的DC偏置電壓直至兩個(gè)極板彎曲來實(shí)現(xiàn)。最終DC偏置電壓是檢測的吸合電壓的分?jǐn)?shù)。一旦確定了該分?jǐn)?shù)，將最終DC偏置電壓施加至MEMS擴(kuò)音器，從而執(zhí)行圖4中校準(zhǔn)程序的概要。
[0039]根據(jù)實(shí)施方式，一種用于放大由容性信號(hào)源提供的信號(hào)的系統(tǒng)，包括:阻抗變換器，具有被配置為耦接至所述容性信號(hào)源的第一端的輸入節(jié)點(diǎn)；可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)，具有被配置為耦接至容性信號(hào)源的第二端的第一節(jié)點(diǎn)和耦接至阻抗變換器的輸出節(jié)點(diǎn)的第二節(jié)點(diǎn)?？烧{(diào)容性網(wǎng)絡(luò)可包括耦接在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間的第一電容器和耦接在第一節(jié)點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn)之間的第二電容器，其中，第一電容器和第二電容器中的至少一個(gè)電容器包括可調(diào)電容器?？烧{(diào)電容器可包括經(jīng)由對(duì)應(yīng)的多個(gè)開關(guān)選擇地并行耦接的多個(gè)電容器，以及第二節(jié)點(diǎn)可以是接地節(jié)點(diǎn)或其他參考電壓。此外，多個(gè)電容器中的每個(gè)電容器可耦接至容性網(wǎng)絡(luò)的第一節(jié)點(diǎn)的上極板。在一些實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)可包括容性信號(hào)源，該容性信號(hào)源可以是MEMS擴(kuò)音器。
[0040]在實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)可進(jìn)一步包括增益控制電路，該增益控制電路被配置為測量阻抗變換器的輸出節(jié)點(diǎn)處的信號(hào)的振幅并基于所測量的振幅調(diào)整容性網(wǎng)絡(luò)的電容。該系統(tǒng)還可包括耦接至可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的校準(zhǔn)電路，從而使得校準(zhǔn)電路被配置為調(diào)整可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的電容。
[0041]在實(shí)施方式中，校準(zhǔn)電路進(jìn)一步被配置為增加被配置為耦接至容性信號(hào)源的偏置電壓直至從容性信號(hào)源中檢測到電壓假信號(hào)以確定第一電壓，并基于第一電壓確定最終DC偏置電壓，將所確定的最終DC偏置電壓施加至容性信號(hào)源。校準(zhǔn)電路可包括被配置為存儲(chǔ)校準(zhǔn)設(shè)置的查找表電路和/或存儲(chǔ)單元。
[0042]根據(jù)另一實(shí)施方式，一種集成電路，包括:電壓緩沖器具有被配置為耦接至MEMS擴(kuò)音器的第一端的輸入節(jié)點(diǎn)；以及可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)，具有被配置為耦接至MEMS擴(kuò)音器的第二端的第一節(jié)點(diǎn)、耦接至電壓緩沖器的輸出節(jié)點(diǎn)的第二節(jié)點(diǎn)、被配置為調(diào)整可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的電容的調(diào)整輸入。集成電路可進(jìn)一步包括增益控制電路，所述增益控制電路具有耦接至電壓緩沖器的輸出的輸入節(jié)點(diǎn)，以及耦接至可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整輸入的輸出。該增益控制電路可被配置為測量電壓緩沖器的輸出處的信號(hào)的振幅并基于所測量的振幅調(diào)整容性網(wǎng)絡(luò)的電容。
[0043]在實(shí)施方式中，使用MOS源極跟隨器實(shí)施電壓緩沖器。在一些情況下，電壓緩沖器可具有I或小于I的電壓增益。
[0044]在實(shí)施方式中，可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)第一電容陣列，所述第一電容陣列包括:多個(gè)第一電容器，具有耦接至可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的第一節(jié)點(diǎn)的第一極板以及對(duì)應(yīng)的多個(gè)開關(guān)，耦接至多個(gè)第一電容器的第二極板。多個(gè)第一電容器的第一極板可以是多個(gè)第一電容器的上極板。
[0045]在實(shí)施方式中，可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)包括第一可調(diào)電容器，耦接在可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的第一節(jié)點(diǎn)和可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的第二節(jié)點(diǎn)之間；以及第二可調(diào)電容器，耦接在可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的第一節(jié)點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn)之間。
[0046]在另一實(shí)施方式中，可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)電容器，每個(gè)電容器具有上極板和下極板，該上極板耦接至可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的第一節(jié)點(diǎn)。多個(gè)電容器中的每個(gè)電容器的下極板被配置為可切換地耦接至參考節(jié)點(diǎn)和可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的第二節(jié)點(diǎn)。
[0047]在一些實(shí)施方式中，集成電路還包括MEMS擴(kuò)音器和/或耦接至電壓緩沖器的輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0048]根據(jù)另一實(shí)施方式，一種校準(zhǔn)具有耦接至電壓緩沖器電路的第一節(jié)點(diǎn)的MEMS擴(kuò)音器的方法，所述方法包括將聲音信號(hào)施加至MEMS擴(kuò)音器，測量MEMS擴(kuò)音器和電壓緩沖器電路的靈敏度，校正MEMS擴(kuò)音器和電壓緩沖器電路的增益。校正增益可包括調(diào)整耦接在電壓緩沖器電路的輸出和MEMS擴(kuò)音器的第二節(jié)點(diǎn)之間的容性網(wǎng)絡(luò)的電容。
[0049]在實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包括確定MEMS擴(kuò)音器和電壓緩沖器電路的測量的靈敏度與目標(biāo)輸出靈敏度之間的差值。校正增益可包括選擇設(shè)置在容性網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的可切換電容器陣列的切換配置。在一些實(shí)施方式中，選擇所述切換配置包括配置數(shù)字查找表。[0050]在實(shí)施方式中，所述方法還包括增加被配置為耦接至MEMS擴(kuò)音器的偏置電壓直至從MEMS擴(kuò)音器中檢測到電壓假信號(hào)以確定第一電壓,基于第一電壓確定最終DC偏置電壓并將所確定的最終DC偏置電壓施加至MEMS擴(kuò)音器。
[0051]與僅通過使用可變?cè)鲆娣糯笃骺刂圃鲆娴南到y(tǒng)相比，本實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)包括更好的噪聲性能和低的功耗。由于緩沖放大器或者阻抗變換器的簡單的結(jié)構(gòu)而改善了噪聲性能，例如，緩沖放大器或者阻抗變換器的簡單的結(jié)構(gòu)可使用源極跟隨器來實(shí)施。在一些實(shí)施方式中，源極跟隨器晶體管比更復(fù)雜的放大器使用更少的有源電路組件，從而產(chǎn)生了更小的噪聲并消耗更低的功率。此外，在其中MEMS輸出信號(hào)直接由讀出電路調(diào)整的實(shí)施方式中，改善了 SNR。
[0052]實(shí)施方式的其他優(yōu)點(diǎn)包括消除參數(shù)變化(諸如包含寄生電容變化的集成電路上的容性網(wǎng)絡(luò)的MEMS參數(shù)(靈敏度、電容)的變化)的影響的能力。使用示例性的校準(zhǔn)系統(tǒng)和方法，可在裝配MEMS和集成電路已經(jīng)被裝配到一起之后校準(zhǔn)所述變化。
[0053]雖然已參照示意性實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是該描述不應(yīng)被解釋為用來限制。參照所述描述，示例性實(shí)施方式的各種修改和組合以及本發(fā)明的其他實(shí)施方式對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說都將是顯而易見的。因此，所附權(quán)利要求旨在包括任何這樣的修改或?qū)嵤┓绞健?br> 【權(quán)利要求】
1.一種用于放大由容性信號(hào)源提供的信號(hào)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 阻抗變換器，具有被配置為耦接至所述容性信號(hào)源的第一端的輸入節(jié)點(diǎn)；以及 可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)，具有被配置為耦接至所述容性信號(hào)源的第二端的第一節(jié)點(diǎn)和耦接至所述阻抗變換器的輸出節(jié)點(diǎn)的第二節(jié)點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)包括: 第一電容器，耦接在所述第一節(jié)點(diǎn)和所述第二節(jié)點(diǎn)之間，以及 第二電容器，耦接在所述第一節(jié)點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn)之間，其中，所述第一電容器和所述第二電容器中的至少一個(gè)電容器包括可調(diào)電容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述第二節(jié)點(diǎn)是接地節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述可調(diào)電容器包括經(jīng)由對(duì)應(yīng)的多個(gè)開關(guān)選擇性地并行耦接的多個(gè)電容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)電容器中的每一個(gè)包括耦接至所述容性網(wǎng)絡(luò)的所述第一節(jié)點(diǎn)的上極板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括增益控制電路，被配置為測量所述阻抗變換器的所述輸出節(jié)點(diǎn)處的信號(hào)的振幅并基于所測量的振幅調(diào)整所述容性網(wǎng)絡(luò)的電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括校準(zhǔn)電路，耦接至所述可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)，其中，所述校準(zhǔn)電路被配置為調(diào)整所述可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的電容。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述校準(zhǔn)電路進(jìn)一步被配置為: 增加被配置為耦接至所述容性信號(hào)源的偏置電壓直至從所述容性信號(hào)源中檢測到電壓假信號(hào)以確定第一電壓； 基于所述第一電壓確定最終DC偏置電壓；以及 將所確定的最終DC偏置電壓施加至所述容性信號(hào)源。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述校準(zhǔn)電路包括查找表電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述校準(zhǔn)電路包括被配置為存儲(chǔ)校準(zhǔn)設(shè)置的存儲(chǔ)單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括所述容性信號(hào)源。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述容性信號(hào)源是MEMS擴(kuò)音器。
13.一種集成電路，包括: 電壓緩沖器，具有被配置為耦接至MEMS擴(kuò)音器的第一端的輸入節(jié)點(diǎn)；以及 可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)，具有被配置為耦接至所述MEMS擴(kuò)音器的第二端的第一節(jié)點(diǎn)、耦接至所述電壓緩沖器的輸出節(jié)點(diǎn)的第二節(jié)點(diǎn)、被配置為調(diào)整所述可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的電容的調(diào)整輸入。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成電路，進(jìn)一步包括增益控制電路，具有耦接至所述電壓緩沖器的輸出的輸入節(jié)點(diǎn)，以及耦接至所述可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的所述調(diào)整輸入的輸出，所述增益控制電路被配置為測量所述電壓緩沖器的所述輸出處的信號(hào)的振幅并基于所測量的振幅調(diào)整所述容性網(wǎng)絡(luò)的所述電容。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成電路，其中，所述電壓緩沖器包括MOS源極跟隨器。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成電路，其中，所述電壓緩沖器包括I以下的電壓增益。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成電路，其中，所述可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)包括第一電容器陣列，所述第一電容器陣列包括: 多個(gè)第一電容器，具有耦接至所述可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的所述第一節(jié)點(diǎn)的第一極板，以及 對(duì)應(yīng)的多個(gè)開關(guān)，耦接至所述多個(gè)第一電容器的第二極板。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的集成電路，其中，所述多個(gè)第一電容器的所述第一極板包括所述多個(gè)第一電容器的上極板。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成電路，其中，所述可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)包括: 第一可調(diào)電容器，耦接在所述可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的所述第一節(jié)點(diǎn)和所述可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的所述第二節(jié)點(diǎn)之間；以及 第二可調(diào)電容器，耦接在所述可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的所述第一節(jié)點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn)之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成電路，所述可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)電容器，所述多個(gè)電容器的每一個(gè)都具有耦接至所述可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的所述第一節(jié)點(diǎn)的上極板，以及下極板，其中，所述多個(gè)電容器中的每一個(gè)的所述下極板被配置為可切換地耦接至參考節(jié)點(diǎn)和所述可調(diào)容性網(wǎng)絡(luò)的所述第二節(jié)點(diǎn)。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成電路，進(jìn)一步包括所述MEMS擴(kuò)音器。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成電路，進(jìn)一步包括耦接至所述電壓緩沖器的輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
23.一種校準(zhǔn)具有耦接至電壓緩沖器電路的第一節(jié)點(diǎn)的MEMS擴(kuò)音器的方法，所述方法包括: 將聲音信號(hào)施加至所述MEMS擴(kuò)音器； 測量所述MEMS擴(kuò)音器和所述電壓緩沖器電路的靈敏度；以及 校正所述MEMS擴(kuò)音器和所述電壓緩沖器電路的增益，校正所述增益包括調(diào)整耦接在所述電壓緩沖器電路的輸出和所述MEMS擴(kuò)音器的第二節(jié)點(diǎn)之間的容性網(wǎng)絡(luò)的電容。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括確定所述MEMS擴(kuò)音器和所述電壓緩沖器電路的測量的靈敏度與目標(biāo)輸出靈敏度之間的差值。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，校正所述增益包括選擇設(shè)置在所述容性網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的可切換電容器陣列的切換配置。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，選擇切換配置包括配置數(shù)字查找表。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括: 增加被配置為耦接至所述MEMS擴(kuò)音器的偏置電壓直至從所述MEMS擴(kuò)音器中檢測到電壓假信號(hào)以確定第一電壓； 基于所述第一電壓確定最終DC偏置電壓；以及 將所確定的最終DC偏置電壓施加至所述MEMS擴(kuò)音器。
【文檔編號(hào)】H04R27/00GK103686576SQ201310384692
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月30日
【發(fā)明者】邁克爾·克羅普菲奇, 安德烈亞斯·維斯鮑爾 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司