CN103686578A

CN103686578A - 具有可编程频率响应的扩音器

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Publication number: CN103686578A
Application number: CN201310416793.0A
Authority: CN
Inventors: O·M·约瑟夫森
Original assignee: InvenSense Inc
Current assignee: Analog Devices Inc; InvenSense Inc
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-09-13
Also published as: US20140086433A1; US9148729B2; CN103686578B; US9602924B2; US20160037257A1

Abstract

本发明涉及具有可编程频率响应的扩音器。方法和设备自动地抵消或衰减来自电容器扩音器的不期望信号(诸如来自风震动的低频)和/或控制其频率响应，或者在信号到达ASIC或其他处理电路之前控制有效电容器扩音器灵敏度。结果，处理电路看到的最大振幅信号是受限的，从而防止使处理电路的输入端过载。剩余(期望)频率能够被适当地放大以减少其他处理电路上的噪声负担。校正信号被施加于电容器扩音器的偏置端子以抵消不期望信号。可选地或替换地，可控阻抗被连接到载送由MEMS扩音器生成的信号的线路，从而使信号的不期望部分衰减。

Description

具有可编程频率响应的扩音器

技术领域

本发明涉及电容器扩音器，并且更具体地涉及具有可编程频率响应的电容器扩音器。

背景技术

电容器扩音器一般在移动电话和其他消费者电子设备、嵌入式系统及其他设备中使用。电容器扩音器包括微机电系统(MEMS)扩音器、驻极体电容器扩音器(ECM)以及声信号的基于电容器的其他换能器。MEMS扩音器元件通常包括响应于声信号而振动的传导微机械隔膜。该扩音器元件还包括平行于隔膜并与隔膜间隔开的固定传导板。隔膜和传导板共同地形成电容器。电荷通常被关联电路放置在电容器上。电容器的电容随着隔膜与板之间的距离由于隔膜的振动而改变而快速地改变。通常，电容器上的电荷本质上在这些振动期间保持恒定，因此跨电容器的电压随着电容改变而改变。改变的电压可以用来驱动电路，诸如放大器或模数转换器，MEMS扩音器元件被连接到该放大器或模数转换器。被连接到电路的MEMS扩音器元件在本文中被称为“MEMS扩音器系统”或“MEMS系统”。

MEMS扩音器管芯常常被电连接到专用集成电路(ASIC)以处理来自扩音器元件的电信号。MEMS扩音器管芯及其相应的ASICF被容纳在公共集成电路封装内以保持扩音器元件与ASIC之间的引线尽可能短，从而避免由长引线引起的寄生电容，因为被耦合到信号线的电容使来自MEMS扩音器元件的信号衰减。

当在消费者电子设备及其他背景下使用时，电容器扩音器系统可能经受广泛变化的声信号振幅。例如，在有风条件下在室外或在地铁站中所使用的移动电话使电容器扩音器经受非常大声的声信号。在这些情况下，隔膜可能达到其绝对位移极限，并且结果得到的信号因此可能被“箝位”，引起不期望的失真。即使隔膜未达到其绝对位移极限，ASIC或其他处理电路也可能由于可从电源获得的有限电压而不能处理来自电容器扩音器元件的电信号中的峰值，并且信号因此可能被箝位。箝位能够引起信号成分的损失。例如，如果语音信号被箝位，则输出信号波形变得平坦，并且不再随人语音而变。

2010年12月7日提交的题为“MEMS Microphone withProgrammable Sensitivity”的美国专利申请号12／962,136(美国专利公开号2011／0142261)和2010年5月20日提交的题为“SwitchableAttenuation Circuit for MEMS Microphone System”的美国专利申请号12／784,143公开了用于使来自MEMS扩音器的信号衰减的电路。

2009年12月15日提交的题为“Amplifier Circuit for CapacitiveTransducers”的美国专利号7,634,096(美国专利公开号2005／0151589)注意到现有技术电容换能系统中的通电问题和耐受高能级声信号(诸如由门砰地关上或机械振动引起的低频瞬态信号等)的相关联的能力缺乏。′096专利公开了一种用于电容换能器的伺服控制偏置电路，其据说改善被耦合到换能器的放大器电路的稳定。伺服控电路据说解决了保持放大器电路的大输入电阻以使其噪声性能最优化并提供放大器电路的快速稳定的传统上竞争要求。

Richard S.Bunuen在Journal0f the Audio Engineering Society，1977年5月、25卷、5号、278-283页中的“A Low-Noise High-OutputCapacitor Microphone System”描述了被设计成通过包括手动开关来增加最大声输入能力以选择多个可能声压级别(SPL)中的一个的电容器扩音器系统。系统内的反馈量是用户可选择的。

然而，现有技术并未公开或提出用于自动地选择性地使诸如风震动的不期望信号衰减的任何电路。

发明内容

本发明的实施例提供了一种扩音器系统。该扩音器系统包括换能器、第一电路和第二电路。该换能器包括被配置用于建立根据由换能器接收到的声信号而改变的电容的可振动结构。第一电路具有被耦合到换能器输入端以经由输入端来接收根据换能器的可变电容而变的电信号。第一电路具有输出端且被配置用于处理接收到的电信号并在输出端处提供相应的已处理电信号。第二电路被耦合到第一电路的输入端和在第一电路的输出端下游的节点。第二电路被配置用于自动地检测来自下游节点的信号何时满足预定标准且作为响应而有效地将阻抗耦合到第一电路的输入端作为响应。该阻抗被配置用于使在第一电路的输入端处接收到的电信号衰减。

所述预定标准可以包括频率相关标准。该预定标准可以包括振幅相关标准。

所述阻抗可以包括电容器。

所述预定标准可以包括频率相关标准。所述阻抗可以包括电容器。电容器包括第一和第二端子。电容器的第一端子可以被耦合到第一电路的输入端。第二电路可以包括耦合在下游节点与电容器的第二端子之间的滤波器。

第二电路可以包括缓冲器。滤波器和缓冲器可以被共同地耦合在下游节点与电容器的第二端子之间，从而从下游节点向电容器的第二端子提供信号的已滤波和已缓冲型式。

滤波器可以包括高通滤波器，从而从下游节点向电容器的第二端子提供信号的高通滤波和缓冲型式。

滤波器可以包括数字信号处理器。缓冲器可以包括数模转换器。

缓冲器可以被配置用于提供具有大于1的绝对值的增益。

阻抗可以包括电阻器。电阻器可以包括开关电容器或开关电容器阵列。

第二电路可以被配置用于响应于来自下游节点的信号不满足预定标准的自动检测而有效地从第一电路的输入端去除阻抗。

第二电路可以被配置用于在第一电路的输入端处接收到的电信号的大约过零处有效地将阻抗耦合到第一电路的输入端。

如果来自下游节点的信号包含在预定能量级以上的预定频率和在预定能量级以上、在预定频率以下的频率分量，则可以满足所述预定标准。

如果来自下游节点的信号的预定义带宽中的总能量超过预定级，则可以满足预定标准。

如果来自下游节点的信号的总能量超过预定级，则可以满足预定标准。

如果来自下游节点的信号包含至少一个具有预定振幅的预定频率分量，则可以满足预定标准。

该预定标准可以被自动地调整。

该预定标准可以是响应于用户输入可调整的。

换能器可以包括MEMS扩音器。

MEMS扩音器、第一电路和第二电路可以被设置在单个集成电路外壳内。

扩音器系统还可以包括被耦合到换能器的偏置电路和第三电路。第三电路可以被配置用于响应于根据换能器的可变电容而变的电信号满足第二预定标准的检测而自动地生成校正信号。第三电路可以被配置用于向偏置电路施加校正信号，使得校正信号抵消根据换能器的可变电容而变的电信号的不期望部分。

MEMS扩音器、偏置电路、第一电路、第二电路和第三电路可以被设置在单个集成电路外壳内。

本发明的另一实施例提供了一种用于自动地使来自换能器的电信号衰减的方法。该换能器包括被配置用于建立根据由换能器接收到的声信号而改变的电容的可振动结构。第一电路具有被耦合到换能器以经由输入端来接收根据换能器的可变电容而变的电信号的输入端。第一电路具有输出端且被配置用于处理接收到的电信号并在输出端处提供相应的已处理电信号。该方法包括从在第一电路的输出端下游的节点接收信号并自动地检测来自下游节点的信号是否满足预定标准。如果来自下游节点的信号满足预定标准，则阻抗被自动地有效地耦合到第一电路的输入端。该阻抗被配置用于使在第一电路的输入端处接收到的电信号衰减。

检测来自下游节点的信号是否满足预定标准可以包括自动地检测来自下游节点的信号是否满足频率相关标准。

检测来自下游节点的信号是否满足预定标准可以包括自动地检测来自下游节点的信号是否满足振幅相关标准。

有效地耦合阻抗可以包括将电容器耦合到第一电路的输入端。

自动地检测来自下游节点的信号是否满足预定标准可以包括对从在第一电路下游的节点接收到的信号进行滤波以生成已滤波信号。有效地将阻抗耦合到第一电路的输入端可以包括将电容器的第一端子耦合到第一电路的输入端并向电容器的第二端子施加已滤波信号。

自动地检测来自下游节点的信号是否满足预定标准可以包括对从在第一电路下游的节点接收到的信号进行滤波和缓冲以生成已滤波缓冲信号。有效地将阻抗耦合到第一电路的输入端可以包括将电容器的第一端子耦合到第一电路的输入端并向电容器的第二端子施加已滤波缓冲信号。

有效地将阻抗耦合到第一电路的输入端可以包括有效地将电阻器耦合到第一电路的输入端。

电阻器可以包括开关电容器或开关电容器阵列。

如果来自下游节点的信号不满足预定标准，则可以自动地有效地从第一电路的输入端去除阻抗。

自动地检测来自下游节点的信号是否满足预定标准可以包括自动地检测来自下游节点的信号是否包含预定频率。

自动地检测来自下游节点的信号是否满足预定标准可以包括自动地检测来自下游节点的信号是否包含在预定频率以下的频率分量。

自动地检测来自下游节点的信号是否满足预定标准可以包括自动地检测来自下游节点的信号是否包含具有至少一个预定振幅的预定频率分量。

该方法还可以包括自动地调整预定标准或响应于用户输入而调整预定标准。

本发明的另一实施例提供了一种包括换能器、偏置电路、第一电路和第二电路的扩音器系统。换能器包括第一和第二端子和被配置用于建立根据由换能器接收到的声信号而改变的电容的可振动结构。在第一和第二端子之间可检测到可变电容。偏置电路被耦合到换能器的第二端子。第一电路具有被耦合到换能器的第一端子以经由输入端来接收根据换能器的可变电容而变的电信号的输入端。第一电路具有输出端且被配置用于处理接收到的电信号并在输出端处提供相应的已处理电信号。第二电路被配置用于响应于根据换能器的可变电容而变的电信号满足第二预定标准的检测而自动地生成校正信号。第二电路还被配置用于向偏置电路施加校正信号，使得校正信号抵消根据换能器的可变电容而变的电信号的不期望部分。

第二电路可以包括滤波器和放大器。第二电路可以被配置用于生成校正信号作为根据换能器的可变电容而变的电信号的低通滤波和反相型式。

滤波器可以包括数字信号处理器。放大器可以包括数模转换器。

如果来自根据换能器的可变电容而变的信号在预定频率范围内包含超过预定量的能量，则可以满足预定标准。

该预定标准可以被自动地调整。

该预定标准可以是响应于用户输入可调整的。

换能器可以包括MEMS扩音器。

MEMS扩音器、偏置电路、第一电路和第二电路可以被设置在单个集成电路外壳内。

附图说明

通过结合附图参考特定实施例的以下详细描述，将更全面地理解本发明，在所述附图中：

图1是根据现有技术的MEMS扩音器系统的示意性方框图；

图2是根据由本发明提供的方案的MEMS扩音器系统的示意性方框图；

图3是根据由本发明提供的另一方案的电容器扩音器系统的示意性方框图。

图4是根据现有技术的MEMS扩音器的模型的示意性电路图。

图5是根据本发明的实施例的具有被与之耦合的负反馈电路的MEMS扩音器系统的示意性电路图。

图6是根据本发明的另一实施例的具有被与之耦合的负反馈电路的MEMS扩音器系统的示意性电路图。

图7和8是图6的电路的传递函数的图。

图9是根据本发明的另一实施例的具有被与之耦合的负反馈电路的MEMS扩音器系统的示意性电路图。

图10和11是图9的电路的传递函数的图。

图12是根据本发明的实施例的具有被与之耦合的受控衰减阻抗的电容器扩音器的模型的示意性电路图。

图13是根据本发明的实施例的具有被与之耦合的衰减电容器的电容器扩音器的模型的示意性电路图。

图14是根据本发明的实施例的具有被耦合到电容器的信号源(在振幅方面与来自MEMS扩音器的信号相当)的MEMS扩音器和衰减电容器的模型的示意性电路器，类似于图13的电路。

图15是图14的模型的示意性电路图，其中，被耦合到电容器的信号在振幅(和相位，如果K<0)方面与MEMS扩音器的信号相当。

图16是根据本发明的实施例的具有无源RC滤波器的自动信号衰减器的示意性电路图。

图17是根据本发明的实施例的具有不同无源RC滤波器的自动信号衰减器的示意性电路图。

图18是根据本发明的实施例的具有具有大于1的增益的缓冲器／放大器以及分压器网络的自动信号衰减器的示意性电路图。

图19是根据本发明的实施例的具有用以将衰减电容器的效应放大的放大器的自动信号衰减器的示意性电路图。

图20是根据本发明的实施例的广义化自动信号衰减器的示意性电路图。

图21是根据本发明的实施例的广义化自动数字信号衰减器的示意性电路图。

图22是根据本发明的实施例的被实现为高通滤波器的自动信号衰减器的示意性电路图。

图23是根据本发明的另一实施例的被实现为高通滤波器的自动信号衰减器的示意性电路图。

图24是图示出本发明的实施例的操作的流程图。

图25是根据本发明的实施例的将信号衰减的两个方案组合的示意性电路图。

图26是根据本发明的实施例的具有用数字电路替换的多个部件的MEMS扩音器系统的示意性电路图，类似于图5的电路。

具体实施方式

根据本发明的实施例，公开了用于自动地抵消或衰减来自电容器扩音器的信号和／或控制其频率响应的方法和设备。电容器扩音器的示例包括MEMS扩音器和驻极体电容器扩音器(ECM)。在某些实施例中，不期望的高能量频率、诸如来自风震动的低频(诸如在约200Hz以下)在来自电容器扩音器元件的信号到达ASIC或其他处理电路(“后续处理电路”)之前被自动地抵消或衰减。结果，处理电路看到的最大振幅信号是受限的，从而防止使后续处理电路的输入端过载。剩余(期望)频率能够被适当地放大以减少其他后续处理电路上的噪声负担。

其他应用包括：对电容器扩音器元件的频率响应进行成形，从而修正电容器扩音器元件或后续电路的非理想频率响应；扩展电容器扩音器元件或后续电路的有效带宽；修正电容器扩音器元件的不期望谐振频率峰值；以及针对特定应用而修整宽频率响应电容器扩音器元件。例如，可以使得宽带电容器换能器元件相对而言对诸如20Hz至20kHz的声频不敏感，并且仅对诸如在20Hz以上的超声波进行响应。此种配置避免了用在这种情况下不感兴趣的声频使后续处理电路过载，或者甚至进行处理。大多数实施例是相对于MEMS扩音器描述的。然而，在大多数情况下可以使用ECM或其他电容器扩音器或声信号的其他电容器换能器。MEMS扩音器通常要求偏置电路。然而，ECM通常具有永久电荷，并且因此不要求偏置电路，如在本领域中众所周知的。

公开了两个基本方案。在一个方案中，向电容器扩音器的除扩音器的信号发生端子之外的一个端子施加校正信号。例如，可以向MEMS扩音器元件的端子施加校正信号，通过该端子，电荷被施加于MEMS扩音器元件。修正信号抵消由电容器扩音器元件生成的信号的不期望部分。在其他方案中，阻抗被连接到载送由电容器扩音器元件生成的信号的线路，从而使来自电容器扩音器元件的信号的不期望部分衰减。有效阻抗由校正信号控制。

在任一情况下，可以从来自电容器扩音器元件或来自在电容器扩音器元件下游的电路的信号(在本文中共同地称为“来自电容器扩音器元件的信号”)生成校正信号。该校正信号可以例如通过适当地对来自电容器扩音器元件的信号进行滤波、放大(有或没有增益)、反相、数字处理和／或其他处理来生成校正信号。然而，针对两种方案，可以不同地生成校正信号。下面详细地描述两个方案。

图1是根据现有技术的MEMS扩音器系统的示意性方框图；MEMS扩音器元件100的一个端子被连接到ASIC或其他信号处理电路103。电荷泵106被连接到MEMS扩音器元件100的另一端子。电荷泵106包括滤波器109或者经由滤波器109被耦合到MEMS扩音器元件100。滤波器109是由大阻抗(被示为电阻器112)和滤波电容器115实现的。共同地，电荷泵106和滤波器109形成偏置电路118。

向电容器扩音器的无信号端子施加校正信号

如所述，一个发明性方案涉及到生成校正信号以抵消或衰减来自电容器扩音器元件的信号的不期望部分并向电容器扩音器的无信号端子施加校正信号。在图2中的示意性方框图中，使用MEMS扩音器作为非限制性示例概括了这种方案。按照惯例，滤波器109的电容器115和阻抗112的值被选择成使得滤波角仅为约几Hz或甚至更低，即小于约1Hz，从而从电荷泵106滤出尽可能多的噪声。因此，与声频下的电阻器112的阻抗相比，电容器115的声频下的阻抗是小的。因此，声频范围内的修正AC信号200能够驱动否则将被接地的电容器115的端子，并且此校正信号在MEMS扩音器元件100的Vbk端子处表现为本质上未衰减或仅被稍微衰减。校正信号本质上被从由MEMS扩音器元件100生成的信号减去。

不要求偏置电路的ECM或其他基于电容器的换能器通常具有两个端子：信号输出端子和另一端子，输出信号被针对该另一端子参考。常常地，所述另一端子被接地，至少至AC地线。此另一端子在本文中被称为“无信号端子”。如果使用ECM或其他此类基于电容器的换能器(未示出)，则可以直接地或经由另一部件向ECM或其他此类基于电容器的换能器的无信号端子施加修正AC信号200。本文所使用的“无信号端子”包括被施加偏置的MEMS扩音器的端子。

校正信号发生器203基于来自MEMS扩音器元件100的信号206生成校正信号200。在某些实施例中，校正信号200是来自MEMS扩音器元件100的信号的低通滤波和反相型式。此类校正信号200抵消由MEMS扩音器元件100生成的信号的不期望(低频)部分。MEMS扩音器信号的适当滤波使得能够实现任何不期望的频率或频率范围的抵消。同样地，可以设定来自MEMS扩音器元件100的信号的阈值，从而仅抵消超过预定振幅的信号。

可选地，可以在校正信号发生器203与否则将被接地的电容器115的端子之间插入开关209。可以由校正信号发生器203内的电路或监视来自MEMS扩音器元件100的信号206的另一电路来控制开关209。当不需要校正信号200时，可以对开关209进行投掷以将电容器115的端子连接到地线。

下面详细地描述这种方案和多个实施例。将受控阻抗连接到来自电容器扩音器的信号线

另一发明性方案涉及到将受控阻抗连接到载送由电容器扩音器元件生成的信号的线路，从而使来自电容器扩音器元件的信号的不期望部分衰减。在图3中的示意性方框图中概括了这种方案。在图3中所示的实施例中，受控阻抗是用电容器C_D实现的，虽然可以有其他实施方式。电容器C_D的一个端子被耦合到载送来自电容器扩音器元件300的信号的线路。电容器C_D构成使电容器扩音器元件信号衰减的电容分压器网络的一部分。衰减的量至少部分地取决于电容器C_D的有效值。

可以向电容器C_D的另一端子施加校正信号301以控制电容器C_D的有效值。例如，如果相等电压被施加于电容器C_D的两个端子，则电容器C_D被有效地从电路去除，并且来自电容器扩音器元件300的信号未被衰减。另一方面，如果不相等电压被施加于电容器C_D的两个端子，则电容器的有效值取决于电容器的实际值和施加电压。因此，衰减的量取决于电容器C_D的值或校正信号301。

在某些实施例中，校正信号301是电容器扩音器元件信号的已缓冲、高通滤波型式。因此，能够使得C_D的有效值和因此的衰减取决于电容器扩音器元件信号的频率。例如，当在电容器扩音器信号中存在(期望)高频率时，校正信号301具有较高振幅，并且因此，校正信号301减小了电容器C_D的有效值，从而减少了衰减量。然而，高通滤波防止或限制(不期望)低频对校正信号301的贡献，并且因此防止减小电容器C_D的有效值。因此，不期望低频被衰减，而期望的高频未被衰减。

在某些实施例中，校正信号被放大，具有增益>1，电容器扩音器元件信号的反相型式，这增强了由电容器C_D引起的衰减。使用大于1的增益并使信号反相(等价于增益小于-1)促进较小电容器的使用，其占用集成电路上的较少量的空间(real estate)。

某些实施例动态地且自动地控制滤波和／或放大(增益)。某些实施例在不需要频率相关衰减时动态地且自动地将电容器C_D从线路分离。因此，能够动态地控制衰减。

在某些实施例中，校正信号未被滤波。在这些实施例中，校正信号仅取决于电容器扩音器元件信号的型式的振幅而不是频率分量。因此，能够使得C_D的有效值和因此的衰减取决于电容器扩音器元件信号的振幅。例如，当在电容器扩音器信号中仅存在低振幅信号时，校正信号301减小了电容器C_D的有效值，从而减少了衰减量，可能达到零。然而，当在电容器扩音器信号中存在高振幅信号时，校正信号301增加电容器C_D的有效值，从而增加了衰减量。此类实施例可以在诸如门砰地关上的大声声音的情况下用来在电容器扩音器元件信号到达ASCI或其他处理电路103之前自动地衰减电容器扩音器元件信号，从而防止倾覆处理电路103的箝位或其他不期望结果。

MEMS扩音器模型

虽然本发明的实施例可以用于任何电容器扩音器或其他基于电容器的换能器，但为了说明的简单起见，以下描述在很大程度上是在MEMS扩音器的背景下给出的。如所示，MEMS扩音器本质上是其值根据声信号而变的电容器。电荷通常由偏置电路被放置在电容器的一侧。另一方面，驻极体电容器扩音器具有永久充电隔膜且不要求偏置电路。在任一情况下，电荷随着电容随声信号而变而本质上保持未改变。因此，跨扩音器的电压根据声信号而变。

如图4中所示，可以将偏置MEMS扩音器建模为与电容器C_M串联的信号发生器Vs，其中，该信号发生器生成根据声信号而变的电压，并且C_M表示MEMS扩音器的电容。因此，划线框400识别被建模MEMS扩音器元件。反并联二极管403和406(和任何所需电阻器)提供从MEMS扩音器元件400到地线的高阻抗路径以促进施加偏置。如所示，图4图示出被偏置MEMS扩音器400的模型，因此未示出偏置电路。然而，可以经由偏置电路将MEMS扩音器400耦合到适当地线。

信号Vi在信号线413被看成是由MEMS扩音器元件400生成。Vi近似等于Vs，达到约几百毫伏。在几百毫伏以上，二极管403和406开始导通，并且因此对信号Vi进行箝位。为了说明的简单起见，将二极管403和406从大多数后续示意图中省略。

由于信号Vi的振幅是相当低的，所以缓冲器409通常被耦合到MEMS扩音器元件400。缓冲器409的增益被假定为1；然而，可以使用具有其他增益的缓冲器(放大器)。另外，缓冲器409可以是处理信号Vi的更复杂电路(未示出)的一部分或被该更复杂电路替换。信号处理电路可以例如包括单端或差动放大器、一个或多个放大级、模数转换器(ADC)、数字信号处理器(DSP)等。常常地，信号处理电路被实现为专用集成电路(ASIC)，并且常常地，MEMS扩音器和ASIC被容纳在公共IC封装中。

实施方式：校正信号至电容器扩音器的无信号端子

如所述，这种方案使用校正信号来抵消来自电容器扩音器元件的信号的不期望部分。本质上，校正信号被从由电容器扩音器元件生成的信号减去。该校正信号施加在从电容器扩音器元件信号至电容器扩音器元件的无信号端子的负反馈环中。

图5是一个此类实施例的示意性电路图。在信号线413上被看成是由MEMS扩音器元件100生成的信号Vi被馈送到缓冲器/放大器500。虽然在许多情况下，缓冲器/放大器500仅仅缓冲信号Vi，即缓冲器/放大器500具有1的增益且并未显著地对信号Vi进行滤波，但在其他情况下，缓冲器/放大器500可以提供除1之外的增益和/或其可以对信号Vi进行滤波。因此，一般地，缓冲器/放大器500被示为具有增益P并实现滤波函数F(s)。因此，缓冲器/放大器500具有传递函数P·F(s)。应注意的是缓冲器/放大器500可以用多个电路部件来实现或代表多个电路部件。

缓冲器/放大器500的输出的型式被反馈给MEMS扩音器元件100的被偏置端子。此反馈环路可以包括不同信号处理元件，其被具有-K的增益的放大器503和具有滤波函数H(s)的滤波器506概括(generalized)。放大器503和滤波器506可以由单独部件实现，或者其可以由公共部件或部件组实现。作为由放大器503提供的非单一式(non-unity)增益-K的替代或除此之外，可以由缓冲器/放大器500的增益P来提供反馈环路中要求的增益的一部分。类似地，可以使用提供差动输出的缓冲器/放大器500，诸如具有提供反馈信号的反相输出。在这种情况下，放大器503不需要具有负增益。

反馈环路的输出、即校正信号V_sigB被施加于否则将被接地的电容器115的端子。虽然反馈信号被示出源自于在缓冲器/放大器500下游的单个节点509处，但反馈信号可以源自于不止一个节点(未示出)。也就是说，可以用适当的滤波和/或放大将多个信号组合以形成校正信号V_sigB。来自MEMS扩音器元件100的信号的下游处理可以包括模拟和/或数字电路。因此，反馈信号可以伴随模拟和/或数字信号而发生。缓冲器/放大器500、放大器503或滤波器506中的任何一个可以包括模拟和/或数字部件。如所示，校正信号V_sigB的一个或多个频率通过电容器115。

用等式(1)、(2)和(3)来描述图5的电路的传递函数。

V_{SigA} = \frac{P \cdot F (s)}{1 + K \cdot P \cdot F (s) \cdot H (s)} \cdot V_{S} - - - (1)

V_{SigB} = \frac{- K \cdot P \cdot F (s) \cdot H (s)}{1 + K \cdot P \cdot F (s) \cdot H (s)} \cdot V_{S} - - - (2)

V_{i} = \frac{1}{1 + K \cdot P \cdot F (s) \cdot H (s)} \cdot V_{S} - - - (3)

可以将信号V_sigA或V_sigB或两个信号的某些组合取作图5的电路的输出。

可以用H(s)和F(s)的适当规格对MEMS扩音器元件100的有效频率响应进行成形。然而，在其中H(s)＝1且F(s)＝1的特殊情况下，不实现频率成形。替代地，信号413仅仅被衰减。在这种特殊情况下，在等式(4)、(5)和(6)中示出了传递函数。

V_{SigA} = \frac{P}{1 + K \cdot P} \cdot V_{S} - - - (4)

V_{SigB} = \frac{- K \cdot P}{1 + K \cdot P} \cdot V_{S} - - - (5)

V_{i} = \frac{1}{1 + K \cdot P} \cdot V_{S} - - - (6)

因此，为了使出现在到缓冲器/放大器500的输入端处的来自MEMS扩音器元件100的信号衰减(从而防止使输入端过载)，K·P应比1大得多。如果是这样，则V_sigA变成Vs/K，并且有趣地，V_sigB变成等于-Vs(即，反相的Vs)。因此，如果在V_sigA自动地检测到大的信号摆动，则可以自动地调整常数K和P以使缓冲器/放大器500的输入端处的信号Vi衰减，而不改变信号V_sigB的振幅。V_sigA可以被衰减或增益变大，取决于K＞1还是K＜1。这将缓冲器/放大器500的输入端处(在那里将避免过载)的信号保持在可管理水平，而不影响输出信号的振幅，如果在V_sigB处取输出的话。

向MEMS扩音器100的偏置端子反馈信号(V_sigB)以防止使缓冲器500(或连接到413的偏置二极管)过载的方案在放大器503用尽净空(run out of headroom)，例如如果到放大器503的源电压不足以响应于大的声信号而生成足够大的V_sigB，时停止有效。在这里，通过接入电容C_atten能够避免箝位，如图25中所示。开关2500由控制电路2503控制。如果信号V_sigA具有过大的振幅或包含不期望的频率分量，则控制电路2503将信号V_sigA耦合到滤波电容器115，从而抵消来自MEMS扩音器400的信号的一部分。然而，如果抵消不充分，则第二控制电路2509操作第二开关2506以将电容C_atten耦合到信号线413，从而使信号413衰减。

本质上，这种方案将上述两个方案组合，即向电容器扩音器的无信号端子施加校正信号并将阻抗连接到载送由电容器扩音器生成的信号的线路。一旦此操作完成，则V_sigA和V_sigB在振幅方面减小。然而，如果期望的话，可以以数字方式来补偿此信号衰减，诸如由位于MEMS元件100下游的ADC。请注意，接入电容器C_atten可以在不参考来自电容器扩音器的信号的频率的情况下完成。换言之，如果来自电容器扩音器的信号在振幅方面变得过大(例如，威胁将倾覆缓冲器500的信号)，则使用电容器C_atten来使来自MEMS扩音器400的信号衰减。

两个特殊子情况，由于其实施方式简单性，是P＜0和0＜-K≤1。可以用阻抗分压器来实现负K，诸如电阻或电容阻抗分压器。在图25中描绘了其中K＝1的情况。

返回图5，在其中H(s)＝1、F(s)＝1且P＝1的特殊情况下，V_sigA变成Vs/(1+K)。因此，改变K有效地改变用于所有频率的MEMS扩音器系统的灵敏度。当然，K可以小于1。

当不需要频率成形、衰减或增益时，图5中所示的反馈电路可以自动地在节点512处与电容器115分离，并且电容器115可以被连接到地线而不是反馈电路。将反馈电路连接到电容器115或断开连接应在来自MEMS扩音器元件的信号的过零(zero crossing)处或附近执行。

图6包含在反馈环路中包括低通滤波器的示例性实施例的示意性电路图。缓冲器600具有P的增益，F(s)＝1且放大器603和周围电路提供K的增益。反馈环路的传递函数如等式(7)中所示。

H (s) = \frac{1}{1 + S \cdot R_{f} \cdot C_{f}} - - - (7)

作为高通滤波器函数的V_sigA的传递函数如等式(8)中和图7中的图中所示。

V_{SigA} = \frac{P \cdot (1 + S \cdot R_{f} \cdot C_{f})}{1 + K \cdot P + S \cdot R_{f} \cdot C_{f}} \cdot V_{S} - - - (8)

其中

W_{p} : Pole : S = \frac{1 + K \cdot P}{R_{f} \cdot C_{f}} - - - (9)

W_{z} : Zero : S = \frac{1}{R_{f} \cdot C_{f}} - - - (10)

在其中期望使高频信号未改变地通过并使低频信号衰减、从而使风震动声音衰减的情况下，可以将P设置成1且可以将K设置成大于1的值。另一方面，在其中低频信号应未改变且高频信号应被放大的情况下，可以将P设置成比1大得多的值且可以将K设置成1。

作为低通滤波器函数的V_sigB的传递函数如等式(11)中和图8中的图中所示。

V_{SigB} = \frac{- K \cdot P}{1 + K \cdot P + S \cdot R_{f} \cdot C_{f}} \cdot V_{S} - - - (11)

其中

W_{p} : Pole : S = \frac{1 + K \cdot P}{R_{f} \cdot C_{f}} - - - (12)

图9包含另一示例性实施例的示意性电路图，在这种情况下在反馈环路中包括一个高通滤波器。缓冲器900具有P的增益，并且放大器电路具有K的增益。反馈环路的传递函数如等式(13)中所示。

H (s) = \frac{S \cdot R_{f} \cdot C_{f}}{1 + S \cdot R_{f} \cdot C_{f}} - - - (13)

作为低通滤波器函数的V_sigA的传递函数如等式(14)中和图10中的图中所示。

V_{SigA} = \frac{P \cdot (1 + S \cdot R_{f} \cdot C_{f})}{1 + S \cdot R_{f} \cdot C_{f} \cdot (1 + K \cdot P)} \cdot V_{S} - - - (14)

其中

W_{p} : Pole : S = \frac{1}{R_{f} \cdot C_{f} (1 + K \cdot P)} - - - (15)

W_{z} : Zero : S = \frac{1}{R_{f} \cdot C_{f}} - - - (16)

作为高通滤波器函数的V_sigB的传递函数如等式(17)中和图11中的图中所示。

V_{SigB} = \frac{- S \cdot K \cdot P \cdot R_{f} \cdot C_{f})}{1 + S \cdot R_{f} \cdot C_{f} \cdot (1 + K \cdot P)} \cdot V_{S} - - - (17)

其中

W_{p} : Pole : S = \frac{1}{R_{f} \cdot C_{f} (1 + K \cdot P)} - - - (18)

W_z：Zero：S＝0 (19)

在适当的情况下可以使用诸如大于1或小于1的值的K的各种值和诸如大于或小于1(甚至小于0)的P的不同值。同样地，可以使用H(s)和F(s)的各种值。本领域的技术人员应认识到可以选择这些及其他值以针对各种需要改变本文所示电路的操作或使其最优化。

返回图5，可以将节点509直接耦合到缓冲器500的输出端，或者诸如放大器、模数转换器、数字信号处理器、数模转换器等(未示出)的其他信号处理电路可以替换或被插入缓冲器500和节点509之间。然而，节点509在本文中被称为缓冲器500“下游”的节点。可以用数字电路来替换滤波器506和/或放大器503，如图26中所示。在这里，信号处理器2600和数模转换器2603处理来自节点2606的信号以生成校正信号V_sigB，其被施加于否则将被接地的电容器115的端子。

实施方式：来自电容器扩音器的信号线上的受控阻抗

向载送来自MEMS扩音器元件的信号的线路添加电容是违反直觉的。按照惯例，沿着此类线路的电容被认为是寄生的，因为其使来自MEMS扩音器元件的已经很弱的信号衰减。典型MEMS扩音器元件的电容在约1-2pF的数量级。因此，没有太多(约几十或几百fF的数量级)寄生电容足以使相当一部分的信号衰减。因此，现有技术MEMS扩音器电路被设计成使寄生电路最小化，而不有意地向MEMS扩音器信号线添加电容。

然而，根据本发明的某些实施例，电容器被有意地耦合到载送MEMS扩音器信号的线路以使信号衰减或控制MEMS扩音器元件的有效频率响应。电容器的有效电容可以被动态地且自动地改变，从而动态地且自动地改变来自MEMS扩音器元件的信号被衰减的量。

(图3)影响C_D的有效电容的信号301可以基于来自电容器扩音器元件的信号的自动频率(和/或振幅，如果期望的话)分析。“分析”在这里意旨检测信号中的一个或多个频率分量的存在和/或满足或超过阈值的信号或信号分量的振幅的检测。也就是说，可以根据来自电容器扩音器元件的信号中的一个或多个或一定范围的不期望频率的存在或振幅来自动地调整在不期望频率或振幅范围内的电容器C_D的有效值。响应于在来自电容器扩音器的信号中检测到不期望频率(诸如风震动的高振幅低频率)，可以增加电容器C_D的有效值。另一方面，响应于仅检测到期望频率，可以将电容器C_D的有效值减小至非零值或零。

因此，基于信号中的不期望频率的存在或振幅，来自电容器扩音器元件的信号被选择性地衰减。因此，信号的不期望频率分量被衰减，并且期望频率分量是未衰减的。结果，被耦合到电容器扩音器元件或下游电路的信号处理电路未被不期望频率的振幅倾覆。

在某些实施例中，如图12中示意性地所示，可控阻抗R被耦合到电容器扩音器元件。电容器扩音器元件的电容(C)和可控阻抗(R)形成高通滤波器。滤波器可以始终是活动的，或者滤波器可以响应于来自电容器扩音器元件的信号中的不期望频率的检测或振幅而被自动地选择性地激活。可控阻抗可以用开关电容器来实现。

被耦合到(或包括)电容器扩音器元件的电路的高通角可以响应于电路和／或存在于电路中的信号的自动测量特性而被自动地调整。可选地或替换地，可以响应于用户输入而调整高通角。

返回电容器扩音器的模型，如图13中所示，如果电容C_D的一个端子被耦合到信号线413，并且电容C_D的另一端子被连接到适当的AC信号地线，则在到缓冲器409的输入端处的可用的信号Vi根据等式(20)被衰减。

V_{i} \approx \frac{C_{M}}{C_{M} + C_{D}} \cdot V_{S} - - - (20)

例如，如果C_D=C_M，来自电容器扩音器元件100的信号被衰减约1／2(即，-6dB)。如果C_D=10＊C_M，则衰减比在C_D=C_M的情况下大6.5倍。

然而，如图14中所示，如果等于信号Vs的信号Vs′被施加于电容器C_D的底部端子，则电容器的两个端子本质上看到相等电压。也就是说，Vs被施加于电容器C_D的一个端子，并且相等Vs′被施加于电容器C_D的另一端子。有效地使得具有施加于其两个端子的相等电压的电容器不存在。因此，电容器C_D有效地未存在于电路中，并且Vi未被衰减。因此，Vi≈Vs。

一般地，对于图14中所示的电路而言，能够根据等式(21)来计算在到缓冲器409的输入端处可用的信号Vi。

V_{i} = \frac{V_{S} {\cdot C}_{M} + {V_{S}}^{'} {\cdot C}_{D}}{C_{M} + C_{D}} - - - (21)

对于其中Vs=Vs′的特殊情况而言，我们发现Vi=Vs。

因此，能够通过选择性地接地(如图13中所示)或向电容器C_D的底部端子施加信号Vs′(如图14中所示)来控制信号Vi被电容器C_D衰减的量。

在图15中示出了其中Vs′=G·Vs的特殊情况。在这种情况下，在到缓冲器409的输入端处的可用的信号Vi根据等式(22)被衰减。

V_{i} \approx \frac{C_{M} + G \cdot C_{D}}{C_{M} + C_{D}} \cdot V_{S} - - - (22)

在这种情况下，Vs′<Vs，因此-∞<G<1。应注意的是图13中所示的电路是图15中所示的电路的特殊情况，其中G=0，并且图14中所示的电路是图15的电路的特殊情况，其中G=1。此外，如果

则Vi≈0，即来自MEMS扩音器元件100的输入信号本质上被抵消。

因此，如果单个频率或一定范围的频率单独地或主要地表示不期望信号，则对于那些频率而言理想地

并且对于其他(期望)频率而言，G=1。然而，可以不需要完全抵消处于不期望频率的输入信号。仅仅使输入信号衰减可能是足够的，只要信号处理电路能够处理结果得到的振幅即可。因此，例如，如果C_D=10＊C_M且G=0，则Vi≈0.09·Vs。如果G=0.1，则Vi≈0.18·Vs.这些衰减可能是足够的，取决于不期望频率的预期振幅和信号处理电路的“净空”。

一般地，图3中所示的校正信号发生器303或另一电路生成适当的校正信号303以使得电容器C_D以根据期望使来自MEMS扩音器元件的信号衰减的方式表现。现在将描述各种示例性实施例。

实施方式

图16是本发明的实施例的示意性电路图。图16中所示的实施例是基于图15中所示的模型。放大器1600和滤波器1603用来生成校正信号1604以施加于电容器C_D的底部端子。滤波器1603可以是将来自在缓冲器409下游的节点1606的信号作为其输入的简单一阶高通滤波器。

可以将节点1606直接耦合到缓冲器409(如图16中所示)的输出端，或者诸如放大器、模数转换器、数字信号处理器、数模转换器等(未示出)的其他信号处理电路可以替换或被插入缓冲器409和节点1606之间。然而，节点1606在本文中被称为缓冲器409“下游”的节点。缓冲器409(以及可能但不一定是缓冲器409的输出端与节点1606之间的附加信号处理电路)在本文中被称为具有被耦合到MEMS扩音器400以接收根据MEMS扩音器400的可变电容而变的电信号并输出相应的已处理电信号的输入端的电路。请注意，缓冲器409能够具有任何增益P并可以可选地实现滤波函数F(s)，并且缓冲器1600能够具有增益K，其中P＊K<1。

根据等式(23)中所示的众所周知的公式来计算滤波器1603的高频角。

f_{3 db} = \frac{1}{2 π R_{f} C_{f}} - - - (23)

针对比f_3db大得多的频率，高通滤波器1603将信号从节点1606传递至放大器1600。假定放大器1600具有1的增益且缓冲器409具有1的增益，对于比f_3db大得多的频率而言，施加于电容器C_D的两侧的信号的振幅是近似相等的。因此，G≈1，并且电容器C_D被从电路有效地去除，从而使得Vi≈Vs。

然而，对于比f_3db小得多的频率而言，高通滤波器1603几乎不将信号从节点1606传递至放大器1600。到放大器1600的输入端处的无信号转换成放大器1600的输出端处的无信号。没有从放大器1600输出的信号等价于放大器具有零的增益(G≈0)，这促使电容器C_D的底部端子有效地被接地或几乎这样。因此，电容器C_D有效地与MEMS扩音器电容CM形成阻抗分压器，从而使信号Vi衰减，根据等式(20)，使得

V_{i} \approx \frac{C_{M}}{C_{M} + C_{D}} \cdot V_{S} .

基于被认为不想要的频率或不期望信号的特性，可以选择高频角频率(f_3db)。选择R_f和C_f的值以实现期望f_3db(根据等式(23))在本领域的技术人员的能力内。

如参考图13所述，可以通过使得C_D>>C_M来实现衰减的高值。如参考图15所述，可以使用反相放大器1600来将电容器C_D的衰减效果加倍。使用具有大于1的绝对增益的放大器能够节省结果得到的管芯中的空间，因为电容器C_D不需要在物理上那么大。

因此，如果在来自下游节点1606的信号中存在比f_3db大得多的频率，则图16中的电路有效地将阻抗(电容器C_D)耦合到缓冲器409的输入端以使信号413衰减。然而，如果在下游信号中不存在此类频率，则电容器C_D被有效地从电路去除，并且信号413未被衰减。因此，电容器C_D是被有效地耦合还是从电路去除取决于频率相关标准，即在下游信号中是否存在比f_3db大得多的频率。

放大器1600和滤波器1603共同地形成被配置用于响应于下游节点1606信号包括比f_3db大得多的频率(即，满足频率相关标准)的自动检测而将阻抗(电容器C_D)有效地耦合到缓冲器409的输入端的电路，其中，阻抗(电容器C_D)被配置用于使在缓冲器409的输入端处接收到的电信号(Vi)衰减，并且当下游信号不满足频率相关标准时有效地从缓冲器409的输入端去除阻抗(电容器C_D)。

在某些约束下，诸如C_f>C_D，能够简化图16的电路，如图17中所示。与C_D的值相比，C_f的值越大，C_D影响从节点1606、通过滤波器1603至电容器C_D的频率响应越少。

图18中所示的电路是图17的电路的特殊情况，其中，缓冲器／放大器1803提供大于1的增益。该衰减近似等于缓冲器／放大器1803的增益。C_f使期望的高频通过，因此缓冲器／放大器1803的输出端被提供给由Rf1和Rf2形成的分压器网络的顶部。分压器网络Rf1和Rf2的输出端1806应是缓冲器／放大器1803的增益P的反数(inverse)，使得有效地表示G≈1的信号被施加于电容器C_D的底部端子。因此，如果缓冲器／放大器1803增益是P，则由等式(24)中示出的由分压器网络Rf1和Rf2提供的衰减

Attenuation = \frac{{R_{f}}_{2}}{{R_{f}}_{1} + {R_{f}}_{2}} - - - (24)

应为1／P。在期望高频下，电路向电容器C_D的底部端子馈送约1x信号Vi，从而从电路有效去除电容器C_D。

当例如不期望信号的边界频率被很好地定义时，可能期望已衰减信号与未衰减信号之间的较陡的过渡。在这些情况下，可以使用较高阶滤波器。可以使用较陡滤波器和负反馈来获得较陡过渡和不期望信号的增加衰减，如在图17中示意性地所示。请注意，在反馈环路中使用放大器1900。

较低(不期望)频率

被滤波器1903阻挡，并且因此仅被施加于放大器1900的反相输入端。已反相和已放大(以比例R2／R1)的较低频率被施加于电容器C_D以使电容器C_D的有效电容倍增并因此使这些不期望频率的衰减倍增。另一方面，滤波器1903使较高(期望)频率通过至放大器1900的非反相输入端。至于涉及到高频率，非反相较高频率被施加于电容器C_D，从而有效地从电路去除电容器C_D。因此，在到达缓冲器409之前，只有不期望频率被衰减。

图20是本发明的某些实施例的一般化示意性电路图。缓冲器／放大器2000能够提供任何增益，包括正和负增益。缓冲器／放大器2000可以具有差动输出。如所示，可以用模拟、数字或混合电路来实现缓冲器／放大器2000。可以在缓冲器／放大器2000的下游的任何地方2003获取信号的样本。滤波器块2006和放大器2009处理来自节点2003的信号以选择要衰减的频率。滤波器块2006和放大器2009的输出被施加于电容器C_D的底部端子以在信号Vi到达缓冲器／放大器2000之前选择性地对其进行衰减。有效地，滤波器块2006、放大器2009和电容器C_D对MEMS扩音器系统的频率响应进行成形。放大器2009可以提供信号增益或衰减。

应注意的是来自节点2003的信号可以是模拟的或数字的。此外，可以对不止一个节点2003进行分接以便由滤波器块2006和放大器2009来分析多个信号。如图21的示意性电路图中所示，在缓冲器／放大器2000下游的信号路径可以包括数字信号处理电路，诸如模数转换器(ADC)2100。因此，节点2003可以提供数字信号。信号处理电路2103可以包括模拟电路、数字电路或其组合。信号处理电路2103、滤波器块2006(图20)和放大器2009(图20)和本文所述的其他部件可以包括由存储在存储器中的指令控制的处理器或由该处理器来控制。因此，可以在没有RC滤波器的情况下实现本发明的某些实施例。此外，信号处理块2103的输出是数字的且可以被馈送到数模转换器(DAC)2106，并且可以将DAC2106的输出端耦合到电容器C_D的底部端子。

可以将滤波器块2006(图20)或信号处理块2103(图21)视为用于驱动电容器C_D的控制电路或驱动电容器C_D的电路，诸如DAC2106。

为了通过电容器C_D使期望信号的衰减最小化，应使到电容器C_D的反馈网络的期望频率的相位滞后(诸如在缓冲器／放大器2000(图20)的下游直至节点2003、滤波器块2006和放大器2009或信号处理器块2103(图21)和DAC2106或放大器1900(例如，如在图19中)，视情况而定，执行的信号处理)最小化。如所述，需要向电容器C_D的两个端子施加相同(或类似)的信号以从电路有效地去除电容器C_D。施加于电容器CO的两个端子的信号之间的相位差能够降低电路的有效性。另一方面，如果当向电容器C_D提供负反馈时，可以有利地使用180°异相的信号来使输入衰减。

可以不是始终将电容器C_D连接到通向缓冲器／放大器2000的信号路径2109(图21)，而是经由开关2113、诸如FET或任何适当开关将电容器C_D耦合到信号路径2109。可以由信号处理器块2103或由单独控制器(未示出)来控制2116开关2113。因此，电容器C_D可以在需要时被自动地接入信号路径2109以使信号衰减，并且电容器C_D可以在其不需要使信号衰减时自动地从信号路径2109断开连接。在不需要电容器C_D用于衰减时将其从信号路径2109断开连接降低总体系统噪声。可以在信号Vi的零交叉处或者尽可能接近于零交叉而将电容器C_D切换入信号路径2109和切换出来。然而，切换不需要是快速的。偶尔地，对几个循环的信号Vi进行箝位可以是可接受的。因此，只要开关2113的状态能够在要衰减的信号的小于几个循环内改变，切换时间就可以是足够的。

如所述，相对于图4，二极管403和406是高阻抗器件。二极管能够向信号线413中引入二极管结噪声。然而，大多数二极管结噪声由于MEMS扩音器元件C_M的电容而被滤出。滤波角频率由等式(25)给出，

f = \frac{1}{2 πR C_{M}} - - - (25)

其中，R是二极管403和406的阻抗。由于此滤波器而引起的噪声谱密度在约1—2Hz下在能量方面是相当高的。然而，噪声谱密度在滤波角之后下降且然后下降约20dB／十倍频程。因此，虽然二极管生成相当量的噪声，但噪声处于低频下，很好地在人可听范围以下。

有时具有在声频带内的极点和零的集成滤波器引入电路噪声。然而，假设大振幅信号衰减和由本发明的实施例提供的ASIC及其他电路的过载被预防，此类噪声的引入可以是可接受的。

本文所述的滤波器的电阻器优选地是用开关电容器实现的以减少被电阻器占用的空间的量。如本领域的技术人员将实现的，可以使用电容器的比而不是电阻器的比来实现信号增益。这种方案可以导致较低噪声实现。

虽然在图3和12-21中的电路描述中参考用于使信号衰减的电容器C_D，但电容器C_D不需要是纯电容性阻抗。此阻抗C_D可以例如用其他部件来实现，诸如电阻器、开关电容器电阻器、其他部件或其组合。此外，可以将多个电容器或其他部件结合在一起以形成阻抗C_D。此外，如所述，缓冲器/放大器可以具有除1之外的增益以及负增益，并且缓冲器/放大器可以具有差动输出，其负输出可以被用于反馈路径。

在缓冲器/放大器的输入端处的高通滤波器

在不期望频率到达缓冲器/放大器之前使其衰减的另一方案涉及到在缓冲器/放大器的输入端处实现自动控制(“可编程”)高通滤波器，诸如简单的一阶RC滤波器，如图22中所示。开关电容器电阻器2200和MEMS扩音器元件400的电容C_M形成RC滤波器。如所述，二极管阻抗与开关电容器电阻相比是如此高，以致于其阻抗能够被忽视。开关电容器电阻器2200的有效电阻由等式(26)给定，

R_{s} = \frac{1}{f_{ck} C_{s}} - - - (26)

其中，f_ck是驱动开关电容器电阻器2200的时钟频率。可以使用类似于上文参考图20和21所述的控制电路的控制电路2203来确定高通滤波器何时应被激活以及高通滤波器的滤波角。可以由用来驱动开关电容器电阻器的时钟频率来控制滤波角。

图23是其中与在图22的电路中不同地实现开关电容器电阻器的另一高通滤波器的示意性电路图。开关P1、P2、P3...被操作，使得开关闭合不会重叠。在这里，开关电容器电阻器的有效电阻由等式(27)给定，

R_{s} = \frac{N}{f_{ck} C_{S}} - - - (27)

其中，N等于电容器的数目，并且高通角频率由等式(28)给定。

f = \frac{1}{2 π R_{S} C_{M}} - - - (28)

已经描述了用于自动地抵消或衰减来自换能器、诸如MEMS或其他电容器扩音器的电信号的电路和方法。如所述，这些电路和方法可在信号可能包括不期望频率(诸如来自风震动)时应用。这些电路和方法还可以用来去除声学脉冲，诸如门砰地关上的声音。在此类脉冲的情况下，二极管403和406(图4)可以开始导通，从而从MEMS扩音器元件漏泄电荷，并且从而改变缓冲器/放大器输入端处的DC电压。通常，偏置电路补充损失的电荷。然而，可能要花费一定的时间以补充电荷。由于此类脉冲包括显著的低频分量，所以脉冲的至少一部分可以被本文所述的电路和方法抵消或衰减，从而减少或消除电荷损失问题。

图24描绘了图示出本发明的实施例的操作的流程图。在2400处，接收来自被配置用于处理来自电容换能器、诸如MEMS扩音器的电信号的电路下游的节点的信号。在2403处，自动地检测来自下游节点的信号是否满足频率相关标准。例如，如果信号包括在阈值频率以下的频率分量，或者如果信号包括在阈值频率以下且在阈值振幅以上的频率分量，则可以认为已满足标准。

在替换实施例中，可以使用除频率相关标准之外的标准。例如，该标准可以涉及到来自电容换能器的电信号的振幅。在这种情况下，在2403处，自动地检测来自下游节点的信号是否满足信号相关标准。例如，如果信号振幅(诸如频率中的所有频率中的总能量)超过阈值值，则可以认为已经满足标准。

在2406处，如果满足标准，则控制进行至2409。在2409处，阻抗被自动地有效地耦合到在信号处理电路的输入端处接收到的电信号。阻抗被配置用于使电信号衰减。如本文所述，通过向电容器的端子施加适当信号Vs′来增加电容器C_D的有效电容是将阻抗自动地有效地耦合到电信号的示例。同样地，如相对于图21所述，闭合诸如FET的开关以将电容器C_D连接到信号线是自动地有效地将阻抗耦合到电信号的示例。

已经描述了用于自动地衰减来自换能器、诸如MEMS扩音器的电信号的电路和方法。可以用由存储在存储器中的指令控制的处理器来实现这些电路和方法中的某些。存储器可以是适合于存储控制软件或其他指令和数据的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪速存储器或任何其他存储器或其组合。已经参考流程图和/或方框图描述了由该电路和方法执行的某些功能。本领域的技术人员将很容易认识到可以将流程图或方框图的功能、操作、判定等实现为计算机程序指令、软件、硬件、固件或其组合。本领域的技术人员还很容易认识到可以将定义本发明的功能的指令或程序以许多形式传送至处理器，包括但不限于永久地存储在不可传递不可写存储介质(例如计算机内的只读存储装置，诸如ROM，或者计算机I/O附件可读的装置，诸如CD-ROM或DVD磁盘)上的信息、可变地存储在不可传递可写存储介质(例如软盘、可移动闪速存储器和硬盘驱动器)上的信息和通过通信介质包括有线或无线计算机网络被传送至计算机的的信息。另外，虽然可以用软件来实现本发明，但可以可选地或替换地部分地和完全使用固件和/或硬件部件，诸如组合逻辑、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他硬件或某些硬件组合、软件和/或固件部件来体现实现本发明所需的功能。

虽然通过上述示例性实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将理解的是在不脱离本文公开的发明构思的情况下可以实现对所示实施例的修改和变更。例如，虽然已经参考流程图描述了电路和方法的某些方面，但本领域的技术人员很容易认识到可以将流程图的每个方框或方框组合的全部或一部分的功能、操作、判定等组合、分离成单独操作或按其他顺序执行。此外，可以以上文未列出的方式将公开方面或这些方面的各部分组合。相应地，不应将本发明视为局限于公开的实施例。

Claims

1.一种扩音器系统，包括：

换能器，包括被配置用于建立根据换能器接收到的声信号而变的电容的可振动结构；

第一电路，具有被耦合到换能器的输入端以经由输入端来接收根据换能器的可变电容而变的电信号，第一电路具有输出端且被配置用于处理接收到的电信号并在输出端处提供相应的已处理电信号；以及

第二电路，被耦合到第一电路的输入端和在第一电路的输出端下游的节点，第二电路被配置用于自动地检测来自下游节点的信号何时满足预定标准，并且作为响应，有效地将阻抗耦合到第一电路的输入端作为响应，其中，阻抗被配置用于使在第一电路的输入端处接收到的电信号衰减。

2.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，所述预定标准包括频率相关标准。

3.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，所述预定标准包括振幅相关标准。

4.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，所述阻抗包括电容器。

5.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中：

所述预定标准包括频率相关标准；

所述阻抗包括电容器；

所述电容器包括第一端子和第二端子；

所述电容器的第一端子被耦合到第一电路的输入端；以及

所述第二电路包括被耦合在下游节点与所述电容器的第二端子之间的滤波器。

6.根据权利要求5所述的扩音器系统，其中：

所述第二电路还包括缓冲器；以及

所述滤波器和所述缓冲器被共同地耦合在下游节点和所述电容器的第二端子之间，从而从下游节点向所述电容器的第二端子提供信号的已滤波和已缓冲型式。

7.根据权利要求6所述的扩音器系统，其中，所述滤波器包括高通滤波器，从而从下游节点向所述电容器的第二端子提供信号的已高通滤波和已缓冲型式。

8.根据权利要求6所述的扩音器系统，其中：

所述滤波器包括数字信号处理器；以及

所述缓冲器包括数模转换器。

9.根据权利要求6所述的扩音器系统，其中，所述缓冲器被配置用于提供具有大于1的绝对值的增益。

10.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，所述阻抗包括电阻器。

11.根据权利要求10所述的扩音器系统，其中，所述电阻器包括开关电容器。

12.根据权利要求10所述的扩音器系统，其中，所述电阻器包括开关电容器阵列。

13.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，所述第二电路被配置用于响应于来自下游节点的信号未满足预定标准的自动检测而有效地从第一电路的输入端去除阻抗。

14.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，所述第二电路被配置用于在第一电路的输入端处接收到的电信号的大约零交叉处有效地将阻抗耦合到第一电路的输入端。

15.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，如果来自下游节点的信号包含在预定能量级以上的预定频率，则满足所述预定标准。

16.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，如果来自下游节点的信号包含在预定能量级以上、在预定频率以下的频率分量，则满足所述预定标准。

17.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，如果来自下游节点的信号的预定义带宽的总能量超过预定级，则满足所述预定标准。

18.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，如果来自下游节点的信号的总能量超过预定级，则满足预定标准。

19.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，如果来自下游节点的信号包含具有至少一个预定振幅的预定频率分量，则满足所述预定标准。

20.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，所述预定标准被自动地调整。

21.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，所述预定标准是可响应于用户输入而调整的。

22.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，所述换能器包括MEMS扩音器。

23.根据权利要求22所述的扩音器系统，其中，所述MEMS扩音器、第一电路和第二电路被设置在单个集成电路外壳内。

24.根据权利要求1所述的扩音器系统，还包括：

被耦合到换能器的偏置电路；

第三电路，被配置用于：

响应于根据换能器的可变电容而变的电信号满足第二预定标准的检测而自动地生成校正信号；以及

向偏置电路施加校正信号，使得该校正信号抵消根据换能器的可变电容而变的电信号的不期望部分。

25.根据权利要求24所述的扩音器系统，其中，所述换能器包括MEMS扩音器。

26.根据权利要求25所述的扩音器系统，其中，所述MEMS扩音器、所述偏置电路、所述第一电路、所述第二电路和所述第三电路被设置在单个集成电路外壳内。

27.一种用于自动地使来自换能器的电信号衰减的方法，所述换能器包括被配置用于建立根据由换能器接收到的声信号而变的电容的可振动结构，具有被耦合到换能器的输入端以经由该输入端来接收根据换能器的可变电容而变的电信号的第一电路，所述第一电路具有输出端并被配置用于处理接收到的电信号并在输出端处提供相应的已处理电信号，所述方法包括；

接收来自第一电路的输出端下游的节点的信号；

自动地检测来自下游节点的信号是否满足预定标准；以及

如果来自下游节点的信号满足所述预定标准，则自动地有效地将被配置用于使在第一电路的输入端处接收到的电信号衰减的阻抗耦合到第一电路的输入端。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，检测来自下游节点的信号是否满足预定标准包括自动地检测来自下游节点的信号是否满足频率相关标准。

29.根据权利要求27所述的方法，其中，检测来自下游节点的信号是否满足预定标准包括自动地检测来自下游节点的信号是否满足振幅相关标准。

30.根据权利要求27所述的方法，其中，有效地耦合阻抗包括将电容器耦合到第一电路的输入端。

31.根据权利要求27所述的方法，其中：

自动地检测来自下游节点的信号是否满足预定标准包括对从在第一电路下游的节点接收到的信号进行滤波以生成已滤波信号；以及

有效地将阻抗耦合到第一电路的输入端包括：

将电容器的第一端子耦合到第一电路的输入端；以及

将已滤波器信号施加于电容器的第二端子。

32.根据权利要求27所述的方法，其中：

自动地检测来自下游节点的信号是否满足预定标准包括对从在第一电路下游的节点接收到的信号进行滤波和缓冲以生成已滤波缓冲信号；以及

有效地将阻抗耦合到第一电路的输入端包括：

将电容器的第一端子耦合到第一电路的输入端；以及

将所述已滤波缓冲信号施加于电容器的第二端子。

33.根据权利要求27所述的方法，其中，有效地将阻抗耦合到第一电路的输入端包括有效地将电阻器耦合到第一电路的输入端。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述电阻器包括开关电容器。

35.根据权利要求33所述的方法，其中，所述电阻器包括开关电容器阵列。

36.根据权利要求27所述的方法，还包括：

如果来自下游节点的信号不满足预定标准，自动地有效地从第一电路的输入端去除阻抗。

37.根据权利要求27所述的方法，其中，自动地检测来自下游节点的信号是否满足预定标准包括自动地检测来自下游节点的信号是否包含预定频率。

38.根据权利要求27所述的方法，其中，自动地检测来自下游节点的信号是否满足预定标准包括自动地检测来自下游节点的信号是否包含在预定频率以下的频率分量。

39.根据权利要求27所述的方法，其中，自动地检测来自下游节点的信号是否满足预定标准包括自动地检测来自下游节点的信号是否包含具有至少一个预定振幅的预定频率分量。

40.根据权利要求27所述的方法，还包括自动地调整预定标准。

41.根据权利要求27所述的方法，还包括响应于用户输入而调整预定标准。

42.一种扩音器系统，包括：

换能器，包括第一端子和第二端子以及被配置用于建立根据换能器接收到的声信号而变的电容的可振动结构；所述可变电容可在第一端子和第二端子之间检测到；

被耦合到换能器的第二端子的偏置电路；

第一电路，具有被耦合到换能器的第一端子的输入端以经由该输入端来接收根据换能器的可变电容而变的电信号，第一电路具有输出端并被配置用于处理接收到的电信号且在输出端处提供相应的已处理电信号；以及

第二电路，被配置用于：

响应于根据换能器的可变电容而变的电信号满足预定标准的检测而自动地生成校正信号；以及

43.根据权利要求42所述的扩音器系统，其中，所述第二电路包括滤波器和放大器，并被配置用于将校正信号生成为根据换能器的可变电容而变的电信号的已低通滤波和反相型式。

44.根据权利要求42所述的扩音器系统，其中：

所述滤波器包括数字信号处理器；以及

所述放大器包括数模转换器。

45.根据权利要求42所述的扩音器系统，其中，如果来自根据换能器的可变电容而变的电信号的信号在预定频率范围内包含超过预定量的能量，则满足所述预定标准。

46.根据权利要求42所述的扩音器系统，其中，所述预定标准被自动地调整。

47.根据权利要求42所述的扩音器系统，其中，所述预定标准是响应于用户输入可调整的。

48.根据权利要求42所述的扩音器系统，其中，所述换能器包括MEMS扩音器。

49.根据权利要求48所述的扩音器系统，其中，所述MEMS扩音器、所述偏置电路、所述第一电路和所述第二电路被设置在单个集成电路外壳内。