CN101288337B

CN101288337B - 可编程麦克风

Info

Publication number: CN101288337B
Application number: CN2006800260712A
Authority: CN
Inventors: M·沙贾安; H·托姆森; J·J·G·罕里克森; C·E·福斯特
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2026-07-19
Also published as: EP1908330A2; US8515100B2; US8170237B2; JP2009502062A; WO2007009465A2; US20120250910A1; WO2007009465A3; CN101288337A; KR20080063267A; US20090003629A1; US20130170673A1; US8447049B2

Abstract

一种具有集成电子电路的半导体管芯，配置为可以被安装在具有电容性换能器例如麦克风的壳体内。第一电路被配置为在输入节点接收来自换能器的输入信号并且在半导体管芯的焊盘上提供输出信号。集成电子电路包括具有耦合到半导体管芯的焊盘的控制输入的有源开关器件，以可操作地接合或断开与所述第一电路互连的第二电路，从而以控制输入选择的模式操作集成电子电路。也就是，可编程或可控换能器。第二电路与第一电路互连从而与输入节点分离。因此，引入较少的噪声，可获得对电路更加精确的控制并且可能提供更加先进的控制选项。

Description

可编程麦克风

背景

例如移动电话、头戴式耳机和照相机的移动设备对麦克风的需求趋向于追随例如移动电话的移动设备的增长的需求。

多年来该需求相当简单，因为该需求是针对具有极低的花费的麦克风和适于大量产生的麦克风。该麦克风的性能在不同的制造商中是可比拟的，并且处于与电话系统可比拟的值。然而，最近几年，该需求已经改变为针对具有比电话系统好的性能的麦克风。现在，这一需求中出现了一种所谓高保真(hi-fi)质量的趋势。

在不同类型的移动设备中使用具有不断增长性能的集成数字处理器还引起了对从传输和/或存储器中拾取信号到复制该信号的信号处理链的更多外围链路的性能的注意。该更多的外围链路例如是麦克风或在麦克风封装中嵌入有麦克风换能器的电路。麦克风封装-也表示为麦克风单元-除了麦克风换能器以外可以包括具有集成电路的减震器、声学隔离器、保护盖子和半导体管芯。麦克风换能器和集成电子电路嵌入在麦克风封装中，把声能转换为电能从而提供电子麦克风信号。

已经发现集成数字处理器可以被配置为修复由于麦克风封装中不充分的信号调节引起的对麦克风信号的某些损坏。但是一般的，更加有效的是，不忽视在信号处理链的外围链路中信号调节的方面从而避免损坏麦克风信号并且因此能够在需要时对提供信号的更好修复。麦克风信号可因忽视噪声源和/或因使放大器(在封装中)过载而损坏。

因此，存在对高质量麦克风的需求，但是不幸的，对于低价格的需求像是持续的。由于半导体管芯的成本直接涉及到管芯的尺寸，为了降低价格，集成在管芯上的电子电路尽可能的小或者紧凑是重要的。因此，由于理想的(高的)性能，期望非常简单的电路。

已经发现满足高性能要求并不是提供更加耐用和保守设计的简单问题。由于重要的成本问题和信号调节方面，已经发现没有可以在各种声学情况下提供高性能的单个固定信号调节电路。这样的各种情况可以描述为具有/不具有大的/安静的背景噪声的语音信号、大声或安静的语音信号或其组合。因此，需要提供高性能的信号调节可以在不同情况中不同。

因此已经提出-尽管封装中更加复杂的半导体管芯的额外花费-提供具有使管芯上的电路适合给定声学情况的装置的半导体管芯。因此，可以在不同声学情况中获得高性能。在麦克风的某些设计中，通过完全嵌入在半导体管芯上的控制环提供对不同声学环境的适配可能是合理的，但是在其它设计中，提供控制环路以提供外部电路到麦克风封装的控制反馈可能是合理的。因此，需要为外部电路配置半导体管芯以使半导体管芯中的电路适配环境。为此，成本是简单地具有一个或多个附加焊盘以接收该外部反馈的障碍。

因此，由于寻找高性能麦克风，固然需要更加复杂的电路，在所有其它东西都相同的情况下，该电路具有更大的功率消耗。由于移动设备由电池供电，包括其部分的设备的电流消耗应当尽可能的最小化。这增加了对该需求的额外的并且重要的方面。

麦克风基于电容的原理，电容由构成麦克风隔膜的可移动部件以及另一部件例如麦克风的所谓背板构成。通过恒定电荷充电可以对麦克风的一个部件，优选的，对隔膜充电。该充电可以作为在一个部件上获得的静电荷提供或者可以通过电压源例如半导体管芯上的电荷泵或者升压电路提供。

通过麦克风检测到的声压将引起隔膜移动并且因此改变由隔膜部件和该另一个部件形成的电容器的电容。当由这两个部件形成的电容上的电荷保持恒定时，跨两个电容器部件的电压将随着输入声压水平而改变。由于麦克风电容器上的电荷必须被保持恒定从而保持声压和跨电容器部件的电压之间的比例性，不使麦克风电容加载任何电阻负载是重要的。电阻负载将对电容器放电并且从而降低或破坏麦克风的电容性能。电容负载将降低麦克风换能器的灵敏度。

因此，为了从电容拾取麦克风信号，优选以提供高输入阻抗的主要目标配置的放大器，从而缓冲对其它目标优化的电路中的电容。连接为失去麦克风信号的放大器通常表示为前置放大器或者缓冲器放大器或者简单的缓冲器。该前置放大器通过连接到物理上非常接近的电容-在几个微米或者几分之一微米的距离内。

对于较小尺寸的麦克风，只有非常少量的电子电量可以存储在一个麦克风部件上。这进一步加强了高输入阻抗的需求。因此，小尺寸麦克风的前置放大器的输入阻抗必须非常高-在十亿欧姆的数量级。此外，为了获得声压的合理的灵敏度，放大器的输入电容必须非常小。

典型的，该前置放大器已经实现为简单的JFET。JFET方案是足够的，但是电信业的需求要求更小的麦克风-具有增强的灵敏度。这产生了协商的矛盾，由于麦克风的灵敏度随着尺寸的降低而下降。在所有其它事情相同的情况下，这还将降低组合的麦克风和缓冲器的灵敏度。电信业中的需求由市场趋势确定，市场趋势包括不同类型小尺寸设备的免提操作以及在例如照相机应用中的麦克风的更加宽范围的应用。

明显的，存在对具有增益和非常低的输入电容的麦克风前置放大器以及最低可能前置放大器管芯区域的需求。低噪声是重要的，由于在麦克风的设计期间噪声可以与区域交换，-即，如果电路具有低噪声并且噪声低于所需求的，则该噪声花费可以与低新品管芯区域交换，并且因此可以以较低花费制作前置放大器。

当为麦克风设计前置放大器时，通常具有3个噪声源。这些源的是来自偏置电阻的噪声、来自输入晶体管的1/f噪声以及来自输入晶体管的白噪声。通常，输入晶体管噪声占主要地位。可以通过优化输入晶体管的长度和宽度最小化白噪声和1/f噪声。这可以应用到任何输入级，例如单个晶体管级或者差分级。

可以最小化来自偏置电阻的噪声。如果偏置电阻制作的非常大，则来自电阻的噪声将被高通滤波并且带内噪声将非常低。尽管放大器的较低带宽限制将非常低，这具有效果。由于仅仅在供电后的非常长一段时间后，放大器的输入将位于额定值，这可以是一个问题，此外，具有密集低频内容的信号，例如门的抨击或者汽车的次声可以过载放大器。另一相关问题是由麦克风模块内管芯的放置发起的小的泄漏电流。由于非常大的输入阻抗，该电流将产生DC偏置。这将降低放大器的过载边界。

麦克风通常被制作为具有接近80-90％的产量，即，80-90％的产生的麦克风满足其性能的规范。不幸的，由于例如麦克风的灵敏度并不满足该规范，10-20％的产品被丢弃。降低丢弃率的一种方案将被工业高度重视。

例如电介体麦克风的另一问题是老化现象，电介质麦克风在长时间后可能改变其灵敏度从而导致电介质麦克风输出和缓冲器放大器的增益之间的差异。

遭受包括例如来自机动车轮的位于较高幅度的低频声音的背景噪声的麦克风可以倾向于例如削波来自麦克风的声音信号的问题。在与背景信号一起提供声音信号的情况下，由于声压导致了相应的电子信号被削波，有可能会丢失声音信号中的信息。当迭加在声音信号上的低频背景的幅度过载了放大来自麦克风信号的放大器时，例如通过超过麦克风和放大器可以处理的，例如110dB SPL的最大声压时，会发生麦克风信号的削波。放大器的次要的过载可以导致信号削波同时放大器的严重过载可以产生一段时间，例如，几秒，其中在该时间放大器停止操作为放大器。

现有技术

US6853733-B1公开了一种数字麦克风电路的双线接口，包括功率线和地线。该接口把地线用作“电压激活线”来传输数字麦克风电路和接收电路之间的时钟和数据信号。数字麦克风电路检测电压激活线上的时钟信号并使用检测的时钟信号操作ADC从而提供数字数据。使用数字数据有选择的通过电压激活线把电流驱动回到接收电路。接收电路通过监视与线路终止相关的电压检测发射的数据。与线路终止相关的阻抗被接收电路转换从而调制电压激活线上的时钟信号。

因此，数字麦克风电路检测电压激活线上的时钟信号并使用检测的时钟信号在时钟信号确定的时刻输出数字比特。该原理对于重新获得与消耗数字信号的外部电路的时钟信号同步的数字信号是公知的。

WO01/78446公开了一种用于包括放大器和用于在助听设备中使用的换能器的电介体麦克风部件的可变灵敏度/可变增益电路。电路包括具有与电容串联耦合的电子开关的灵敏度选择部分。控制端子上的电压控制电子开关。因此，当电容被耦合时麦克风的灵敏度可以被降低并且否则，换能器的信号不能被电路改变。灵敏度选择部分直接耦合到换能器从而控制灵敏度。在一个实施例中，灵敏度选择部分作为放大器的负反馈耦合从而改变其增益。电路的灵敏度设定是可编程的并且可以在非易失性存储器部件中编程或存储，其中非易失性存储器部件可操作的通过解码器耦合到电路。解码器可以具有n个平行的输入或者一个串联的输入信号。因此，可以编程电路从而改变麦克风部件的灵敏度。

因此，存在现有技术麦克风，其中，嵌入在封装中的半导体管芯上的电路的信号调节可以适合不同声学环境。由于该适配或者补偿尽可能的放置在外围，-直接具有源，即麦克风的换能器，这是有利的。

然而，所公开的方案引入了至少一个额外的以及被忽视的不适宜的噪声源。这可以在对不同声学环境提供适配时出现较小的缺点，但是该不适宜源将对麦克风信号产生不可修复的影响，使得获得高性能麦克风更加困难。

此外，由于灵敏度选择部分在电路的输入节点直接耦合到换能器，通过包括任何寄生电容的换能器电容的有效值和灵敏度选择部分的电容值之间的比率可以确定灵敏度。通过半导体管芯上的电容和半导体外部的电容确定灵敏度是不合适的。在制作中外部电容的值具有较大变化。这使得精确的获得灵敏度的期望值几乎不可能-至少具有可接收的产量。

总结

提供一种具有集成电路的半导体管芯，被配置为安装在具有电容换能器的壳体内。电子电路包括第一电路，被配置为在输入节点接收来自换能器的输入信号并且在半导体管芯的焊盘提供输出信号，其中集成电子电路包括具有控制输入的有源器件，耦合到半导体管芯的焊盘上，可操作地接合(engage)或断开(disengage)与第一电路互连的第二电路从而在控制输入选择的模式操作集成电子电路。

半导体管芯的特征在于第二电路与第一电路互连从而与输入节点分离。

因此，第二电路与第一电路互连，但是在一个或多个节点与输入节点分离。

由于信号传输独立于电容换能器的阻抗中的变化，可以更加准确地确定从换能器到输出的信号传输。由于在实际中由于在输入节点由于换能器封装引起的不可控制的寄生电容，会发生较大的变化，这是合理的。当由两个单元的阻抗的比率控制信号传输时，信号传输对阻抗中的变化具有更少的灵敏度。因此，可以提供更准确的信号传输。

由于第二电路与第一电路互连，但是在一个或多个点与输入节点分离，信号传输将对操作为开关的有源器件引入的噪声更少的敏感。

而且，由于第二电路与第一电路互连，但是在一个或多个点与输入节点分离，可以实现不同的信号传输模式，包括不仅包括不同电容，而且包括不同电阻或电阻和电容的电路网络的选择。因此，可以实现实现不同滤波器的不同信号传输模式。这提供了关于性能的重大改进，其中在与简单选择较低灵敏度相比的第一电路中，更加合理的选择高通滤波器(具有更高切断频率)来防止具有低频的非期望信号成分以及来自过载，例如放大器的较强幅度。选择滤波器而不是简单的降低灵敏度，使得可以减少非预期的信号成分，例如次声信号，而不是预期的信号成分，例如，语音信号的重要部分。

通常为了以相对较低的成本满足性能规范，期望提供一种具有相对较高精度的相对简单和紧凑的电路。当输入节点至少通过信号调节电路耦合到输出时可以获得该电路；该信号调节电路包括具有第一参数的第一单元和具有可以由第二电路和有源器件控制的第二参数的第二单元；第一和第二单元的参数组合起来操作确定信号调节电路的属性；并且其中两个单元都嵌入在半导体管芯上。因此，换能器可以作为产生影响信号传输的非期望变化的源被丢弃。

第一和第二单元可以被认为是两端口网络的部件或者单个部件。该参数可以例如是两端口电路的端口之间的电阻。信号调节电路的属性然后可以是从输入节点到输出的信号传输的属性，例如增益、切断频率等。该参数可替代的，或者还可以是，例如有源器件或多个有源器件的半导体材料的宽度。信号调节电路的属性然后可以是，例如，通常与电路节点的噪声和/或DC值相关的功率消耗。

第二参数(以及因此信号调节电路的属性)可以由第二电路控制，其中第二电路或其一部分可以被接合或断开。因此，一个或多个不同部件，例如，电容、电阻和有源器件可以被打开或关闭。例如，如果有源器件被耦合为与第二单元的另一有源器件一起工作，则可以增加组合的有源器件的半导体材料的宽度。因此，可以改变信号调节电路的属性。

在一个实施例中，输入节点被连接到提供输出信号的信号调节电路的输入；第二电路被耦合为响应控制输入的信号改变信号调节电路的结构；以及通过信号调节电路把输入节点与信号调节电路分离，其中仅仅通过增益级把信号调节电路耦合到输入节点。增益级可以是单个增益级或者是包括多个增益级的放大器的一部分。

包括多个增益级的放大器可以是具有差分输入级的放大器。在实施例中，集成的电子电路包括具有第一和第二输入端子的差分增益级，其中第一输入端子耦合到输入节点从而从换能器接收信号，并且，其中第二输入端子耦合到第二电路从而接收由有源器件控制的信号；并且其中来自换能器的信号和由有源器件控制的信号分别耦合到第一输入和第二输入。

因此，输入节点和第二电路的节点在差分输入级的不同路径耦合。由于差分输入级的输入间的电阻非常高，通常被认为是无限高，第二电路实际上没有对输入节点施加负载。因此，可以获得改进的输入电阻，这将有效地降低换能器的信号损耗，改进换能器和电子电路的灵敏度-所有其它事情相同。

在一个实施例中，差分增益级通过反馈电路耦合到具有输出端子的输出级从而提供反馈信号；并且第二电路耦合为操作地响应控制信号改变反馈电路。

因此，由于输入到增益级(或者整个放大器)的换能器信号并没有被反馈电路加载，并没有显示反馈电路的仅仅非常慢衰落的脉冲响应。为了在换能器受到声学信号或者具有非常不期望的低频信号分量的移动(变化)时，防止放大器过载(削波输出信号)，反馈电路可以实现为低通滤波器从而提供放大器的高通滤波转换。因此，由于输入到增益级的换能器信号并没有受到反馈电路(可以是低通滤波器)的仅仅非常慢衰落的脉冲响应并且由于有效地抑制了具有过大幅度的次声信号分量(和DC分量)，可以有效的防止次声信号分量(和DC分量)过载前置放大器(这将引起严重的失真)。通常由于信号中的重要信息可以丢失，并不能在下行信号处理器中修复信号。

在一个实施例中，当断开第二电路时，第二电路被配置并且与第一电路互连从而提供从第一电路的输入到输出的第一信号传输函数，并且当接合第二电路时，可以提供与第一信号传输函数不同的第二信号传输函数。

因此，可以根据控制信号调节信号传输函数。因此，可以响应外部源提供的控制信号选择第一电路的信号调节。外部源可以在更好的位置判断哪个信号调节满足预期的性能。信号调节可以包括不同的增益设定、不同的增益-频率函数、不同的相位-频率函数或其组合。因此，例如在麦克风中可以选择所谓的密谈模式。在密谈模式，信号传输函数可以增强语音信号的重要信号分量所在的频带并且抑制主要背景信号所在的信号频带(例如在较低频率)。

在一个实施例中，集成电子电路被配置为具有差分输出级从而在停止带提供共模差分输出信号以及在通带提供差模差分输出信号。

由于可以为低频在共模提供差分输出并且为较高频率在差模提供差分输出，可以有效抑制具有较高幅度的次声信号。因此，由于输入到前置放大器的麦克风信号并没有受到反馈电路的仅仅慢衰落的时间常数并且由于有效抑制了具有非常大幅度的次声信号分量，可以有效的防止次声信号分量(和DC分量)到达下行信号调节电路，例如模拟到数字转换器，其中他们可以是严重失真的源(在数字域)。此外，由于输出(到模拟到数字转换器)被提供为差分信号，可以建立更强的信号波动。这反过来为前置放大器提供了更大增益并且改进了信噪比(在数字域，由于通常模拟到数字转换器给出了独立于幅度的噪声分布)。

在一个实施例中，输入节点耦合到滤波器的输出从而从第一电路的电荷泵电路接收滤波的信号；并且其中第二电路在电荷泵的电路节点与第一电路互连。

因此至少通过滤波器把输入节点与第二电路的任何节点分离。输入节点还可以耦合到有源增益设备的输入。

通常期望控制麦克风或其它电容换能器的灵敏度。在一个实施例中，半导体管芯包括具有级联的电荷泵级的电荷泵；其中第二电路包括级联部分，接合或断开该部分从而控制电荷泵的输出电压。

因此，可以改变灵敏度。因此，当在放大器的输入削波换能器的信号时降低灵敏度是有利的。

在一个实施例中通过参考电路提供到级联的输入；并且其中第二电路与参考电路连接从而控制电荷泵的输出电压。因此，通过为电荷泵选择不同的参考值可以控制电荷泵的输出电压。

通常期望能够控制半导体管芯的功率消耗。在一个实施例中，第二电路包括第一电流源，第一电流源被配置并与第一电路互连，第一电路包括第二电流源，当第二电路被断开时，提供集成电子电路的第一电流消耗，并且当第二电路被接合时，提供与第一不同的第二电流消耗。

因此，可以实现休息性能模式和额定性能模式。可替代的，可以实现额定性能模式和改进性能模式。休息性能模式例如可以实现在移动电话，计算机等的无线头戴式耳机中。在休息性能模式中，电子电路的信号调节并没有停止工作，但是通常，由于电路操作在较低的电流消耗，将存在更多的噪声。放松模式可以用于侦听声学环境以检测应当用于改变模式或者用于引起较长启动时间的替代功率切断电路的声学事件。可以提供一个或两个以上模式，例如实现所述三中不同模式。一种模式可以称为睡眠模式，其中提供比供电情况更短的启动时间。在睡眠模式，换能器并不必操作为换能器，但是在休息模式，换能器可以继续操作为换能器，但是在更低的性能值同时保存功率消耗。

可以响应输入到半导体管芯上的时钟信号的时钟频率范围的检测选择模式从而为控制功率消耗提供简单的接口。

非常期望提供电路的编程或模式控制从而在制作工程中改变或调节电路的性能。半导体管芯可以包括一个元件，配置为接收改变元件的物理状态以形成非易失性存储器的可编程信号，其中元件耦合到有源器件的控制输入从而操作地选择集成电子电路的模式。

因此，可以通过所谓的一次编程选择模式，其中状态的物理改变提供了非易失性存储器。电路可以包括元件的阵列，其中元件是可设地址的并且配置为分别接收可以改变元件的物理状态从而形成非易失性存储器的编程信号；其中元件耦合到各个有源器件的控制输入从而操作地选择集成电子电路的模式。从而可以选择多个模式之一。

为了分类或确定选择哪个模式(例如在制作期间)，可以期望提供半导体管芯上的信号值的测量。然而，由于只有几个焊盘接入到电路的几个节点，仅仅可以执行不合理的测量。在一个实施例中，有源器件和第二电路被配置为分流电路从而把第一电路的电路节点连接到半导体管芯的焊盘上。

因此，管芯上的电路的一个或多个节点可以连接到可用焊盘同时通过焊盘分流或断开另外连接的电路。因此，可以提供测试模式或者测量模式。通过控制输入选择该模式。可以配置电路以通过焊盘上的一组节点中的一个节点。因此不同的节点可以耦合到焊盘从而在各个节点上执行信号值的测量。可以通过测试模式序列器执行后者，其中测试模式序列器响应控制信号把编程信号选择的电路节点耦合到由外部电路使用的集成电路芯片的端子上。在一个实施例中，焊盘在第一模式中用于在电路的节点输出信号并且在第二模式中用于接收用于选择模式(例如第一模式)的信号。

通常，注意选择与期望的模式不同的模式将严重的降低电子电路的性能。在一个实施例中，半导体管芯包括模式控制器，配置为接收由编程信号携带的编程指令并且向有源器件提供控制信号；以及模式检测器，其被配置为接收模式选择信号并且能够响应模式选择信号使能或禁止模式控制器。因此，接收假的编程信号并用于选择模式的可能性被降低从而避免了错误模式的无意识或者错误选择。当有限数量的焊盘可用并且通过用于与另一信号连接的产电接收编程信号(例如输出信号)，当电路处于正常操作模式(当模式控制器被禁止时)时，使能信号可以用于改变哪个电路使用焊盘操作。

在一个实施例中，半导体管芯包括接收输入到半导体管芯的时钟信号的焊盘，以及模式检测器，被配置为检测时钟平率位于哪个预定范围，并且响应模式选择信号接合或断开第二电路。因此，到半导体管芯的模拟到数字转换器的时钟信号频率用于选择模式。这使得外部电路与电路连接变得简单。该选择的模式可以是节省功率的模式。众所周知，时钟频率的降低可能降低功率消耗-所有其它事情相同。但是，当功率消耗被控制为较低时(例如通过断开并联的多个电流源的电流源)，可以获得更低的功率消耗，例如提供休息性能模式。

通常期望有用尽可能少的焊盘，由于它们占用半导体管芯上的面积并且(因此)增加成本。在一个实施例中，半导体管芯包括焊盘，在焊盘上，集成电子电路被配置为接收操作功率和/或提供输出信号并且配置为接收模式选择信号和/或编程信号。

因此提供具有多功能的焊盘。有源器件被耦合从而响应例如模式选择信号和/或编程信号的外部信号操作。

在一个实施例中，半导体管芯包括接收模式选择信号的第一焊盘，以及接收编程信号的第二焊盘，因此，需要更少的电路同时接收假的编程信号并且用来选择错误模式的可能性被降低。

在一个实施例中，半导体管芯被配置为：检测编程信号，编程信号包括具有提供到集成电路的时钟信号的额定频率的大于1的整数分之一的脉冲频率的前导，并且响应编程信号的检测，进入接收并寄存编程指令的模式。

在一个实施例中，半导体管芯被配置为检测作为用于执行检测编程指令步骤的前提的前导信号。

还提供一种包括依照上述半导体管芯的麦克风壳体；包括依照上述半导体管芯的移动电话；以及包括依照上述半导体管芯的头戴式耳机。

附图简介

连同下述详细说明参考附图，其中：

图1显示了配置为操作在可选模式的麦克风；

图2显示了换能器和半导体管芯，具有操作在可选模式的电路，包括放大器、电荷泵和模拟到数字转换器；

图3显示了具有可控放大器和可控电荷泵的换能器和半导体管芯；

图4显示了具有差分输入的可控放大器的半导体管芯；

图5显示了具有可控传输函数的放大器；

图6显示了具有差分输出的放大器；

图7显示了电荷泵的两级结构；

图8详细显示了电荷泵的第一级；

图9详细显示了电荷泵的第二级；

图10a显示了可控参考产生器；

图10b显示了可控偏置产生器；

图10c显示了具有电流源阵列的可控偏置产生器；

图11显示了具有编程模式的换能器；

图12显示了具有供电复位的换能器；

图13显示了简化的模式控制器；

图14显示了通信协议的状态图；

图15显示了依照协议的信号的时间图；

图16显示了详细的模式控制器；

图17显示了模式检测器108，配置为重新获得与时钟信号频率复用的编程信号；

图18显示了具有OTP系统的半导体管芯；

图19显示了具有OTP系统和数字输出信号的半导体管芯。

详细说明

图1显示了被配置为操作在可选模式的麦克风。麦克风100包括探测管或壳体110，用于容纳电容麦克风102和半导体管芯101以及连接端子Tpwr/c、Tclk/c、To/c、以及Tg/c。电容麦克风102具有响应隔膜上的压力相对于第二构件(例如被称为金属板)移动的隔膜构件。壳体包括用于输出声音的开口109。电容麦克风通过IC上的端子耦合到半导体。该端子被指定为Tm/ic以及Tg/ic，其中斜线“ic”指定该终端位于半导体表面或者集成电路IC上。通过端子Tm/ic，由隔膜的移动提供的麦克风电容信号被输入到IC。第二构件耦合到接地点，其中接地点通过端子Tg/ic耦合到IC以及通过麦克风探测管的端子Tg/c耦合到外部电路-斜线“c”指定端子是麦克风探测管或壳体的一部分。

麦克风电容信号被提供到信号调节装置103，信号调节装置103通过IC的端子To/ic以及通过麦克风封装的端子To/c提供麦克风输出信号。信号调节装置103具有不同目标，但是两个主要目标是提供响应电容麦克风上的声压的输出信号并且缓冲器高阻抗电容麦克风102，从而电容麦克风并不被外部电路的输入阻抗加载并且电容麦克风和信号调节装置103之间的信号路径尽可能的短从而降低高阻抗路径获得的噪声数量。

然而，由于信号调节装置103比多年来作为实际工业标准的公知的结型场效应晶体管高级的多并且由于通过外部电路的设计电容麦克风的性能得到较大改进，另一目标是提供一种配置为安装在麦克风探测管内的集成电路的可设计信号调节装置103。应当注意通过端子Tpwr/ic和Tpwr/c把电源提供到信号调节装置103。

信号调节装置包括第一电路104，配置为在输入节点Tm/ic从换能器接收输入信号并且在半导体管芯101的焊盘To/ic提供输出信号。有源器件106耦合为具有由模式转换器提供的控制输入的开关。控制输入通过模式转换器和模式监测器耦合到半导体管芯焊盘，以可操作地接合或断开与第一电路104互连的第二电路105，从而在端子Tclk/ic把集成电子电路操作在控制输入选择的模式。应当注意其它焊盘可以用于输入控制信号-将对其进行更加详细的描述。由于第二电路与第一电路互连从而与输入节点分离，在输入节点的信号并不被打扰。

在第一方面，通过模式监测器108和模式改变器107编程信号调节装置103。耦合模式监测器108以接收由外部电路提供的编程信号。通过分离的端子提供编程信号，或者，大概需要通过向IC提供来自外部电路的另一信号或者反之亦然的端子提供编程信号。因此，优选的通过复用另一信号提供编程信号。

所示的实施例被配置为在与通过IC和麦克风封装的端子Tclk/ic和Tclk/c提供时钟信号的相同线路上接收编程信号。因此，编程信号与时钟信号复用。

如图所示，模式监测器108耦合为接收外部电路提供的时钟信号。在麦克风被配置为提供数字输出信号的情况下，时钟信号通过由外部电路提供以同步地读取数字信号。因此，不再需要其它端子来通信编程信号。

模式监测器108被配置为解复用信号并把编程信号转换为控制信号，控制信号有选择地控制模式转换器107以改变信号调节装置103的信号处理行为。

模式监测器、模式转换器107以及信号调节装置103的组合有利地提供麦克风的简单设计性能。

该组合尤其有利地提供需要非常少且短的命令的编程性能。该性能例如与功率消耗性能的设计相关。结合功率消耗可以通过编程把信号调节装置103变成其关闭的状态或者模式的中间模式以及其操作在额定功率等级上的模式。这将在下面进行描述。

模式转换器107可以以多种方式实现。通常，优选的通过网络部件把模式转换器107与信号调节装置103紧紧结合，其中网络部件可以切换入和切换出网络电路配置从而提供具有离散可选值的电路单元。例如，信号调节装置103的电源可以通过模式转换器107被路由为为信号调节装置103设定不同功率消耗等级。这也在下面进行了描述。

作为从时钟信号中提取编程信号的替代，这是通过功率信号(通过Tpwr/ic)提供编程信号并且从功率信号提取编程信号的一种选项。而且，一种替代是通过一个、两个或多个分离端子(没有显示)提供编程信号。这些替代方式在模拟信号被提供为输出信号的情况下非常有利并且因此通常时钟信号不可用。

模式监测器108可以根据功率消耗或者根据有源的编程不同信号处理参数，例如增益、下部和上部关断频率等来设计信号调节装置103的性能。而且，在向电容麦克风提供偏置电压的情况下，可以通过模式监测器设计电压偏置值。在联合悬而未决申请WO/2005/055406中更详细的描述了向电容麦克风提供电压偏置值的方面。通过参考该申请，模式监测器108可以设计电压泵浦值、泵浦级的数量、泵浦级的时钟信号等。通过调节提供到麦克风的电压偏置值(适用于具有外部偏置-并且没有电介体层的麦克风)，可以控制麦克风的性能，例如，灵敏度。

图2显示了换能器和半导体管芯，具有操作在可选模式的电路，包括放大器、电荷泵以及模拟到数字转换器。换能器包括具有信号调节装置103、模式监测器108和模式转换器107的集成电路。信号调节装置103包括放大器201，放大器201之后是δΔ调制器202形式的模拟到数字转换器，其提供麦克风的数字输出信号。为了简明，没有显示换能器的壳体。放大器201的特征在于与电容麦克风102的电容相比具有较高输入阻抗。放大器201可以是简单缓冲器或者可选的与滤波器等级结合的增益等级或者其可以如悬而未决申请WO2005/039041所公开的包括与放大器结合的低通或带通滤波器。

返回设计功率消耗性能，所示的实施立被配置为使外部电路响应编程信号编程或确定功率消耗等级。如上所述，编程信号与时钟信号复用。因此，模式监测器108的目的是响应编程信号选择麦克风的性能模式。

典型的，为了在正常操作中获得麦克风的性能，期望在额定功率消耗等级操作换能器。通过参考在正常操作中的功率消耗，期望提供一种所谓的睡眠模式，其中在该模式功率消耗被基本的降低但是功率并没有完全关闭。由于功率消耗被基本上降低同时避免了或者至少降低了电路的延长的启动时间，该睡眠模式非常有利。在该睡眠模式，提供输出信号的传感信号的处理基本上被完全关闭或者信号处理性能被显著降低。然而，在睡眠模式或者在正常操作和睡眠模式的中间模式，可以保持信号处理性能的特定但是降低的等级。由于当功率消耗降低时，性能不可避免的降低，提供降低的但是关闭功率损耗的模式被表示为休息性能模式。

在优选实施例中，设计信号被提供为与当IC操作在正常操作模式时输入到IC的时钟信号相比具有降低的频率的时钟信号。与模式监测器108选择休息性能模式的额定频率控制相比时钟信号部分被降低。因此，可以通过时钟输入信号检测休息性能模式。例如考虑处于正常操作的麦克风被提供具有额定时钟频率2.4MHz的时钟信号的情况，则模式监测器108可以如下的选择模式：

1.当时钟低于100kHz时，选择睡眠模式，

2.当时钟位于100kHz和1MHz之间时，选择休息模式1，

3.当时钟位于1MHz和2MHz时，选择休息模式2，以及

4.当时钟位于2MHz以上时，选择全性能模式。

应当注意，当在采样频率上提供作为脉冲密度信号的数字输出信号时，在提供数字在后滤波的外部电路上的固定抽样频率将导致麦克风信号的降低的带宽。带宽被逐步降低同时降低时钟频率。由于功率消耗没有(基本上)降低，这是基本的非预期的效果。

然而，模式选择器108提供适于控制数字麦克风的模拟电路从而降低功率消耗的控制信号。模拟电路的控制通过模式转换器107完成，在所示的实施例中模拟转换器107被实现为电压偏置电路，Vbias和电压参考电路Vref。模式转换器107响应模式监测器的控制信号确定模拟电路的功率消耗。模拟电路计算前置放大器、电压泵浦和δΔ调制器202的积分电路。通过Vr，203控制放大器201的功率消耗并且通过Vbr和Ib204控制δΔ调制器的功率消耗。使用较少电流意味着较高噪声等级并且因此意味着麦克风的休息性能。

通过仅仅降低时钟频率，可以降低调制器的带宽并降低动态功率消耗。然而，为了获得电流消耗的本质降低，必须降低模拟电路中的静态电流消耗。因此，由于静态电流消耗与数字(模拟)麦克风中的电流消耗的多数浪费相关，控制静态电流消耗是可行的。通过调整前置放大器和δΔ调制器的偏置控制静态电流消耗。

注意，δΔ调制器通常包括4、5、6、7甚至更多积分器，其中每个积分器必须被最佳电流偏置。在相同方式中，可能控制调制器的参考电压产生器。

半导体管芯还包括电荷泵205，用于向电容性换能器102的一个构件提供充电-电荷泵提供作为其输出的DC信号。电荷泵的输出仅仅通过滤波器206提供到换能器-滤波器2056例如是配置为从电荷泵的输出信号中区分波纹噪声的低通滤波器。如更详细的说明，可以从可控电流源Ib 204操作电荷泵或者电荷泵可以被结合在电荷泵的内部源或参考控制。可以从模式转换器(没有显示)和模式监测器108控制内部源或参考。

图3显示了具有可控放大器和可控电荷泵的换能器和半导体管芯。可控放大器被配置为关于其从输入Tm’(或非反相输入：+)到其输出To的信号传输函数可控。可控放大器包括配置有可控反馈电路302、303、304的运算放大器。可控反馈从输出To耦合到运算放大器301的反相输入。可控反馈包括第一路径(从节点a1到节点b1)，其可以具有操作为反馈的任何形式的电路网络302。可控反馈还包括第二路径(从节点a1通过节点a2到节点b)。第二路径的第一部分(a2到b)可以具有与第一路径结合操作为反馈的任何形式的电路网络303。第二路径的第二部分(a1到a2)可以被认为是打开或闭合可控的开关SW1，304。开关304是可控的，即，其可以响应在耦合到焊盘Tsw1的控制输入提供的控制信号打开或闭合。可以看出控制输入直接耦合到焊盘，但是通过模式监测器和/或模式转换器提供控制输入。从而可以接合或断开电路网络303并且从而改变运算放大器的有效反馈以及其传输函数。在这种方式中可以选择不同的信号传输函数。可以提供可替代的可控反馈网络，例如，具有更多开关和更多或者替代配置的电路网络。

通过滤波器306可以分离可控电荷泵305和换能器102。滤波器306可以是低通或带通滤波器。可以通过接合或断开电路308控制电荷泵，其中电路308可以是电荷泵305的一部分。可以通过具有通过分离焊盘Tws2或通过模式监测或模式转换器接收的控制输入的开关307和/或通过与其它输入，例如SW1的输入复用来接合或断开电路308。

可以是麦克风换能器的电容换能器102作为浮动单元耦合在经过滤波器306的电荷泵和运算放大器301的输入之间。

放大器的输出信号明显的是模拟信号，但是配置可以改变为包括模拟到数字转换器从而通过携带信号调解装置103的半导体管芯的焊盘提供数字输出信号。

图4显示了换能器以及具有可控放大器的半导体管芯。放大器的输入阶段401包括PMOS有源器件43、406的差分对。本领域技术人员所公知的，一个有源器件403中的电流被包括有源器件405和404的电流镜像镜像。由恒定电流源偏置差分对。存在差分输入的各种实现方式-例如，NMOS电流镜像404，405可以被与PMOS电流镜像使用的所谓折叠射-基放大器代替。

在放大器的输出阶段402，输出晶体管408被连接为从差分输入阶段接收信号。目的是增加增益并将输入与输出隔离。放大器(401和402)可以被认为是第一电路。

第二电路被提供为如图3所示的可控反馈电路。但是，开关SW1被显示为实现开关的有源器件409。

因此集成电子电路包括具有第一(+)和第二(-)输入端子的差分增益阶段401，其中第一输入端子(+)被耦合到输入节点从而从换能器接收信号并且其中第二输入端子(-)被耦合到第二电路从而接收由有源器件409控制的信号。来自换能器的信号和由有源器件控制的信号分别耦合到第一和第二输入。

差分增益阶段401通过反馈电路(302、303)耦合到具有输出端子To的输出阶段(402)从而提供反馈信号。第二电路被耦合为响应控制信号可操作地改变反馈电路。

图5显示了具有可控传输函数的放大器。放大器(通常是前置放大器和信号调节装置)包括第一单元506和第二单元505。第一单元506包括分别与可控开关S3和S4串联，以形成第一单元的并行路径的电路503和504(显示为两端口电路)。第一单元还被认为是两端口电路。第一单元耦合在地和运算放大器301的反相输入之间。

相似的，第一单元505包括分别与可控开关S1和S2串联，以形成第二单元的并行路径的电路501和502(显示为两端口电路)。第二单元还被认为是两端口电路。第二单元耦合在运算放大器301的非反相输入和用作反馈电路的放大器的输出之间。

电路501、502和503、504可以以各种方式实现，并且以与所示并行路径不同的配置耦合，其中每个并行路径具有串联的开关和电路。本领域技术人员可以提供该替代方式。

第一和第二单元的参数可以结合在一起来确定信号调节装置的特性。

两个电路都将经历参数值的较大绝对变化。但是由于两个单元嵌入在一个或者相同的半导体管芯上，并且如图所示耦合在运算放大器周围，可以在较好容忍度内设计信号调节装置的特性。当使用这种结构时，绝对值的变化趋向于抵偿确定信号传输的等式。这是非常值得期待的。此外，换能器被忽视为提供影响信号传输的非期望变化的源。

第二参数(以及随后信号调节电路的性质)被第二电路控制从而第二电路或者其一部分可以被接合或断开。这样，一个或多个不同部件，例如，电容、电阻和有源器件可以被接入或断开。例如如果有源器件被耦合为与第二单元的另一有源器件结合在一起工作，则组合的有源器件的半导体材料的宽度被增加。

开关可以被模式转换器107控制。已经显示了提供模拟输出信号，但是该配置可以与模拟数字转换器结合在一起。

图6显示了具有差分输出的放大器。可以根据增益和/或高通截至频率和/或低通截至频率或信号传输的其它性质，例如差分频带的相位延时或控制来设计放大器(或者前置放大器)。

放大器被配置为具有结合在一起在端子To1和To2提供差分输出的第一运算放大器601和第二运算放大器602。运算放大器601和602包括反馈电路，反馈电路分别包括与串联的电路604和S1并联的电路603以及与连串的电路606和S2并联的电路607。每个反馈电路从各个运算放大器的输出耦合到其反相输入。

运算放大器的反向输入通过与电路605和开关S3并联的电流源610互连。因此，可以实现可控滤波器传输函数。带通中的绝对值增益和带通的带宽可以被控制。

麦克风的灵敏度/带宽控制在用户实际上在非常近的距离低声朝麦克风说话的情况下是非常有用的。在这种情况下，声压值将非常高并且可以降低麦克风的灵敏度从而防止过载的情况并降低环境或背景噪声。在具有较高背景噪声的情况下，可以降低带宽从而降低在前信号处理过程中的过载情况。风/风吹是具有能够过载在前信号处理的较高声压值的背景噪声的一个非常好的例子，通过降低麦克风的带宽，可以改进整体的声音质量。

可以直接通过模式检测器108和/或通过模式转换器107控制简单增益放大器和集成的滤波放大器。模式检测器108和模式控制器可以以不同方式实现。可以直接通过分离的端子控制模式控制器。

电容207被提供为DC块电容并且电阻R与换能器的偏置电压串连。

耦合在放大器602的正向输入和地之间的电路609以及耦合在相同的正向输入和放大器601的输出之间的电路608可以被配置为强制差分输出提供通带以外的共模差分信号并在通带提供差模信号从而改进滤波。

图7显示了电荷泵的两级结构。混合电压泵浦707包括第一级电压泵浦802，UPC1以及第二级电压泵浦。第二机电压泵浦包括电压泵浦803、804、805、806，UPC2的串连。

第一级电压泵浦可以以多种方式实现，但是第一级电压泵浦的优选实施例已经在上面公开。第一级电压泵浦基于振荡器801，振荡器801提供相互之间具有180度相移的振荡信号P1和P2。振荡信号被提供到电压泵浦802，UPC1从而提供泵浦的振荡信号P1’和P2’。从上面可以看出，调节泵浦的振荡信号从而提供准确度以及同时提供相对较高的电压值。还可以看出泵浦的振荡信号被实现在低电压部件的电路提供。该低电压部件由虚线框810表示。

如果构成振荡信号P’和P2’的重复脉冲的脉冲幅度被最大化为低电压部件810规定的额定电压值，则可以最小化第二级的级联电压泵浦的数量，其它的相同。因此，可以提供更多的管芯区域有效设计。

可以看出任何IC技术具有额定电压，位于或低于该额定电压，所有部件被规定为可以操作同时没有DC电压故障。位于或低于额定电压，组合电路可以实现为较高性能。高于该额定电压值，只有有限数量的部件是可用的。也就是，例如，标准CMOS晶体管不能使用，由于较高电压值晶体管将会发生故障。该有限数量的部件包括高压CMOS晶体管，但是用于实现高压CMOS晶体管的技术是昂贵的并且这些部件体积非常大。因此，把电荷泵分成低压部件和高压部件是非常有利的。

返回电压泵浦的说明：泵浦的振荡信号P1’和P2’被提供到级联的每个电压泵浦803、804、805、806UPC2。每个表示为UPC2的电压泵浦被提供输入信号，在电路节点(b)、(c)、(d)，输入信号被表示为由具有大约为P1’和P2’的脉冲幅度的振荡信号迭加的DC电压。节点(a)优选的被耦合为从UPC1接收DC信号。该DC信号可以是接地参考电，DC值，例如，提供到反相器502、503的DC电压或者另一DC信号。

电压泵浦的级联产生了从电路节点(a)到电路节点(b)、到电路节点(c)、到(d)和到(e)的渐增电压值。每个电压泵浦可以把对应于例如4倍振荡信号的脉冲幅度的电压增加到电压泵浦的DC信号输入上。然而，这取决于泵浦的结构，尤其取决于结构中电容的数量和泵浦中的损耗数量。

在电路节点(e)由电压泵浦805提供的电压值通过串连电阻808，R和端子Tc2提供为麦克风偏置电压从而提供对麦克风部件之一提供电子充电。

电容809，C被耦合为阻止泵浦的DC偏置电压到达耦合到端子Tc4的前置放大器(没有显示)的输入级从而从耦合到Tc2的麦克风部件接收麦克风信号，在端子Tc2提供偏置电压。

通过从端子Tc5拉出电流可向振荡器801和电压泵浦802提供操作功率。然而，操作功率可以通过还提供麦克风信号的端子Tc4提供。

尤其对于电信麦克风，应用该多级电压泵浦来获得每个管芯区域单位的相对较高整体电压泵浦因数是有利的。

优选的，电压泵浦803、804、805和806，UPC2是相同类型的；优选的，它们是相似或相同的。

高电压IC部件需要较大的相互间隔、较深的电位阱、较厚的栅氧化层等。也就是，在物理上它们是不同部件。在下面描述用于实现在高压部件中的dickson类型的电压泵浦。

图8更详细显示了电荷泵的第一级。该实施例是更详细显示的振荡器。从图3中可以看出振荡器位于两个反相器403和404附近。反相器403和404由电流源T1供电，电流源T1被偏置电路402偏置从而提供恒定电流。

反相器被配置为通过内部元件，例如电阻或晶体管或者通过其输出拉出电流。根据在电路点ID1和ID2提供的位于其输入的电压值是否高于或低于门限电压值控制反相器是否位于通过内部元件拉出电流的状态或者通过输出拉出电流的状态。

反相器403和404的输出耦合到各个电容C1和C2。当反相器403，404位于通过输出拉出电流的状态时，各个电容被充电并且电容上的电压会增加。可替代的，在反相器的另一状态，电容将通过反相器或通过另一负载放电。

电容C1和C2上的电压取决于它们的电容值，控制各个晶体管T3和T5。可以通过连接到晶体管T3的栅极端子、电容C1和反相器403的输出端子的电路节点实现。因此，连接到晶体管T5的栅极端子、电容C2和反相器404的输出端子的电路节点。

晶体管T2和T3耦合为分别与晶体管T3和T5串连的恒定电流源。晶体管T2和T4被偏置电流401，bias1偏置，T3和T5被电容C1和C2上的电压值控制，可以根据在输入ID1和ID2的电压值确定对C1和C2充电或放电。因此，可以提供缓冲器的振荡信号P1和P2。

提供控制电路405来控制电路提供不同相振荡信号P1和P2。优选的，提供180度相移信号。

图9更详细显示了电荷泵的第二阶段。电压泵浦以dickson-转换器的形式显示并且优选的构成混合电压泵浦的模块703-706，UPC2。在该实施例中，Dickson-转换器包括4个二极管-电容阶段，可以应用更少或更多的阶段。Dickson电压泵浦通常包括几个二极管-电容阶段。部件的数量取决于振荡信号P1’和P2’以及预期输出电压的脉冲幅度。电压泵浦901接收输入电压信号。在泵浦901以串联耦合的情况下，可以由在前泵浦模块把输入信号提供为由极大的对应于P1’和P2’的振荡信号放置的DC信号。在表示为“in”的输入端子提供输入信号并且在表示为“out”的输出端子提供泵浦的输出信号。由振荡信号P1’和P2’操作泵浦从而替换的分别对电容C1、C2、C3和C4充电。当电压泵浦到达正常操作状态并且因此泵浦的输出电压到达额定值时，每个二极管-电容阶段增加等于振荡脉冲幅度减去该阶段的任何损耗的电压值。因此，可以获得比输入电压和脉冲幅度大的输出电压。

Dickson电荷泵或其它类型电荷泵或电压提高电路可以被配置为提供输出电压值的控制。本领域技术人员可以提供这种配置。

在所示的结构中，可控开关S1和S2可以用于传递级联中的一个节点以便向输出端子提供低于输出值的电压值。开关S1传递级联的两个二极管D2和D3之间的(中间)电路节点而开关S2，耦合到级联的最后一阶段的输出，断开来自可控电荷泵输出的输出。可以改变开关S1和S2的状态从而中间节点可操作的断开与输出的连接同时级联的最后一阶段的输出耦合到输出。

向低通滤波器206提供电荷泵的输出。如同所述还存在可以控制的其它配置。

图10a显示了可控参考产生器。可控电压参考产生器实现模式改变器107的一部分。电压参考产生器耦合到接地点和电源Vdd。电压参考产生器向信号调节器103(包括放大器和/或δΔ调制器)提供输出电压参考值Vr。通过模式检测器提供的控制信号确定电压参考产生器中的电流。通过输入“CP1”和“CP2”提供控制信号。

参考产生器包括两个由控制信号控制的可控电流源CCS1和CCS2以及固定电流源CS3。并行耦合电流源以提供确定的输出电流Vr。

由于电流源流出的电流被与电流源串联的两个二极管D1和D2转换成参考电压Vr，并且由于二极管具有非线性电流-电压特性，尽管电流降低，参考电压基本上保持不变。

图10b显示了可控偏置产生器。可控偏置产生器具有与可控参考产生器相同的结构。

在该方面，通过数字ON/OFF信号独立地控制电流。当使能休息性能模式时，关闭相应的电流源并且较少的电流将注入到数字麦克风的不同块的偏置电路中。在所示的结构中，通过CS3一直打开例如2uA的最小电流，即使在麦克风处于睡眠模式时。

图10c显示了具有电流源阵列的可控偏置产生器。把晶体管T0耦合为在其漏极接收输入参考电流Ib并且在其源极接收电压Vdd。晶体管的栅极向晶体管T1、T2，...T3的阵列1003提供电流。仅仅显示了3个晶体管，但是阵列可以包括任意数量的晶体管。晶体管T1、T2、...T3相互耦合从而提供通过栅极-源极通道的电流。

耦合阵列的晶体管从而把栅极-源极通道的电流提供到各个可控开关S1、S2...S3来控制哪个(或多少)晶体管贡献通过输出提供的电流Ib。因此可以把电流的离散值的可选值提供为输出。

由于在一个或相同半导体管芯上提供的阵列的晶体管，可以提供具有较小公差的电流的离散值。

图11显示了具有可编程模式的换能器。麦克风包括电容麦克风，102，半导体管芯和麦克风壳体。然而，为了简化的目的，没有显示麦克风壳体。集成电路包括提供模拟或数字输出信号的信号调节器103、模式检测器、模式转换器107和模式控制器。

模式检测器108被配置为检测可编程信号的一部分，其中可编程信号携带用于选择模式的信息。如上所述，可选模式可以包括正常操作模式和一个或多个睡眠模式和/或休息性能模式。所示实施例被配置为通过提供模式控制器增强编程，其中在所选模式中，模式控制器可以接收可编程信号的另一部分以提供更详细的可编程参数值或指示。

在所示的结构中，模式检测器108接收输出信号，例如时钟信号或功率信号并重新获得与输入信号复用的可编程信号。可编程信号适于使模式检测器108检测至少两个模式之一。响应检测的模式，模式检测器108向模式控制器提供指示所检测模式的控制信号。

模式控制器具有至少两个相应模式：正常操作模式，其中来自信号调节器103的信号被传递到端子Tio/ic的输出；以及可编程模式，其中模式控制器通过端子Tio/ic从外部电路接收可编程信号的其它部分同时从信号调节器103到模式控制器的输出是三态的。在可编程模式中，外部电路可以向模式控制器提供其它可编程信号从而提供参数值或可编程指示。当模式控制器处于可编程模式时，其接收可编程信号并且登记该可编程信号的值用于当离开可编程模式时在正常操作模式依照这些值操作信号调节器103。在正常操作模式通过模式转换器107依照这些值操作信号调节器103。

因此，外部电路可以选择麦克风的可编程模式和电源参数值或程序指示从而当信号调节器103操作在正常操作模式时编程信号调节器103的性能。可以通过外部电路选择正常操作模式或者当在其它可编程信号提供给给定可编程序列后终止可编程模式时可以进入正常操作模式。因此，可以获得相对较先进的可编程结构，尽管有限的管芯区域消耗、功率消耗、管芯端子的数量给出的限制以及可用管芯技术给出的限制。

图12显示了简化的模式控制器、数字麦克风包括电容麦克风102、放大器、δΔ调制器和模式控制器。δΔ调制器对电容麦克风提供的麦克风信号执行模拟到数字转换从而提供数字脉冲-强度调制的PDM信号。通过端子Tio/ic提供数字信号。电压调整器被配置为向放大器提供电源。

此外，数字麦克风包括模式检测器108，耦合为通过端子Tclk/ic接收时钟信号并且接收与时钟信号复用的可编程信号时间或频率。响应可编程信号，模式检测器108能够控制模式控制器。模式控制器可以被控制为处于至少两个模式之一。在第一模式，模式控制器把来自δΔ调制器的数字信号提供到端子Tio/ic。在第二模式，模式控制器三态来自δΔ调制器的信号并且耦合为通过端子Tio/ic接收可编程信号。响应模式控制器接收的可编程信号，放大器和δΔ调制器可以如上和如下所述被模式转换器107控制。此外，其它电路可以被向电容麦克风提供OTP高电压或偏置电压的电压泵浦控制。

下面描述提供与集成电路通信的优选实施例，通信依照表示为DigMicCom的通信协议并且可以把外部电路的可编程信号传送到集成电路。

DigMicCom是与模拟或数字麦克风通信的简单方式，其中该麦克风具有支持时钟和数字信号的至少两个I/O针/垫。DigMicCom的目的是对数字/模拟麦克风进行简单编程，即使当IC(ASIC)被安装在麦克风壳体内时。

DigMicCom是具有能够使测试设备或头戴式耳机或另一外部电路的特定协议即使在正常模式模式与麦克风进行通信的的特定协议的简单数字输入/输出接口。应当注意在麦克风的程序序列期间，禁止正常音频数据并且相反的DigMicCom协议运行在DATA/CLOCK针，该程序序列将通常持续100微秒。从用户的角度来看，麦克风并不提供麦克风信号的短时间间隔很难注意到。

在这种方式中，麦克风可以被特定灵敏设定、SNR率(或性能)、电流消耗编程并且甚至可以被编程为例如在测试情况下在DATA焊盘上输出ASIC的内部模拟节点。此外，在麦克风的制造期间可以使用DigMicCom控制麦克风的默认设定(例如增益/灵敏度)，这些默认设定可以是一次性可编程OTP。

为了支持DigMicCom协议，最好具有集成在ASIC上的TSTMSEQ块、睡眠模式检测器108块和电源复位块，其中ASIC安装在麦克风壳体上。TSTMSEQ是控制麦克风中DigMicCom协议/开关的数字块并且睡眠模式检测器108具有用于控制睡眠模式的至少一个数字输出，即，当时钟小于100kHZ时的信号。下面通过呈现在数字麦克风中的附加块在下图中描述这3个块。

在简单结构中，模式检测器108具有2个模式：正常模式和睡眠模式。从睡眠模式到正常的转换产生了一个事件，引起麦克风在有限持续时间进入可编程模式，其中麦克风可以接收可编程信号。由于可以通过与输出信号相同的端子传送可编程信号，麦克风并不能在可编程模式失效前向外部电路提供麦克风信号。

模式控制器包括三态缓冲器，其从信号调节器103接收麦克风信号并且当三态缓冲器的输出并不是三态时在端子Tio/ic提供麦克风信号。当三态缓冲器的输出是三态时，电路块TSTMSEQ耦合为通过端子Tio/ic从外部电路接收可编程信号。因此，麦克风信号和可编程信号以时间复用的方式共享共同的端子Tio/ic。在下面更详细的描述TSTMSEQ块。

当实现DigMicCom协议时，模式控制器的中央部分被指定为TSTMSEQ。TSTMSEQ的目的是在接收站点控制Di102com协议。麦克风一直工作为受控装置并且将从主控设备接收命令，其中主控设备可以是，例如移动头戴式耳机或某些类型特设设备的CPU、DSP或外部电路的音频编解码器。此外，TSTMSEQ具有多个控制输出信号SW1、SW2、...SWn，其中通过在DigMicCom协议控制下发送到麦克风的Nprog比特序列编程该控制输出信号。

Di102com受控设备的例子

下面详细解释了设计Di102com受控设备的例子。在该例子中Di102com受控设备用于控制标号为从SW1到SW11的11个数字输出。Di102com用于测试麦克风，即，从SW1到SW11的数字输出用于控制ASIC的模拟部分的某些开关，该开关把DATA焊盘连接到ASIC内的某些内部模拟节点。在该例子中，假设ASIC上的不同块控制电源复位电路信号并且电源复位信号可以用于TSTMSEQ电路。还可以假设睡眠模式检测器108实现在ASIC上并且睡眠模式检测信号可以用于TSTMSEQ。TSTMSEQ电子接口块是下图中的缩略图。

原则上，这些控制信号是寄存器-通常是D-双稳态多谐振荡器或D闭锁的输出。这些寄存器将被设定为在供电时的默认值，标准的，在复位后这些默认值设置在较低值。

TSTMSEQ块的电子接口

端子功能	端子名称	信号方向	注释
				电源	DVDD	电源
地	GND	电源
				电源复位	RN	In	Async。在低复位激活
睡眠模式指示器	SM	In	来自睡眠模式电路，高激活
				I/O指示器	Dread	OUT	DATA三态缓冲器PAD的控制，高激活
时钟信号	CLK	IN	来自CLK焊盘
				开关控制	Sw11-Sw1	OUT	激活低数字输出
输入数据	DATA	IN	来自DATA焊盘的输入

RN：必须在TSTMSEQ的电源稳定并且TSTMSEQ起作用后向TSTMSEQ提供复位pin。信号必须在至少一个时钟周期是激活的。可以在信号时间图中发现其它PIN信号的激活时间。RN与CLK异步。

SM：

该输入pin指示电路何时处于睡眠模式。“1”表示电路处于睡眠模式并且这通常发生在从电路中移除时钟之后。当时钟再次被打开后，由于TSTMSEQ在负时钟边沿采样SM pin，SM pin在至少一个时钟周期保持较高是非常重要的，这表示电路已经在睡眠模式并且刚刚醒来。当应当再次进入“0”状态时，对于SM pin没有要求，但是这需要发生在下一SW程序周期开始之前。

Dread

Dread pin的目的是指示TSTMSEQ何时试图从DATA pin上读取数据。即，该输出pin可以用于控制何时电路的DATA PAD应当位于输入模式。“1”表示电路的DATA PAD必须位于“输入模式”，“0”表示允许DATA PAD位于三态或者正常输出模式。ASIC上的DATA PAD必须能够在半个时钟时钟周期以内从高-Z或输出模式转换到输入模式。

CLK：

必须向TSTMSEQ提供时钟信号，优选的直接从ASIC的CLK PAD获得该时钟信号。位于TSTMSEQ内的所有的异步双稳态多谐振荡器必须在负时钟边沿改变其状态。

Sw1-Sw11：

总共11个开关可以连接到TSTMSEQ。这些输出pin是低激活的，“0”表示相应的开关应当被打开。在整个程序周期完成后，每个Sw的输出应当被改变为其激活状态，这意味着只要DATA PAD位于其输入模式，该连接从不被打开。

DATA：

DATA pin必须被连接到DATA PAD并且依照线程pin控制。不要把DATAPAD和DATA pin弄混，DATA pin放置在TSTMSEQ块和ASIC的DATA PADI/O上。

3.2时间图

在该图中，描述了典型事件。这些事件打开TSTMSEQ中的测试模式选项并且使用下述设置编程11个开关控制(SW1-SW11)：

SW1：1(开关关闭)

SW2：0(开关打开)

SW3：1(开关关闭)

SW4：1(开关关闭)

SW5：0(开关打开)

SW6：0(开关打开)

SW7：1(开关关闭)

SW8：0(开关打开)

SW9：1(开关打开)

SW10：1(开关关闭)

SW11：1(开关关闭)

DifMicCom协议

为了开启程序序列，DigMicCom使用特定前导检测方案。该前导方案是用于进入或开始麦克风的编程序列的惟一字。问题是在正常操作期间，不允许进入该编程模式。DigMicCom使用包括具有比时钟频率高的频率的npulse的前导。

通过在特定数量的时钟周期(Nclk)在DATA PAD上应用多个脉冲(npulse)并假设Npulse＞Nclk，由于音频数据比特一直与时钟信号同步的移位，可以从正常音频数据比特中区分前导。在某些应用中，两个数字麦克风放置在相同的DATA线上，即，左和右麦克风信道分别在时钟的上升和下降沿移位DATA输出比特，每个麦克风分别在低和高时钟周期把DATA pad保持在高阻状态。在下图中示出了nokia格式的时间图，其中虚线的DATA1(左)/DATA2(右)表示相应的麦克风DATA焊盘位于高阻三态模式。在这种应用中，为了不进入错误的程序比特序列必须具有与DATA线上的正常音频比特不同的惟一字。

换言之，DigMicCom前导检测方案包括在nclk时钟周期(例如18个时钟周期)的时间帧中异步查找Npulse(例如28个脉冲)，如果准确的Npulse被检测则检测正确的前导。

TSTMSEQ可以在Nclk时间帧中一直查找Npulse，即在最后的Nclk周期记录脉冲数，在每个新的时钟周期更新该计数。但是这种方式比较麻烦并且消耗功率，相反的，DigMicCom仅仅在供电或者麦克风存在睡眠模式时查找前导。在这种方式中，供电复位块和睡眠模式检测块为TSTMSEQ块提供重要信息。

结合下面的状态图详细描述DigMicCom协议。

图14显示了通信协议的状态图。在供电后，TSTMSEQ开始使用默认值设定SW1，SW2，...，SWn控制比特，在供电后，麦克风(受控设备)进入前导检测模式，在该模式，DATA PAD被设定为高阻三态模式并且在第一Nclk周期，麦克风TSTMSEQ计数DATA线上的脉冲数。麦克风的下一模式取决于是否具有前导检测，即模式2)或无检测模式3)。上图中的虚线表示可以忽略该前导或供电，在这种情况下，TSTMSEQ直接移动到模式2)。在这种模式下，麦克风工作在向DATA pad发送音频数据的正常操作模式。在这种模式下，SW1，SW2，...SWn控制寄存器比特并不从供电或者最后的编程序列改变。当主控设备降低或关闭时钟时，麦克风进入睡眠模式，该睡眠模式通过TSTMSEG/睡眠模式检测器108检测并且TSTMSEQ移动到模式5)。如果在供电中没有前导检测则直接进入模式4)。在这种模式下，麦克风不能被编程并且其使用SW1，SW2，...SWn控制比特的设定上的默认功率。在这种模式中，在提供CLK之后的第一Nclk时钟周期，前导检测方案是激活的，如果前导被检测则进入模式6)，否则返回模式2)。在这种模式中，主控设备发送其编程比特，该编程比特设定SW1，SW2，...SWn控制比特。在睡眠模式结束之后的第Nclk时钟周期的第一转换之后，受控设备开始读取这些比特(这是限定的时间标签)。TSTMSEQ然后改变到模式7)。在这种模式下，TSTMSEQ可以发送回确认信号以指示编程比特在DATA线上被正确接收和/或仅仅简单的激活接收的编程比特，从这里返回到模式2)并且重新开始。

在相同DATA线上的DigMicCom协议和两个Mics

当两个麦克风连接到使用相同时钟的相同DATA线时，DigMicCom协议也支持。在这种结构中，正常的DATA音频比特如上所述在时钟的每半个周期发送到DATA线上。

使用上述协议意味着两个麦克风(左和右)将从主控设备接收相同的命令。这里，由于这将引起DATA线上的BUS冲突，则并不建议麦克风发送确认信号。因此，上述协议在这种情况下是可接受的。

如果不同的命令需要被发送到左和右麦克风，则为了选择左或者右麦克风需要在编程比特序列中增加专用比特(或多个)，编程序列中的该比特字段称为L/Rsel。

当命令将发送到左麦克风时，则上述部分所述的主控设备通过关闭时钟把两个麦克风放置在睡眠模式并且然后再次提供时钟，发送前导并且然后L/Rsel比特字段指示该程序序列的程序序列仅仅被存储在左麦克风。左麦克风可以选择的发送回某些类型的确认。在确认时间帧中，右麦克风DATA焊盘必须是三态的。

建议把L/Rsel比特字段作为第一比特放置在程序序列中，在这种方式中可以节省某些逻辑。

图15显示了依照协议的信号的时间图。RN pin在2毫秒之后被丢弃，并且CLK信号保持为gnd。在供电后，通过设计保证在最大时间：TmaxRN之后丢弃RN pin是重要的。这是由于CLK/DATA信号由外部测试设备(或评价板)控制并且该设备必须等待直到在应用CLK/DATA前RN被丢弃。

当t＞TmaxRN时，CLK和24个脉冲(前导)被应用到DATA，这里，输出pin DREAD指示期望读取数据的TSTMSEQ和DREAD应当用于控制A300管芯的DATAPAD。

在16CLK周期后，内部TST被设定，这发生在t＝8.8毫秒并且指示允许TSTMSEQ在下一睡眠模式周期接收SW数据比特。

然后移除CLK(或者连接到GND)并且在一段时间后(TSMDon)，睡眠模式检测电路通过设定高SM比特值指示电路处于睡眠模式(在t＝10毫秒)。通过设计给出参数TSMDon并且其是获得的最大时间，CLK被移除直到睡眠模式检测电路设定SM为高比特。

在t＝12.6毫秒，为了叫醒电路再次提供CLK。这里，直到在其叫醒之前的至少一个时钟周期SM保持为高是重要的，这必须通过设计保证。这是由于在负CLK边沿采样SM比特的事实。

在下一18CLK周期，必须提供前导，即，在DATA pin的24脉冲。

在t＝13.6毫秒，电路指示电路处于睡眠模式。当发生时对于TSTMSEQ并不重要但是在开始下一睡眠模式之前SM必须变高。

在t＝19.6毫秒(在DREAD pin的小故障)，18CLK已经过去并且前导被正确检测。这触发TSTMSEQ进入读取DATA模式并且在下一11CLK周期，其将把SW比特计入SwitchCtr块的延时线。再次，DREAD指示TSTMSEQ希望从电路的DATA PAD读取DATA。

在t＝24.0毫秒，11个SW比特被计入SW1到SW11的延时线，依照DATApin上的之前的11比特打开或关闭SW1到SW11 pin。注意观察绘制某些SW pin的下图。

图16显示了详细模式的控制器。TSTMSEQ包括将在下面解释的6个块。

异步计数器，1603：

异步计数器计数DATA输入上的事件数量。每次在DATA输入上发生上升沿的时候增加计数器。这意味着并不允许从测试设备(即，A300EV)到麦克风的数据写入的反映并且应当抑制这些并且某些类型的施密特触发设备必须被提供在DATA PAD端子上。

当计数器的值是24(十进制)时，输出比特“Abit”被设定为1，否则被设定为“0”。

计数器具有门输入时钟并且当到达31(十进制)时，停止计数。

此外，每次功率被提供到A300电路时，计数器(必须)通过RN pm被复位。当A300电路从睡眠模式醒来时，也通过“sm-rst”节点复位计数器。

Scount，1602：

异步计数器计数时钟数量，在CLK负边沿转换时更新计数值。

当计数值等于15时“sbit”等于1，否则等于“0”。“sbit”用于设定“TSTm”比特/节点，如果前导/开始序列被正确接收。当所有的11开关设定被计入双稳态多谐振荡器延时线(SW1大批SW11 pin的设定)时“seod”等于1。

此外，每次电源被提供到A300电路时，(必须)通过RN pin复位计数器。当A300电路从睡眠模式醒来时，通过“sm-rst”节点复位计数器。

睡眠模式脉冲，1601：

睡眠模式脉冲块产生“sm-rst”信号。SMpulse的输入信号是SM pin，其再次指示电路是否处于睡眠模式。当SM输入pin是“1”时，电路被认为处于睡眠模式。

SMpulse块，在CLK的下降沿采样SM输入并且如果SM pin已经改变了状态，则其产生一个时钟宽的复位信号(sm-rst)。

为了使SMpulse块正确的起作用，SM pin在时钟打开后在至少一个时钟周期保持信号是重要的。

模式移位器，1604：

模式移位器是TSTMSEQ块的中心/头脑，其通过设定块的输出信号使用来自计数器和SMpulse复位产生器的输入信号控制TSTMSEQ块的状态，将在下面进行解释。

“Rop”是短的“read onpower up”并且在丢弃RN信号后的16个时钟周期该信号等于“1”。在该时间段，前导/开始序列必须被提供从而允许电路进入测试模式。如果在供电后检测前导，TSTMSEQ把“TSTm”设定为“1”，并且这指示在从睡眠模式醒来后允许电路进入测试模式。

当检测到前导并且在供电复位已经丢弃RN pin后经过了16个时钟，，则“TSTm”信号等于“1”。如果该信号不等于“1”，则电路不可能进入测试模式并且所有的SW1到SW11 pin将保持为非激活(等于“1”)。

“row”是短的“read on waking on”，为了叫醒电路，则在CLK被提供到电路后的16+2个时钟周期内，该信号等于“1”。边效应是信号在“read on powerup”状态也是高的(由“Rop”信号指示)，这并不是错误。在该时间段，必须向DATA PAD提供前导从而TSTMSEQ接收控制开关比特。如果前导正确，当前11个控制比特被接收，则在第18个负CLK转换后读取控制开关。

如果在睡眠叫醒后接收前导则“DataAck”信号被设定为“1”。DataAck保持较高直到下一睡眠模式周期。当DataAck是“1”时，TSTMSEQ希望在下一11时钟周期接收11开关控制。如果并不接收前导，则其保持为低(“0”)。

当读取最后的数据开关比特，即，当11个时钟周期已经过去时，“eod”信号被设定为“1”，如果前导没有被接收，则“eod”信号保持为低(“0”)。

因此，DigMicCom协议可以被下述步骤概括：

主控设备(作为与麦克风通信的外部电路)

0.当供电时发送前导(可选)

1.移除时钟

2.打开时钟(1+2＝进入收听模式)

3.发送DATA的前导(仅仅如果DATA上没有静默-2mics)

4.发送编程指令

5.等待确认(可选)

受控设备(麦克风)

0.供电后侦听前导

1.侦听丢失时钟

2.侦听重新建立的时钟

3.侦听前导

4.侦听程序指令

5.发送确认(可选)

图17显示了配置为重新获得与时钟信号频率复用的编程信号的模式检测器。从外部电路(没有显示)输入时钟信号和编程信号。

模式检测器108耦合为通过集成电路的端子Tclk/ic接收时钟信号。向时钟恢复电路提供时钟信号，时钟恢复电路被配置为在时钟信号被编程信号影响的时间间隔恢复时钟信号。时钟恢复电路1701可以以本领域计数人员公知的不同方式实现，例如通过锁相环(PLL)。可以依照Sony/Philips数字接口(SPDIF)形式发送编程信号，该格式规定了通过时钟信号传输数字信号的通信协议。该规范用于音频信号，但是这里SPDIF用作发送编程信号或者其部分的典型原理。

时钟恢复电路输出提供到信号调节器103和/或集成电路的其它部分的恢复的时钟信号。该恢复的时钟信号还输出到数据恢复电路1702，其恢复与时钟信号一起发送的数字信号(编程信号)。

恢复的数字信号存储在易失性存储器1703中，易失性存储器1703的程序比特被读出到模式转换器107或者集成电路的其它部件。因此，程序比特被输入到模式转换器107。

所示的结构尤其适于麦克风的动态编程。

可以通过把易失性存储器替换为非易失性存储器并把非易失性存储器耦合到高电压OTP信号实现用于OTP或静态编程的结构并且该结构把非易失性存储器耦合到高电压OTP信号，可以通过外部电路或者通过电压泵浦在管芯上提供OTP信号。

在优选实施例中，通过一次编程OTP编程麦克风。可以以不同方式实现OTP，但是使用“聚乙烯保险丝”或者“齐纳击穿”的实施例是提供OTP的实施例的例子。OTP是过去已知的编程方法，能够较好的调整参考电压和频率或者其它参数，例如，确定麦克风是配置为在立体麦克风结构中作为“左麦克风”或“右麦克风”的参数。有多种方式，例如整理计数金属保险丝，聚乙烯保险丝，齐纳击穿，EPROM和E2PROM等。

在一个实施例中，在耦合到OTP模式转换器107的分离的pin上提供OTP信号。OTP模式转换器107具有与模式模式转换器107相似的结构，不同之处是动态控制的开关，其被配置有非易失性存储器，例如以齐纳击穿二极管或者由OTP编程信号静态的烧制或非烧制的保险丝的形式。二极管或保保险丝可以放置在PROM阵列内，PROM阵列耦合到地址电路，该地址电路在编程期间写出单个二极管或保险丝的地址。

在另一实施例中，所示的模式检测器108或模式控制器被配置为写出非易失性存储器的地址并且高电压编程信号通过单独的端子提供。可选择的，通过电压泵浦在集成电路上提供高电压信号，并且通过控制到电压泵浦的输入信号或者电压泵浦控制该高电压信号。因此，单独的OTP端子可以避免。而且，可替代的，通过电源端子提供高电压信号同时IC的非OTP块从电源端子中解耦合从而保护这些块不受高压。

在优选实施例中，麦克风或其集成电路通过方法制作：

-测量麦克风的性能值，例如增益/灵敏度；比较测量的性能值与理想值或值的理想范围；以及

-提供编程麦克风或集成电路的编程信号以获得接近理想值或者位于理想范围或接近理想值的性能。

因此，可以补偿不同麦克风或集成电路之间的差异(来自制作过程的完全控制)。

图18显示了OTP系统的半导体管芯。显示了实现在麦克风中具有数字以及模拟输出的OTP系统的例子。所示的OTP系统具有4个输出，SW1，SW2，SW3和SWn(在该例子中n＝4)。这4个输出可以用于控制麦克风中的增益设定。“控制逻辑”控制1802：“齐纳击穿二极管的链”1803子系统中的齐纳击穿二极管的烧制/击穿，在对系统供电之后读取齐纳击穿二极管状态并且可选择的在二极管已经被击穿后向输出焊盘1805发送验证/确认或编程的/击穿的比特。

通过在编程焊盘上提供高压脉冲执行“齐纳击穿二极管链”1803的编程/击穿，该信号必须与clk/crt信号同步从而击穿正确的二极管。编程焊盘(Prog pad)中的电流可以相当高，几十毫安。因此，确保管芯上好的以及结实的gnd连接是重要的。控制逻辑上的rst信号通常由在系统的其它地方提供的电源复位信号控制，rst信号确保在供电后SW1到SWn信号反映当前齐纳击穿烧制的二极管。

Prog pad 1801是一个缓冲器的DC编程输入，通常高电流流入该pin或者在编程期间高电压位于该pin。通常，pin致力于高功率编程。

控制逻辑1802控制烧制过程并且读/写齐纳击穿二极管和数据寄存器1804。

Pw1是齐纳击穿二极管的脉冲宽度控制。Ctr是烧制过程的内部控制信号。“数据输出焊盘(Data out pad)”是可选焊盘并且可以用于验证系统的编程。

图19显示了具有OTP系统和数字输出信号的半导体。图20中显示了齐纳击穿系统如何可以集成在具有数字输出的麦克风中的例子。在该例子中，增加了Tprog焊盘，该tprog焊盘用于把击穿信号应用到“齐纳击穿系统中”。为了验证并编程齐纳击穿状态，通过DigiMicCom把编程编码发送到麦克风，注意还存在其它可能。模式转换器107/检测器控制齐纳击穿二极管的实际编程并且DigiMicCom向外部部件(主控设备)发送返回和确认比特从而指示成功的击穿。

尤其在麦克风的制作期间，为了降低麦克风灵敏度的变化具有集成的OTP系统是可行的。在麦克风的测试期间，默认灵敏度被测量并且可以计算目标灵敏度的差异。然后通过OTP选项补偿该差异。

通常，侦听信号，前导信号和编程字信号被表示为编程信号。

一般的，应当注意编程信号可以作为与到达或来自集成电路的时钟信号、供电信号、模拟输出信号、数字输出信号或者另一信号输入或输出一起的时间或频率复用信号发送。此外，通过分离的终端可以把编程信号可以提供为单个信号。

此外，应当注意编程信号的部分可以通过相同端子发射或者其它部分可以通过不同端子发送。例如，可以通过时钟信号端子(Tclk/ic)发送选择编程模式的编程信号的一部分(侦听信号)，其中包括前导和编程字(或参数值或编程指令)的部分可以通过提供麦克风信号的端子发送。

尽管，详细实施例的说明基于δΔ调制器，应当注意可以使用其它类型的模拟到数字转换器。

通常，封装或壳体包括减震器[、声学隔离器、保护盖子和除了基本换能器以外的电子电路。

壳体是用于封装、弹药筒和包裹的普通设计。当传统机械换能器表示电介体麦克风时，通常使用该设计“封装”或“弹药筒”。当，表示微型机电系统(MEMS)时，通常使用该设计“包裹”。然而，除此之外，还有非常好的设计。

电容性换能器可以是麦克风(用于把声音信号转换为电子信号)或者压电元件(用于把元件上的物理压力转化为电信号，即，加速计)或者其它。

半导体管芯还可以表示为集成电路芯片。信号调节器执行包括模拟和/或数字信号调节的任何类型的信号调节。

Claims

1.一种具有集成电子电路的半导体管芯，被配置以安装在具有电容性换能器的壳体内，所述集成电子电路包括：

第一电路，被配置为在输入节点接收来自所述换能器的输入信号并且在所述半导体管芯的焊盘上提供输出信号；其中所述集成电子电路包括具有耦合到所述半导体管芯的焊盘的控制输入的有源器件，以可操作地接合或断开与所述第一电路互连的第二电路，从而以所述控制输入选择的模式操作所述集成电子电路，

其特征在于，所述第二电路与所述第一电路互连，从而所述第二电路与所述输入节点分离。

2.如权利要求1所述的半导体管芯，其中：

-所述输入节点至少通过包括所述第一电路和所述第二电路的信号调节电路耦合到输出；

-所述信号调节电路包括具有第一参数的第一单元和具有第二参数的第二单元，第二参数可通过所述第二电路和所述有源器件控制；

-第一和第二单元的所述参数结合起来可操作地确定所述信号调节电路的属性；并且其中

-所述两个单元都嵌入在所述半导体管芯上。

3.如权利要求1或2所述的半导体管芯，其中：

-所述输入节点连接到提供所述输出信号的包括所述第一电路和所述第二电路的信号调节电路的输入；

-所述第二电路被耦合以可操作地响应所述控制输入上的信号而改变所述信号调节电路的配置；并且

-所述信号调节电路仅通过增益级可操作地耦合到所述输入节点，所述增益级能够将所述输入节点与所述信号调节电路分离。

4.如权利要求1或2所述的半导体管芯，其中：

-所述集成电子电路包括具有第一和第二输入端子的差分增益级，其中所述第一输入端子耦合到所述输入节点以便接收来自所述换能器的信号，并且其中所述第二输入端子耦合到所述第二电路以便接收由所述有源器件控制的信号；并且

-来自所述换能器的信号和由所述有源器件控制的信号被分别耦合到所述第一输入和所述第二输入中相应的一个。

5.如权利要求4所述的半导体管芯，其中

-所述差分增益级通过反馈电路而耦合到输出级以便提供反馈信号，所述输出级耦合到所述半导体管芯的焊盘；并且

-所述第二电路被耦合以响应所述由所述有源器件控制的信号而可操作地改变所述反馈电路。

6.如权利要求1或2所述的半导体管芯，其中

-所述第二电路被配置并且与所述第一电路互连，以便当所述第二电路被从所述第一电路断开时选择从所述第一电路的输入到输出的第一信号传输函数，并且当所述第二电路被与所述第一电路接合时选择与所述第一信号传输函数不同的第二信号传输函数。

7.如权利要求5所述的半导体管芯，其中所述集成电子电路被配置有差分输出级以便在阻带提供共模差分输出信号而在通带提供差模差分输出信号。

8.如权利要求1或2所述的半导体管芯，其中：

-所述输入节点耦合到滤波器的输出端以便从所述第一电路的电荷泵电路接收已被滤波的信号；并且

-所述第二电路在所述电荷泵电路的电路节点与所述第一电路互连。

9.如权利要求8所述的半导体管芯，包括具有电荷泵级的级联结构的电荷泵，其中所述第二电路包括所述级联结构的一部分以接合或断开所述部分以便控制来自所述电荷泵的输出电压。

10.如权利要求9所述的半导体管芯，其中

-由耦合到接地点和电源的参考电路提供所述级联结构的输入；并且

-参考电路实现模式转换器的一部分。

11.如权利要求1或2所述的半导体管芯，其中

-所述第二电路包括第一电流源，所述第一电流源被配置并与包括第二电流源的所述第一电路互连，以便当所述第二电路被断开时提供所述集成电子电路的第一电流消耗，而当所述第二电路被接合时提供与第一电流消耗不同的第二电流消耗。

12.如权利要求1或2所述的半导体管芯，包括：

-被配置为接收编程信号的单元，该编程信号改变所述单元的物理状态以形成非易失性存储器，其中所述单元耦合到所述有源器件的所述控制输入以可操作地选择所述集成电子电路的模式。

13.如权利要求1或2所述的半导体管芯，其中所述有源器件和所述第二电路被配置为分路电路以把所述第一电路的电路节点传递到所述半导体管芯的焊盘上。

14.如权利要求1或2所述的半导体管芯，包括：

-模式控制器，被配置为接收由编程信号承载的编程指令并且向所述有源器件提供控制信号；以及

-模式检测器，被配置为接收模式选择信号并且响应所述模式选择信号而使能或禁止所述模式控制器。

15.如权利要求14所述的半导体管芯，其中

-所述半导体管芯包括用于接收输入到所述半导体管芯的时钟信号的焊盘；以及

-模式检测器，被配置为检测所述时钟信号的频率处于哪个预定频率范围，并且响应所述模式选择信号而接合或断开所述第二电路。

16.如权利要求14所述的半导体管芯，其中

-所述半导体管芯包括一焊盘，在该焊盘处所述集成电子电路被配置为接收操作功率和/或提供所述输出信号并且被配置为接收模式选择信号和/或编程信号。

17.如权利要求14所述的半导体管芯，其中所述半导体管芯包括接收模式选择信号的第一焊盘以及接收编程信号的第二焊盘。

18.如权利要求14所述的半导体管芯，其被配置为：

-检测包括前导的编程信号，该前导的脉冲频率是提供到所述集成电子电路的时钟信号的额定频率的大于1的整数分之一，以及

-响应于检测到编程信号，进入接收并寄存编程指令的模式。

19.如权利要求14所述的半导体管芯，其被配置为检测前导信号作为执行所述检测编程指令的步骤的前提。

20.一种麦克风壳体，包括如权利要求1到19中任何一项所述的半导体管芯。

21.一种移动电话，包括如权利要求1到19中任何一项所述的半导体管芯。

22.一种头戴式耳机，包括如权利要求1到18中任何一项所述的半导体管芯。