具有內(nèi)部參數(shù)校準(zhǔn)的麥克風(fēng)的制作方法
【專利說明】具有內(nèi)部參數(shù)校準(zhǔn)的麥克風(fēng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求享有于2013年7月3日遞交的共同待決的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/842,694、于2014年4月22日遞交的共同待決的美國專利申請(qǐng)N0.14/258,465(代理人案號(hào)n0.081276-9719)的權(quán)益，故此以引用方式將上述每項(xiàng)申請(qǐng)的全部內(nèi)容并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明涉及一種麥克風(fēng)，具體而言，涉及一種具有內(nèi)部參數(shù)校準(zhǔn)和通信系統(tǒng)的麥克風(fēng)。
[0004]為了對(duì)麥克風(fēng)進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量，必須知道它的絕對(duì)靈敏度。由于絕對(duì)靈敏度會(huì)隨著設(shè)備的使用期而變化，因此定期地對(duì)測(cè)量麥克風(fēng)進(jìn)行校準(zhǔn)是必要的。麥克風(fēng)的輸出靈敏度隨著頻率(以及隨著諸如環(huán)境條件之類的其它因素)而變化，并且因此通常被記錄為若干個(gè)靈敏度值，每個(gè)靈敏度值針對(duì)特定的頻帶。麥克風(fēng)的輸出靈敏度還可以取決于麥克風(fēng)所暴露于的聲場(chǎng)的性質(zhì)。出于此原因，通常在一個(gè)以上的聲場(chǎng)(例如，壓力場(chǎng)和自由場(chǎng))中對(duì)麥克風(fēng)進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0005]由某些麥克風(fēng)制造商以及由獨(dú)立認(rèn)證的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室來提供麥克風(fēng)校準(zhǔn)服務(wù)。在指定的麥克風(fēng)校準(zhǔn)站點(diǎn)處執(zhí)行的校準(zhǔn)技術(shù)通常涉及額外的麥克風(fēng)，以便對(duì)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。所有的麥克風(fēng)校準(zhǔn)可最終溯源到國家計(jì)量研究院(例如，美國的NIST)的基準(zhǔn)?；ヒ仔?zhǔn)技術(shù)是關(guān)于麥克風(fēng)校準(zhǔn)和測(cè)試過程的公認(rèn)國際標(biāo)準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]可以通過向輸入信號(hào)(由換能器在從聲源接收到聲壓波時(shí)所生成的)施加經(jīng)計(jì)算的電子增益，或者通過對(duì)施加到MEMS換能器的偏置電壓進(jìn)行調(diào)制，來控制麥克風(fēng)信號(hào)的最終輸出靈敏度。可以基于用戶定義的調(diào)整參數(shù)來控制麥克風(fēng)信號(hào)的最終輸出靈敏度。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是一種用于調(diào)整麥克風(fēng)信號(hào)的最終輸出靈敏度的麥克風(fēng)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括:第一換能器，所述第一換能器輸出第一換能器信號(hào)，以及第二換能器，所述第二換能器輸出第二換能器信號(hào)。所述系統(tǒng)還包括第一偏置電路和第二偏置電路，所述第一偏置電路和所述第二偏置電路分別向所述第一換能器和所述第二換能器提供第一偏置信號(hào)和第二偏置信號(hào)。第一放大器接收所述第一換能器信號(hào)并且輸出第一經(jīng)放大的換能器信號(hào)，并且第二放大器接收所述第二換能器信號(hào)并且輸出第二經(jīng)放大的換能器信號(hào)。隨后，由加法器對(duì)所述第一經(jīng)放大的換能器信號(hào)和所述第二經(jīng)放大的換能器信號(hào)進(jìn)行求和，所述加法器輸出經(jīng)求和的信號(hào)。控制器接收所述經(jīng)求和的信號(hào)。所述控制器被配置為:獲得期望的麥克風(fēng)輸出特征，并且基于所述期望的麥克風(fēng)輸出特征來獲得經(jīng)計(jì)算的第一調(diào)整量和第二調(diào)整量。所述控制器還被配置為:基于經(jīng)計(jì)算的所述第一調(diào)整量來修改來自所述第一換能器的信號(hào)，以及基于經(jīng)計(jì)算的所述第二調(diào)整量來修改來自所述第二換能器的信號(hào)。所述控制器隨后基于所述經(jīng)求和的信號(hào)來輸出麥克風(fēng)信號(hào)。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于操作麥克風(fēng)以使得能夠調(diào)整麥克風(fēng)信號(hào)的最終輸出靈敏度的方法。所述方法包括:由第一換能器來輸出第一換能器信號(hào)，以及由第二換能器來輸出第二換能器信號(hào)。所述方法還包括:向所述第一換能器提供第一偏置信號(hào)，以及向所述第二換能器提供第二偏置信號(hào)。此外，所述方法包括:由第一放大器和第二放大器來接收所述第一換能器信號(hào)和所述第二換能器信號(hào)，其中，所述第一放大器隨后輸出第一經(jīng)放大的換能器信號(hào)，并且所述第二放大器輸出第二經(jīng)放大的換能器信號(hào)。加法器隨后接收所述第一換能器信號(hào)和所述第二換能器信號(hào)，并且向控制器輸出經(jīng)求和的信號(hào)。所述控制器涉及獲得期望的麥克風(fēng)輸出特征，以及基于所述期望的麥克風(fēng)輸出特征來計(jì)算第一調(diào)整量和第二調(diào)整量。所述控制器還涉及基于經(jīng)計(jì)算的所述第一調(diào)整量來修改來自所述第一換能器的信號(hào)，以及基于經(jīng)計(jì)算的所述第二調(diào)整量來修改來自所述第二換能器的信號(hào)。所述控制器隨后基于所述經(jīng)求和的信號(hào)來輸出麥克風(fēng)信號(hào)。
[0009]通過考慮【具體實(shí)施方式】和附圖，本發(fā)明的其它方面將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0010]圖1是使用電子增益來控制輸出信號(hào)的麥克風(fēng)的示意圖。
[0011 ]圖2是使用可控MEMS偏置來控制輸出信號(hào)的麥克風(fēng)的示意圖。
[0012]圖3是使用電子增益來控制輸出信號(hào)的另一個(gè)麥克風(fēng)實(shí)施例的示意圖。
[0013]圖4是使用可控MEMS偏置和三電極MEMS設(shè)備來控制輸出信號(hào)的麥克風(fēng)的示意圖。
[0014]圖5是使用可控MEMS偏置和兩個(gè)三電極MEMS設(shè)備來控制輸出信號(hào)的麥克風(fēng)實(shí)施例的示意圖。
[0015]圖6示出了為校準(zhǔn)麥克風(fēng)而進(jìn)行的測(cè)量。
[0016]圖7A是用于執(zhí)行圖6中的測(cè)量I和2的測(cè)試設(shè)置。
[0017]圖7B是用于執(zhí)行圖6中的測(cè)量3和4的測(cè)試設(shè)置。
[0018]圖8示出了分割電極MEMS換能器的兩種變型。
[0019]圖9A-圖9Ft]^出了額外的不例性測(cè)試設(shè)置。
【具體實(shí)施方式】
[0020]在詳細(xì)說明本發(fā)明的任何實(shí)施例之前，要理解的是，本發(fā)明并非在其應(yīng)用中受限于以下描述中所闡述的或者以下附圖中所示出的部件的構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠具有其它實(shí)施例并且能夠以各種方式來實(shí)施或執(zhí)行本發(fā)明。
[0021]圖1是麥克風(fēng)90，該麥克風(fēng)90通過對(duì)施加到輸入信號(hào)(S卩，由換能器響應(yīng)于從聲壓源接收到聲壓波而生成的信號(hào))的電子增益進(jìn)行控制來調(diào)整麥克風(fēng)信號(hào)的輸出靈敏度。麥克風(fēng)包括揚(yáng)聲器100，該揚(yáng)聲器100被放置在填充有流體(例如，空氣)的聲學(xué)容積105內(nèi)。麥克風(fēng)還包括第一壓敏膜110和第二壓敏膜111，并且包括專用集成電路(ASIC) 115。膜110和111通過切換塊116連接到ASIC 115，切換塊116包括在ASIC 115中。切換塊116連接到第一放大器120和第二放大器121、電壓檢測(cè)器125、電流源130、以及第一偏置電路135和第二偏置電路136，由第一偏置電路135和第二偏置電路136來向膜110和111施加偏置電壓。放大器120和121還連接到求和放大器140，求和放大器140轉(zhuǎn)而連接到控制器150?？刂破?50還連接到存儲(chǔ)器160(例如，非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì))。
[0022]控制器150可以包括處理器，其用于執(zhí)行來自存儲(chǔ)器160的代碼?？刂破?50還經(jīng)由通信總線170向ASIC中所包括的部件(偏置供應(yīng)單元135和136除外)發(fā)送命令和/或數(shù)據(jù)。此夕卜，控制器150經(jīng)由輸入/輸出接口 185來發(fā)送命令并與外部電子設(shè)備進(jìn)行通信?？刂破?50還經(jīng)由通信總線170來從ASIC中的部件接收輸入，并且經(jīng)由輸入/輸出接口 185來從外部電子設(shè)備180接收輸入。輸入/輸出接口 185可以包括用戶界面，例如液晶顯示器(LCD)屏幕或者軟件圖形用戶界面(GUI)?？刂破?50可以通過輸入/輸出接口 185來與用戶傳送參數(shù)，并且用戶可以通過輸入/輸出接口 185來向控制器150輸入?yún)?shù)。
[0023]麥克風(fēng)的最終輸出靈敏度是指麥克風(fēng)的輸出信號(hào)的最終靈敏度，可以由內(nèi)部麥克風(fēng)電子設(shè)備來調(diào)整該最終靈敏度。例如，在圖1中，控制器150對(duì)放大器120和121的增益進(jìn)行調(diào)制，以修改麥克風(fēng)90的輸出靈敏度。當(dāng)?shù)谝荒?10和第二膜111從揚(yáng)聲器100接收聲壓輸入(通過聲學(xué)容積105傳播)時(shí)，作為響應(yīng)，膜110和111分別生成第一電信號(hào)和第二電信號(hào)。由切換塊116基于壓力輸入的特征(例如，頻率)來接收膜110和111所生成的信號(hào)，并且切換塊116將該信號(hào)輸出到第一放大器120和第二放大器121。第一放大器120向第一換能器110生成的信號(hào)施加增益，并且第二放大器121向第二換能器111生成的信號(hào)施加增益。隨后在求和放大器140處對(duì)經(jīng)修改的信號(hào)進(jìn)行求和并發(fā)送給控制器150。控制器150隨后經(jīng)由輸入/輸出接口 185來輸出經(jīng)求和的、經(jīng)修改的聲信號(hào)(其現(xiàn)在呈現(xiàn)出經(jīng)調(diào)整的輸出靈敏度)。替代地或者另外地，控制器150將信號(hào)儲(chǔ)存到存儲(chǔ)器160(例如，以便調(diào)回用于將來的麥克風(fēng)操作)。
[0024]由控制器150基于經(jīng)由輸入/輸出接口185接收到的信息來計(jì)算放大器120和121向每個(gè)信號(hào)施加的增益。經(jīng)由輸入/輸出接口 185接收到的這種調(diào)整信息可以是用戶指定的或者由外部電子設(shè)備180另外確定的。調(diào)整信息可以包括用戶指定的電壓，并且可以儲(chǔ)存到存儲(chǔ)器160以用于與用戶或外部電子設(shè)備180的將來通信(舉例來說，例如，在后續(xù)的通電時(shí))。類似地，膜