CN102695113A - 温度补偿系统和温度补偿方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种温度补偿系统和温度补偿方法。除了其他方面，本申请讨论了用于至少部分地补偿数字麦克风系统中的温度灵敏度的系统和方法，该数字麦克风系统包括例如温度敏感膜，例如，驻极体电容式麦克风(ECM)。一种温度补偿系统，包括：用于数字麦克风系统的温度补偿电路，所述温度补偿电路包括：与温度有关的元件，其被配置为提供相对于与温度无关的电压参考的第一参考；以及分压器，其被配置为提供相对于所述与温度无关的电压参考的第二参考和第三参考，其中，所述温度补偿电路被配置为提供电压参考，所述电压参考被配置为使用所述第三参考和所述第一参考与所述第二参考之差来至少部分地补偿数字麦克风系统的温度灵敏度。

Description

温度补偿系统和温度补偿方法

技术领域

概括的说，本发明涉及麦克风补偿，具体地说，涉及驻极体电容式麦克风(ECM，electret condenser microphone)数字麦克风温度补偿。

背景技术

驻极体是具有准永久电荷或偶极极化的电介质材料。驻极体材料在大自然中相当普遍。例如，石英和其他形式的二氧化硅天然地产生驻极体。然而，很多驻极体是通过以高于电介质的熔化温度对电介质进行加热然后以强电场对熔化的电介质进行冷却来合成制备的。

在某些示例中，驻极体材料可以用作麦克风的膜。驻极体电容式麦克风(ECM)例如通过提供永久性的充电或极化材料，消除了在数字麦克风系统中对极化电源的需要。然而，ECM对温度很敏感。

发明内容

除了其他方面，本申请讨论了用于至少部分地补偿数字麦克风系统中的温度灵敏度的系统和方法，其中，数字麦克风系统包括例如温度敏感膜，例如，驻极体电容式麦克风(ECM)。

在一个示例中，系统可以包括与温度无关的电压参考和温度补偿电路，温度补偿电路包括：与温度有关的元件，其被配置为提供相对于与温度无关的电压参考的第一参考；以及分压器，其被配置为提供相对于与温度无关的电压参考的第二参考和第三参考。在一个示例中，温度补偿电路可以被配置为提供电压参考，电压参考被配置为使用所述第三参考以及所述第一参考与所述第二参考之差来至少部分地补偿数字麦克风系统的温度灵敏度。

在一个示例中，温度补偿方法可以包括：使用与温度有关的元件来提供相对于与温度无关的电压参考的第一参考；使用分压器来提供相对于所述与温度无关的电压参考的第二参考和第三参考；使用温度补偿电路根据所述第三参考以及所述第一参考与所述第二参考之差来提供电压参考；以及使用所述电压参考至少部分地补偿数字麦克风系统的温度灵敏度。

该部分意在概述本专利申请的主题，而非排他性或穷尽性解释本发明，后续的具体实施方式用于提供有关本专利申请的进一步信息。

附图说明

在不必按比例绘制的附图中，相似的数字可以描述不同视图中的相似元件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示相似元件的不同情况。附图通常通过实例的方式而非通过限制的方式阐述本申请中所讨论的各种实施例。

图1大体示出了包括温度补偿电路的示例性数字麦克风系统；

图2大体示出了用于数字麦克风系统的示例性温度补偿电路；

图3大体示出了针对图1的示例中的温度补偿电路，计算机模拟的增益校正(以分贝为单位(dB))与温度(℃)之间的关系的示例。

具体实施方式

除了其他方面，本发明人已经认识到了，被配置为补偿数字麦克风系统中驻极体膜对温度的灵敏度(dBV/Pa)的系统和方法。由于例如不同的制造商或制造工艺，因此驻极体膜可以具有各种温度系数。温度变化可不利地影响数字麦克风系统，这包括造成灵敏度失衡或变化的动态增益。在一个示例中，可以针对温度来调节数字麦克风系统的灵敏度以有效地忽略温度变化，从而允许数字麦克风制造商制造并销售具有零增益或者接近零增益的温度灵敏度的设备。

例如，包括一个或两个以上数字麦克风的数字麦克风系统，除了其他方面，可以用于移动设备应用中的噪声消除。在一个示例中，一个或两个以上数字麦克风中的每一个可受到不同温度的影响，这取决于一个或两个以上数字麦克风在移动设备上的位置，例如，这些数字麦克风与充电电路、传输电路或移动设备的其他产生热量的部分的接近程度。在噪声消除应用中，一个或两个以上数字麦克风的灵敏度变化可大大地影响对所检测的噪声的消除。因此，一个或两个以上温度补偿电路可以用于至少部分地补偿数字麦克风系统中的温度灵敏度。

图1大体示出了示例性数字麦克风系统100，其包括温度补偿电路200、麦克风101、前置放大器102和模数转换器(ADC)103。

在一个示例中，麦克风101可以包括具有温度敏感膜的麦克风，温度敏感膜例如为驻极体膜或其他温度敏感膜。在一个示例中，麦克风101可以包括驻极体电容式麦克风(ECM)或者具有非零温度系数的一个或两个以上其他数字麦克风。

在一个示例中，前置放大器102可以包括音频放大器或一个或两个以上其他放大器，音频放大器或一个或两个以上其他放大器被配置为从麦克风101接收信息(例如，音频输出等)并且向ADC 103提供信息(例如，经放大的音频信号等)。在一个示例中，温度补偿电路200可以被配置为将参考电压(V_REF)提供给ADC 103以至少部分地补偿麦克风101的温度灵敏度，或者提供给数字麦克风系统100的一个或两个以上其他元件，例如，以针对温度来控制数字麦克风系统100的有效增益。在一个示例中，ADC 103可以被配置为向诸如噪声消除电路、音频处理器、基带处理器等一个或两个以上元件提供数字麦克风信号。

在一个示例中，数字麦克风系统100的增益可以表示为：

$G_{\mathrm{system}}\left(\frac{\mathrm{dBFS}}{d{\mathrm{BV}}_{\mathrm{RMS}}}\right)=A_{\mathrm{pre}}\left(\mathrm{dB}\right)-V_{\mathrm{REF}}\left(\mathrm{dBV}\right)$ (等式1)

在某些示例中，前置放大器102的增益(A_pre)可以固定有(fixed with)很小的温度变化。为了提供稳定的V_REF，可以使用电压和温度的组合。

图2大体示出了用于数字麦克风系统的示例性温度补偿电路200。在一个示例中，温度补偿电路200可以包括：与温度无关的电压参考105；与温度有关的元件110，其被配置为提供相对于与温度无关的电压参考105的第一参考(REF₁)；以及分压器，其被配置为提供相对于与温度无关的电压参考105的第二参考和第三参考(分别为REF₂、REF₃)。

在一个示例中，与温度无关的电压参考105可以包括带隙电压(V_BG)或其他电压参考，带隙电压或其他电压参考被配置为提供相对于温度稳定的参考电压(V_BG)。在某些实施例中，与温度无关的电压参考105，除了其他方面，可以包括二极管、电阻或一个或两个以上其他元件。

与温度有关的元件110可以包括二极管或一个或两个以上其他有源或无源的与温度有关的元件，二极管或一个或两个以上其他有源或无源的与温度有关的元件被配置为提供相对于温度变化的电压(V_D)。在一个示例中，二极管可以通过电阻111连接到地面，并且在某些实施例中，二极管和电阻111可以匹配与温度无关的电压参考105的二极管和电阻。

在一个示例中，分压器电路可以包括电阻分压器网络，该电阻分压器网络包括第一电阻115、第二电阻120和第三电阻125，该第一电阻115、第二电阻120和第三电阻125被配置为提供相对于与温度无关的电压参考105的REF₂和REF₃。在其他实施例中，分压器电路可以包括被配置为提供REF₂和REF₃的一个或两个以上其他元件，例如，电容器、电感器等。

在一个示例中，温度补偿电路200可以包括放大器130(例如，各种配置的一个或两个以上放大器)，放大器130被配置为提供电压参考(V_REF)，电压参考(V_REF)被配置为使用REF₃以及REF₁与REF₂之差来至少部分地补偿数字麦克风系统的温度灵敏度。在一个示例中，温度补偿电路105可以包括一个或两个以上模拟或数字电路，模拟或数字电路被配置为根据(1)REF₃以及(2)REF₁与REF₂之差的和来提供V_REF。在一个示例中，放大器130可以被配置为(例如，通过因子G等)放大或衰减REF₁、REF₂或REF₃、REF₁与REF₂之差、或者REF₃以及REF₁与REF₂之差的和中的一个或两个以上。

在一个示例中，在集成电路中，二极管可以在正向电压上呈现出-2mV/℃的改变。因此，在温度补偿电路200中，温度(T₀)(例如，室温，或～27℃)处的REF₁可以表示为：

$V_{{\mathrm{REF}}_1\left(T_0\right)}=V_{\mathrm{BG}\left(T_0\right)}-V_{D\left(T_0\right)}$ (等式2)

示例性的和

的值可以包括：

$V_{\mathrm{BG}\left(T_0\right)}=1.2V$ (等式3)

$V_{D\left(T_0\right)}=0.7V$ (等式4)

因此，

可以表示为：

(等式5)

在一个示例中，与温度有关的元件110的电压可以通过从

中减去

而获得。可以使用来估计的值，并且节点REF₂处的电压可以表示为：

$V_{\mathrm{RE}{F}_2\left(T_0\right)}=V_{\mathrm{BG}\left(T_0\right)}\left(\frac{R_3}{R_1+R_2+R_3}\right)\≅V_{\mathrm{BG}\left(T_0\right)}-V_{D\left(T_0\right)}$ (等式6)

将

和

相减得到具有+2mV/℃的电压。

$V_{\mathrm{RE}{F}_1\left(T\right)}-V_{R{\mathrm{EF}}_2\left(T\right)}=0+0.002(T-T_0)$ (等式7)

在任意选择值G的情况下，可以产生任意的温度系数并且可以将该任意的温度系数与任何期望的V_REF相加。因此，使用本申请中所示的示例，可以选择V_REF的任何值。在某些示例中，V_REF可以小于V_BG(然而，这不是限制)。在一个示例中，由此产生的V_REF可以示出为：

$V_{\mathrm{REF}\left(T\right)}=V_{\mathrm{BG}\left(T\right)}\left(\frac{R_2+R_3}{R_1+R_2+R_3}\right)+G(V_{\mathrm{RE}{F}_1\left(T\right)}-V_{R{\mathrm{EF}}_2\left(T\right)})$ (等式8)

等式中与温度有关的唯一一项是

减去基线项允许温度补偿电路200在低电源的情况下工作，并且能够以最大的灵活性选择V_REF，这是因为二极管110的压降不再是一个问题。

在一个示例中，集成电路可以包括温度补偿电路200。在一个示例中，温度补偿电路200可以包括与温度无关的电压参考105。在其他示例中，与温度无关的电压参考105可以是温度补偿电路200外部的元件。

图3大体示出了针对图2的示例中的温度补偿电路200，计算机模拟的增益校正305(以分贝为单位(dB))与温度(℃)之间的关系的示例。

附加说明

在示例1中，系统包括与温度无关的电压参考和用于数字麦克风系统的温度补偿电路。温度补偿电路包括：与温度有关的元件，其被配置为提供相对于与温度无关的电压参考的第一参考；以及分压器，其被配置为提供相对于与温度无关的电压参考的第二参考和第三参考，该温度补偿电路被配置为提供电压参考，该电压参考被配置为使用第三参考和第一参考与第二参考之差来至少部分地补偿数字麦克风系统的温度灵敏度。

在示例2中，示例1的与温度无关的电压参考可选地包括带隙电压参考，该带隙电压参考可以包括二极管。

在示例3中，示例1至2中一个或两个以上示例的与温度有关的元件可选地包括二极管，其中，与温度有关的元件的二极管可选地与带隙电压参考的二极管匹配。

在示例4中，示例1至3中一个或两个以上示例的与温度有关的元件可选地包括二极管。

在示例5中，示例1至4中一个或两个以上示例的数字麦克风系统可选地包括温度敏感膜。

在示例6中，示例1至5中一个或两个以上示例的数字麦克风系统可选地包括驻极体电容式麦克风(ECM)，所述ECM包括温度敏感膜。

在示例7中，示例1至6中的一个或两个以上可选地包括ECM。

在示例8中，示例1至7中一个或两个以上示例的数字麦克风系统可选地包括具有温度灵敏度的驻极体膜，其中，温度补偿电路被配置为至少部分地补偿驻极体膜的温度灵敏度。

在示例9中，示例1至8中的一个或两个以上可选地包括数字麦克风系统，该数字麦克风系统包括具有温度敏感膜的麦克风、被配置为从麦克风接收信息的前置放大器以及模数转换器(ADC)，该ADC被配置为从前置放大器接收信息并从温度补偿电路接收参考电压。

在示例10中，示例1至9中一个或两个以上示例的分压器可选地包括电阻分压器网络，该电阻分压器网络包括串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，其中，第一电阻、第二电阻和第三电阻具有共同的温度系数。

在示例11中，示例1至10中的一个或两个以上可选地包括放大器，该放大器被配置为接收第一参考、第二参考和第三参考，并使用(1)第三参考以及(2)第一参考与第二参考之差的和来提供电压参考。

在示例12中，方法包括使用与温度有关的元件来提供相对于与温度无关的电压参考的第一参考，使用分压器来提供相对于与温度无关的电压参考的第二参考和第三参考，使用温度补偿电路根据第三参考以及第一参考与第二参考之差来提供电压参考，以及使用电压参考至少部分地补偿数字麦克风系统的温度灵敏度。

在示例13中，示例1至12中的一个或两个以上可选地包括使用带隙电压参考来提供与温度无关的电压参考，带隙电压参考包括二极管。

在示例14中，示例1至13中一个或两个以上示例的与温度有关的元件可选地包括二极管，其中，与温度有关的元件的二极管与带隙电压参考的二极管匹配。

在示例15中，示例1至14中一个或两个以上示例的与温度有关的元件可选地包括二极管。

在示例16中，示例1至15中一个或两个以上示例的数字麦克风系统可选地包括温度敏感膜。

在示例17中，示例1至16中一个或两个以上示例的数字麦克风系统可选地包括驻极体电容式麦克风(ECM)，所述ECM包括温度敏感膜。

在示例18中，示例1至17中一个或两个以上示例的数字麦克风系统可选地包括具有温度灵敏度的驻极体膜，其中，至少部分地补偿温度灵敏度包括至少部分地补偿驻极体膜的温度灵敏度。

在示例19中，示例1至18中一个或两个以上示例的分压器可选地包括电阻分压器网络，电阻分压器网络包括串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，第一电阻、第二电阻和第三电阻具有共同的温度系数。

在示例20中，示例1至19中一个或两个以上示例的提供电压参考可选地包括使用放大器，所述放大器被配置为接收第一参考、第二参考和第三参考，并使用(1)第三参考以及第一参考与第二参考之差的和来提供电压参考。

在示例21中，系统包括具有二极管的带隙电压参考，以及用于数字麦克风系统的温度补偿电路，该数字麦克风系统包括驻极体电容式麦克风(ECM)。温度补偿电路包括：二极管，二极管被配置为提供相对于带隙电压参考的第一参考，其中，带隙电压参考的二极管与温度补偿电路的二极管匹配；以及电阻分压器网络，其包括串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，该电阻分压器网络被配置为提供相对于带隙电压参考的第二参考和第三参考。温度补偿电路被配置为提供电压参考，该电压参考被配置为使用(1)第三参考以及(2)第一参考与第二参考之差的和来至少部分地补偿数字麦克风系统的温度灵敏度。

在示例22中，系统或装置可以包括示例1至21中的任意一个或两个以上示例的任意部分或任意部分的组合，或者可以可选地与示例1至21中的任意一个或两个以上示例的任意部分或任意部分的组合相结合，以包括：用于执行示例1至21中的任意一个或两个以上功能的装置，或机器可读介质，其中，机器可读介质具有当由机器执行时使得机器执行示例1至21中的任意一个或两个以上功能的指令。

上述详细说明参照了附图，附图也是所述详细说明的一部分。附图通过举例说明的方式示出了可以实施本发明的具体实施例。在本申请中，这些实施例也可以称作“示例”。这些示例还可以包括除了所示出或所描述的那些要素以外的要素。然而，本发明人还设想了在其中仅提供了所示出或所描述的那些要素的示例。此外，本发明人还参照特定的示例(或者其一个或两个以上的方面)或者参照本申请所示出或所描述的其他示例(或者其一个或两个以上的方面)设想了使用所示出或所描述的那些要素(或者其一个或两个以上的方面)的任意组合或排列的示例。

本申请所涉及的所有出版物、专利及专利文件全部作为本发明的参考内容，尽管它们是分别加以参考的。如果本申请与参考文件之间存在用途差异，则将参考文件的用途视作本申请的用途的补充，若两者之间存在不可调和的差异，则以本申请的用途为准。

在本申请中，与专利文件通常使用的一样，术语“一”或“某一”表示包括一个或两个以上，但其他情况或在使用“至少一个”或“一个或多个”时应除外。在本申请中，除非另外指明，否则使用术语“或”指无排他性的或者，使得“A或B”包括：“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”。在本申请中，术语“包含”和“在其中”等同于各个术语“包括”和“其中”的通俗英语。同样，在所附的权利要求中，术语“包含”和“包括”是开放性的，即，系统、装置、物品或步骤包括除了权利要求中这种术语之后所列出的那些元件以外的部件的，依然视为落在该项权利要求的范围之内。而且，在所附的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标签，并非对对象有数量要求。

本申请所描述的方法示例可以是至少部分实现的机器或计算机。一些示例可以包括使用指令编码的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作以将电子设备配置为执行上面的示例中描述的方法。这些方法的执行可以包括代码，例如，微代码、汇编语言代码、高级语言代码等等。此类代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。该代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外，在一个示例中，代码可以例如在执行期间或者其他时候有形地存储在一个或两个以上易失性的、非暂时性的或者非易失性的有形的计算机可读介质上。这些有形的计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如，光盘(CD)和数字视频光盘(DVD))、磁带、存储卡或棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等等。

上面的描述旨在解说而非限制。例如，上面描述的示例(或者其一个或两个以上的方面)可以相互结合使用。例如，本领域普通技术人员通过回顾上面的描述可以使用其他实施例。摘要被提供以符合37C.F.R.§1.72(b)，从而允许阅读者快速地确定技术公开的性质。应当理解的是，该摘要将不用于解释或限制权利要求的范围或意义。此外，在上面的具体实施方式中，各种特征可以组合在一起以精简本公开。这不应理解成未要求的公开特征对任何权利要求来说是必不可少的。相反，创造性的主题可以依赖于比特定公开的实施例的所有特征更少的特征。因而，所附的权利要求以此方式并入具体实施方式中：其中每一个权利要求作为单独的实施例，并且设想可以以各种组合或排列将这些实施例相互结合。本发明的范围应当参照所附的权利要求以及与拥有这些权利要求的等同物的整个范围来确定。

Claims (11)

1.一种温度补偿系统，包括：

用于数字麦克风系统的温度补偿电路，所述温度补偿电路包括：

与温度有关的元件，其被配置为提供相对于与温度无关的电压参考的第一参考；以及

分压器，其被配置为提供相对于所述与温度无关的电压参考的第二参考和第三参考，

其中，所述温度补偿电路被配置为提供电压参考，所述电压参考被配置为使用所述第三参考和所述第一参考与所述第二参考之差来至少部分地补偿数字麦克风系统的温度灵敏度。

2.根据权利要求1所述的温度补偿系统，包括：

与温度无关的电压参考，其中，所述与温度无关的电压参考包括带隙电压参考，

其中，所述带隙电压参考包括二极管，

其中，所述与温度有关的元件包括二极管，以及

其中，所述与温度有关的元件的所述二极管与所述带隙电压参考的所述二极管匹配。

3.根据权利要求1所述的温度补偿系统，包括：

所述数字麦克风系统，所述数字麦克风系统包括：

麦克风，其包括温度敏感膜；

前置放大器，其被配置为从所述麦克风接收信息；以及

模数转换器，其被配置为从所述前置放大器接收信息并从所述温度补偿电路接收所述参考电压，

其中，所述温度补偿电路被配置为至少部分地补偿所述温度敏感膜的所述温度灵敏度。

4.根据权利要求1所述的温度补偿系统，包括：

放大器，其被配置为接收所述第一参考、所述第二参考和所述第三参考，并使用以下各项之和来提供所述电压参考：

(1)所述第三参考；以及

(2)所述第一参考与所述第二参考之差。

5.一种温度补偿方法，包括：

使用与温度有关的元件来提供相对于与温度无关的电压参考的第一参考；

使用分压器来提供相对于所述与温度无关的电压参考的第二参考和第三参考；

使用温度补偿电路根据所述第三参考以及所述第一参考与所述第二参考之差来提供电压参考；以及

使用所述电压参考至少部分地补偿数字麦克风系统的温度灵敏度。

6.根据权利要求5所述的温度补偿方法，包括：

使用带隙电压参考来提供所述与温度无关的电压参考，所述带隙电压参考包括二极管，

其中，所述与温度有关的元件包括二极管，以及

其中，所述与温度有关的元件的所述二极管与所述带隙电压参考的所述二极管匹配。

7.根据权利要求1所述的温度补偿系统或者根据权利要求5所述的温度补偿方法，其中，所述与温度有关的元件包括二极管。

8.根据权利要求1所述的温度补偿系统或者根据权利要求5所述的温度补偿方法，其中，所述数字麦克风系统包括驻极体电容式麦克风，所述驻极体电容式麦克风包括温度敏感膜。

9.根据权利要求5所述的温度补偿方法，其中，所述数字麦克风系统包括具有温度灵敏度的驻极体膜，并且其中，所述至少部分地补偿所述温度灵敏度包括至少部分地补偿所述驻极体膜的所述温度灵敏度。

10.根据权利要求1所述的温度补偿系统或者根据权利要求5所述的温度补偿方法，其中，所述分压器包括电阻分压器网络，所述电阻分压器网络包括串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，其中，所述第一电阻、第二电阻和第三电阻具有共同的温度系数。

11.根据权利要求5所述的温度补偿方法，其中，所述提供所述电压参考包括使用放大器接收所述第一参考、所述第二参考和所述第三参考并使用以下各项之和来提供所述电压参考：

(1)所述第三参考，以及

(2)所述第一参考与所述第二参考之差。

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