CN105657631B - 通过电源接口的麦克风配置和校准 - Google Patents

Abstract

提供了通过电源接口的麦克风配置和校准。一种采用在供电端子处接收供电电压的传感器接口操作的麦克风或者麦克风传感器系统。传感器接口基于供电电压的变化检测供电端的命令，并通信与命令有关的命令或者数据至传感器系统的部件。供电端子是进一步通过供电端子通信与传感器系统有关的数据的双向端子。

Description

通过电源接口的麦克风配置和校准

技术领域

本公开涉及麦克风设备，特别涉及通过电源接口配置和校准麦克风设备。

背景技术

麦克风系统工程致力于适应低功耗的大动态频率范围。微机电系统(MEMS)麦克风包括集成在芯片(例如，麦克风芯片或硅麦克风)上的系统，其中压力传感薄膜片被刻蚀至硅或者其它基片用于感测声频信号。MEMS麦克风可以具有芯片上的集成前置放大器或者在相同CMOS芯片或者MEMS芯片或者分离的ASIC裸片上诸如内置模数转换器(ADC)电路的其它集成部件，其使芯片能够作为已经能和各种现代数字产品集成的数字麦克风工作。这仍然需要具有能够更有效地处理数据并在操作上具有更大的变化性的集成元件的音频系统。

发明内容

根据本公开的示例实施例，提供了一种麦克风系统，具有能够更有效地处理数据并在操作上具有更大的变化性的集成元件的音频系统。

在本公开的第一方面中，提供了一种麦克风系统。该麦克风系统包括：传感器部件，传感器部件被配置为基于由薄膜变化产生的电气信号检测音频信号；数据路径部件，数据路径部件被配置为处理来自传感器部件的电气信号，以在输出端子产生输出信号；以及接口部件，接口部件包括供电端子，其中供电端子被配置为同时从电源接收供电信号并且接收或者传输一个或多个数据命令，以便传递与传感器部件或者数据路径部件相关的一个或多个参数。

在本公开的第二方面中，提供了一种麦克风设备。该麦克风设备包括：传感器，传感器被配置为检测音频信号并基于音频信号产生电气信号；传感器数据路径，传感器数据路径被配置为处理来自传感器的电气信号，以在输出端子处产生调制的输出信号；以及接口部件，接口部件包括供电端子并且被配置为通过供电端子接收模拟输入电压，以提供模拟输入电压至传感器数据路径并检测来自模拟输入电压的一组指令命令集合，其中接口部件被进一步配置为基于模拟输入电压中的变化来检测命令集合，并且将从命令集合获取的一个或多个参数值传递至传感器或传感器数据路径的处理部件。

在本公开的第三方面中，提供了一种用于麦克风系统的方法。该方法包括：经由传感器部件，基于由薄膜变化产生的电气信号检测音频信号；经由数据路径部件，处理来自传感器部件的电气信号，以在输出端子产生输出信号；以及经由接口部件在供电端子处从电源接收供电电压，并同时在供电端子处接收或者传输数据命令以传递与传感器部件或者数据路径部件相关的一个或多个参数。

附图说明

图1示出了根据各个方面的音频或麦克风系统的框图。

图2示出了根据各个方面的另一个音频或麦克风系统的框图。

图3示出了根据各个方面的音频或麦克风系统的接口部件的输入和输出通信图。

图4示出了根据所描述的各个方面的另一个音频或麦克风系统的框图。

图5示出了根据所描述的各个方面的另一个音频或麦克风系统的另一个框图。

图6示出了根据所描述的各个方面的用于音频或麦克风系统的方法流程图。

图7示出了根据所描述的各个方面的用于音频或麦克风系统的另一个方法的流程图。

具体实施方式

现将通过参考附图描述本公开，其中相同的参考标记始终用于指代相同的元件，并且其中所示结构和设备并不一定是按比例绘制的。如本文所使用的，术语“部件”、“系统”、“接口”等并不以在指代计算机相关的实体、硬件、(例如，执行中的)软件、和/或固件。例如，部件可以是电路、处理器、处理器上运行的进程、控制器、对象、可执行文件、程序、存储设备、计算机、具有处理设备的平板PC和/或移动电话。作为示例，在服务器上运行的应用和服务器也可以是部件。一个或多个部件可以属于一个处理器，并且一个部件可以位于一个计算机上和/或分布在两个或多个计算机上。一组元件或者一组其它部件可以在本文中描述，其中属于“一组”可以解释为“一个或多个”。

进一步地，例如，可以从其上存储有各种数据结构(诸如模块)的多个计算机可读存储介质执行这些部件。这些部件可以通过本地和/或远程处理器通信，诸如根据具有一个或多个数据包的信号(例如，来自一个部件与在本地系统、分布式系统和/或互联网，诸如，因特网、局域网、广域网或者具有其它系统的类似网络中的另一个部件的通过信号相互作用的数据)。

作为另一个示例，部件可以是具有通过由电气或电子电路操作的机械零件所提供的特定功能的装置，其中可以通过由一个或多个处理器执行的软件应用或者固件应用操作电气或电子电路。一个或多个处理器可以在装置内部或外部并且可以执行至少一部分软件或固件应用。作为又一个示例，部件可以是通过电子部件而不是机械零件提供特定功能的装置；电子部件可以包括在其内部的一个或多个处理器，以执行至少部分地赋予电子元件功能的软件和/或固件。

词汇示例的使用意在以具体的方式呈现构想。如本申请所使用的，术语“或者”意在表示包括“或者”而不是排除“或者”。即，除非特别说明，或者在上下文中是清楚的，“X使用A或者B”意在表示任何自然的包含性组合。即，如果X使用A；X使用B；或者X使用A和B，那么任何前面的例子满足了“X使用A或者B”。此外，本申请以及所附权利要求中使用的冠词“一”和“一个”一般解释为表示“一个或多个”，除非特别说明或者在上下文中清楚涉及单数形式。进一步地，在具体描述或者权利要求中使用的涉及范围的术语“包含”、“含有”、“拥有”、“有”、“具有”或者其变形，这种术语意在以类似术语“包括”的形式包括。

考虑到具有大动态范围和低功率的功能性音频部件的音频系统的上述缺陷，所描述的音频系统被配置为采用提供供电信号的双向接口操作。例如，芯片上的麦克风系统可以包括各种不同的接口引脚或者接口部件。在一个实施例中，包括电源接口的接口部件可以操作以使能为麦克风系统的一个或多个部件供电并在相同的电源接口接收和传递数据的电源电压。

接口部件可以包括麦克风芯片V_DD端或者供电引脚，其用于提供功率至麦克风芯片、麦克风系统或者可操作地连接到系统中的麦克风部件。麦克风系统可以包括各种接口，除了用于供电的V_DD接口，诸如用于传递时钟信号并基于时钟信号处理和控制数据的时钟端。该系统还包括将数据传递至系统或从系统传递数据的数据引脚，诸如处理或者调制输出，其中针对麦克风可以包括从系统的感测部件感测到的声频信号调制和获得电气信号。在另一个实施例中，麦克风系统还包括接口部件，其包括被配置为作为双向接口操作的单个接口端或引脚，以与系统部件来回传递数据，同时被配置为基于信号摆幅提供电源至麦克风系统的部件。

尽管独立的数据接口可以用于数字硅麦克风芯片，这种接口可以阻断“正常”数据输出，无论何时使用数据接口用于配置、校准或者测试数据。所描述的麦克风系统包括被配置为基于由膜变化产生的电气信号检测音频信号的传感器部件。数据路径部件被配置为处理来自传感器部件的电气信号，以在输出端产生输出信号。接口部件包括供电端，其被配置为从电源接收供电信号并同时接收或者传输一个或多个数据命令以传递与传感器部件或者数据路径部件相关的一个或多个参数。因此，单个接口可以提供电力至系统部件，提供用于修正部件设置的参数以及传递与部件相关的数据。在下面参考附图进一步描述本公开的其它方面和细节。

图1示出了根据各种方面的音频系统、麦克风系统或者麦克风传感器系统100的示例，其操作以便于资料和供电信号的通信，以提供动态范围的声频或者音频处理。音频系统100可以包括音频设备的音频部件，其可以包括，例如，记录设备(诸如麦克风、数字记录器等)、具有处理器和存储器的计算机系统、移动设备或者被配置为在音频范围内操作声音记录、声音处理或者通信的其它设备。音频系统100还可以包括用于处理声频或者音频信号的调制器处理部件以及其它部件。

例如，音频系统100可以包括硅麦克风(SIMIC)设备102、或者其它声音检测调制设备、接收部件或者具有编码器/解码器设备(CODEC)112的客户端部件。尽管讨论了硅麦克风，本领域技术人员还可以想象其它麦克风类型或者检测音频信号的音频设备。SIMIC设备102包括传感器部件104，诸如声频传感器或者MEMS部件，例如，用于根据导致了由音频信号作用在薄膜上产生的差值(例如，电压或者信号差值)的膜或薄膜的变化产生模拟信号。例如，传感器104可以操作以通过从音频信号的薄膜变化产生输入电压信号提供电气信号至专用集成电路(ASIC)106。ASIC 106可以包括本文所讨论的各种部件，其集成在独立位于另一个芯片(诸如CMOS芯片或者MEMS芯片)上的传感器部件104的相同的硅基片或者相同的ASIC芯片上。可替换地，传感器部件104和ASIC 106可以作为SIMIC设备102集成在相同的基片、裸片或者半导体封装上。

ASIC 106以及传感器部件104可以集成在单个声频封装中。ASIC接收信号，其可以是信号点或者对于不同极性具有差值信号路径的差值信号，其中传感器部件104对于感测信号分别可以是单板或者双板MEMS。ASIC 106操作用于在输入端接收电压信号，以执行信号读出和诸如模数转换的处理操作。ASIC 106可以操作用于处理低功耗电平的大动态信号范围，其中系统100的部件可以基于来自相同的接口的数据被配置为电源接口，诸如接口部件108。ASIC 106可以根据通过接口部件108提供的数据和供电信号处理来自传感器部件104的信号。

接口部件108可以包括操作用于提供供电信号(例如，电源电压或电流)至系统的一个或多个其它部件的单个供电端，用于供电。例如，接口部件108可以包括从内部或外部电源(诸如用于为传感器部件104或者数据路径部件110的部件供电的电流或者电压源)提供电源电压至系统100的V_DD接口。

数据路径部件110可以包括用于信号处理的一个或多个不同部件。例如，数据路径部件110可以包括高阻偏置网络和用于缓冲输入至数据路径部件110的数据处理路径的MEMS信号或者其它传感器信号的缓冲器、放大器或者衰减器。例如，可以通过设置足够高的MEMS接口电路的供电电平克服电压摆幅的限制，例如，通过使用调节的电源电压的内部乘法。然后数据路径部件110可以用于处理从传感器部件104产生的电气信号，以在输出端116产生输出信号至外部系统或者设备，诸如数字信号处理器114的CODEC 112，其中CODEC112可以是通过数字信号处理器114编码或者解码数字信号流或者信号的设备或者计算机程序。系统100可以进一步包括处理器118以及可以存储通过处理器118执行的可执行命令的存储器120。

在一个方面，接口部件108包括被配置为从电源接收供电信号的供电端，以提供功率信号(即，供电电压或者供电电流)至传感器部件104或者数据路径部件110。接口部件108被配置为同时接收或者传输一个或多个数据命令以在接收或者传输数据的同时传递与传感器部件或者数据路径部件相关的一个或多个参数。例如，该数据可以被传递以指示参数或者一个或多个部件的设置(例如，增益设置或者增益参数)而接口部件108还在相同端或者引脚(例如，V_DD或者供电端)接收供电电压。

在另一个实施例中，接口部件108可以操作作为双向接口，其以用于在传输或者接收数据的两个不同方向通信。例如，接口部件108的接口端或者引脚可以用于提供电压源和数据至系统100。例如，数据可以根据接口部件108的供电电压中的供电电压电平变化被检测。接口部件108可以从电压摆幅获得数据并传递信息、命令、参数、设置或者其它这种数据至麦克风或者音频系统100的部件，以配置麦克风信号的操作过程。额外地或者可替换地，接口部件108可以基于电流消耗变化经由相同的端点通信或者传递信息。电流电平变化可以通过接口部件108根据系统部件中或者整个系统中的消耗变化的函数检测。接口部件108可操作在数字或者模拟硅麦克风设备/系统中而不干扰传感器部件104、数据路径部件108或者诸如所指定的数据接口的任何其它接口、时钟接口或者其它接口的功能。

接口部件108操作用于接收或者传输命令以操作传感器部件104或者用于通过数据路径部件110处理音频信号的一个或多个部件。额外地，接口部件108确定来自命令的一个或多个参数。例如，参数可以包括校准设置、电压偏置、电流偏置、用于带增益控制的部件的增益设置、时钟值、接口驱动器的幅值设置、数字振荡器电平、内部局部振荡器频率或者相位、反馈值、(例如，对于电压膜引入量的)电压引入值、薄膜灵敏度级别、(例如，对于整个温度或者过程变化的精确度的)移动设备前端的移动设备前端功能测试值、其它参数或者操作设置中的至少一项。例如，前端可以包括通信平台，其包括电子部件以及通过一个或多个接收器、传输器或者移动通信的其它部件提供加工、处理或者使接收到的或者传输的信号成型的有关的电路。

接口部件108被配置为从由供电信号的供电电压中的变化检测到的一个或多个命令获得参数。接口部件108进一步基于从命令获得的一个或多个参数产生数字信号并有助于具有从参数或者命令获得的数字信号的传感器部件或者数据路径部件的一组操作。例如，这些操作可以包括校准操作，其发起对于传感器部件或者数据路径部件的过程设置，诸如增益设置、偏置设置、内部电流消耗、局部振荡器频率设置或者可以校准或者控制对于数据路径部件110的设置的其它参数。操作还可以包括基于(例如，针对MEMS中的薄膜敏感度的)电压响应级别、时钟周期、计数值、过程或者算术起始序列产生或者指定操作模式、传感器或者其它部件的敏感度级别的配置操作，诸如不同功率电平的操作模式，安全操作模式包括具有不同数据字节、通信冗余数据率或周期、偏置电平(例如，电压偏置、电流偏置)或者对于传感器部件或者数据路径部件的过程参数电平的另一个模式的一组通信协议。此外，操作可以包括测试操作，其产生回路路径值、传感器部件或者数据路径部件的特征值或者测试电平。因此，接口部件108可以通过供电端接收并确定来自电压信号或者其它供电信号的通信或者命令，为了有助于校准操作、配置操作或者测试操作而不干扰麦克风系统100的功能，诸如响应于感测的音频信号的输出数字数据。

在另一个方面，接口部件108可以获得来自电压摆幅的写入数据，以针对麦克风100的一个或多个部件执行写入操作。额外地，可以通过相同的接口端基于电流摆幅产生读取操作。例如，还可以通过接口部件108产生其它命令，诸如擦除命令、重写、接口关闭或者其它系统命令。

现参考图2，示出了根据各方面的通过接口端传递数据和供电信号的麦克风和音频系统。系统200包括与上面所述类似的部件，并且进一步包括通信输入部件202、通信输出部件204、逻辑部件206和供电端208。

系统200可以包括麦克风设备和操作作为模拟麦克风设备或者数字麦克风设备工作的声频设备201，其中设备201的部件用于在模拟领域、数字领域或者模拟或数字相结合的领域中接收和通信。例如，接口部件可以包括供电端子208，并且进一步包括用于采用麦克风设备201的部件输入和输出一个或多个信号或者数据的额外的模拟接口端或者数字端。供电端208可以包括单个端子或者引脚，用于接收诸如模拟电压信号的供电信号，用于为数据路径部件110或者传感器部件104的一个或多个部件供电。供电端208可以使能接口部件108操作为被配置为基于信号摆幅接收和传输一个或多个命令的双向接口。例如，在接收供电电压作为供电信号时，可以因此同时通过供电端208接收或者通信命令命令。

麦克风系统部件可以工作在电压范围内，例如，其中电压摆幅的限制可以通过使用内部相乘的调节的供电电压设置MEMS接口电路的供电电平克服。供电电压可以因此工作在电压范围内，其使能产生的摆幅而不干扰操作并且还在系统中通信用于制定操作的数据。

例如，输入部件202可以操作用于方便系统200外部的一个或多个设备或者系统200内部部件的通信。输入部件202，例如，被配置为基于在接口部件的供电端208处接受的供电信号的电压电平变化确定或者获得数据命令。输入部件202可以检测供电端208的电压摆幅，还可以用于基于检测到的电压摆幅获得命令。输入部件202和逻辑部件206用于确定来自命令的参数并通信传感器部件104或者数据路径部件110的参数，以有助于控制设置、操作参数或者用于通过麦克风系统200产生的信号处理的编程操作。

输入部件202可以包括耦合至逻辑部件206的比较器(未示出)，以便将电压摆幅幅值和参考值进行比较。例如，输入部件202可以比较电压摆幅和预定阈值或者参考值。基于所满足的预定阈值的条件，一个或多个字节可以与电压摆幅相关。例如，预定阈值上的电压摆幅可以等于1，而低于预定阈值的电压摆幅可以等于零。输入部件202还可以实现反转，其中低于阈值的指示为1而高于阈值的为零。例如，输入部件202进一步用于提供和逻辑部件206的比较，然后其有助于从一组逻辑字节中的供电信号波动、变化或者摆幅获得一个或多个命令。例如，逻辑部件206在字节内传递输入至数据路径部件110或者传感器部件104的指定部件的命令、操作参数或者设置。因此，逻辑部件206操作用于控制与数据路径部件110或者传感器部件104的部件相关的一个或多个信号处理或者操作，用于信号处理、配置、校准或者测试。

输出部件204用于确定与传感器部件或者数据路径部件有关的信息，并通过接口部件108的供电端208传输一个或多个命令中的信息。例如，输出部件204可以检测来自一个或多个部件的电流消耗，并且通过供电端208传递从电流变化获得的数据。逻辑部件206可以从检测到的电流波动或者变化获得一个或多个命令或者数据信号。然后数据可以通过供电端208传递并同时在相同的端点接收供电电压。

参考图3，示出了通过接口部件108接收的通信300的示例。如上所述，输入部件202用于基于接收的供电信号的电压电平变化产生数据命令，供电信号同时为麦克风设备的一个或多个部件供电。例如，供电电压可以大约为2V，其中供电电压可以在2V和2.8V之间摆动，或者供电电压可以取决于部件的结构工作在不同范围内。例如，预定阈值可以包括2V～2.8V的范围或者特定的阈值电平，诸如大约2.5V或者2.9V，其中预定阈值可以工作为分离或者区分通信数据的摆幅和正常操作电源摆幅的分隔。例如，响应于在某个时间区间大于或者小于阈值的供电信号的幅值，可以检测逻辑1用于第一位，并响应于在不同时间区间大于或者小于阈值的供电信号的幅值，可以确定逻辑0。

在一个示例中，电压序列302可以起始于预定阈值范围内或者预定电压范围内，其中通过输入部件202接收和检测该序列，例如，并且在逻辑部件206中进一步产生用于在麦克风系统中的进一步通信。例如，电压序列302可以作为低信号边沿发起。响应于满足预定阈值调节的电压摆幅，诸如超出电压范围，产生一个字节命令的1或者0。例如，命令可以包括一组N位，诸如4位、8位或者其它数量的字节(例如，16位)，其中N是大于1的整数。计数器(未示出)或者时钟可以指示时间，其中电压摆幅在该时间内满足或者超出阈值范围。响应于第一时间大于第二时间，可以产生1作为第一位，例如，其可以是最高有效位(MSB)或者最低有效位(LSB)。响应于第二时间小于第一时间，可以产生0作为第二位，例如，其可以是LSB或者MSB。

还可以预见从供电端的信号摆动获得命令的其它示例。例如，可以基于在某些时间小于电压范围的电压摆动满足阈值电压范围或者电平。额外地或者可替换地，电压范围可以包括恒定电压电平，其中降低表示一个字节命令的1或者0，或者升高表示一个字节命令的1或者0。例如，命令序列可以以低电压边沿或者在用于确定通信的特定电平或者范围内的电压结束。例如，在某个时间量内的中止306或者低信号期间可以指示命令的结束，以及针对固定命令长度特定数量的字节的确定。

此外，命令可以被划分为指示将要实现的一个或多个不同参数、操作、配置、校准或者测试过程的段。命令可以是数字数据字、字节或者字节的其它形式，例如，其包括命令代码部分、地址部分和数据部分。命令代码段可以识别操作(例如，写入、擦除、感测、存储、停止等或者与特定信号处理部件相关的其它过程)。例如，设置可以是如上所述的数值或者模式操作，或者用设置值的操作过程的启动。命令可以启动用于测试过程或者校准过程的一个操作或者多个操作。例如，命令还可以提供部件配置以操作在特定模式或者特定频率范围或者用于测试、校准或者设置飞行中或者场内的部件的功率范围。地址端可以识别命令是在哪里实现的或者传递到哪里，以及数据部件可以包括用于建立部件操作、配置或者测试的一个或多个数值、增益设置、模式控制数据。

例如，输出部件204采用类似于上面所述的与输入部件有关的方式确定与传感器部件104或者数据路径部件110相关的信息，但是基于在麦克风系统内部件的电流波动或者摆幅，诸如来自ASIC 106或者数据路径部件110。例如，通过输出部件204使用电流摆幅，以通过感测与某个电流消耗阈值或者电流消耗范围或者电平相关的摆幅获得用于通信的命令。逻辑部件206可以产生来自所检测的电流电平变化的一个或多个命令并通过供电端208外部使能命令的通信。因此，当接收为麦克风系统供电的供电信号时，供电端是接收和传输数据命令的双向端子。

在一个示例中，电流通信或者输出通信304可以是基于电流电平和电流变化或者摆幅的。例如，电流电平可以包括200微安，其中可以加入800微安以指示超过阈值的更高电流。响应于高于阈值的电流，在字节间隙中可以指示1，其对应于某个时间区间。响应于不大于阈值的电流，电流摆幅可以在某个时间区间内指示一个字节的0。可替换地或者额外地，可以预见诸如上述关于电压命令的其它协议或者变形。

在另一个实施例中，用于确定分别与接收或者传输数据有关的电流变化或者电压变化的阈值可以从一个范围修正为另一个范围。通过来自供电端的通信数据可以对该系统或者系统的部件进行编程，以工作在不同功率设置。响应于输入的供电设置或者配置，系统或者部件可以以第二个不同阈值操作，用于基于与第二阈值有关的电压摆幅或者电流摆幅确定通信，而以不同功率范围操作，诸如对于不同范围的不同功率模式。例如，配置或者设置(例如，增益或者偏置设置)可以通过经过供电端208的数据命令传输独立地改变，以修正输出端116处的系统输出，例如，当工作在不同功率电平时，系统200还可以动态地修改以确定不同摆幅阈值的数据命令。

参考图4，示出了根据各个方面的麦克风系统400的另一个示例。系统400包括与上面所述类似的部件以及额外的部件。例如，接口部件108进一步包括启动部件402、校验和检查部件404和超时部件406。例如，数据路径部件110包括充电泵408、输入偏置电路410和处理部件412。

数据路径部件110可以包括用于基于检测的声频或者音频信号产生输出的一个或多个处理部件。音频系统400可以是包括麦克风(例如，数字硅麦克风)的差分音频系统，其包括MEMS传感器部件104和包括处理部件412的数据路径部件110。例如，处理部件412可以包括连续时间MEMS接口、开关电容增量校验和(delta-sigma)调制器、电压乘法器或者其它信号处理部件。

ASIC(未示出)的数据路径部件110可以通过充电泵408提供高压偏置给传感器部件104，其可以基于通过供电端208接收的一个或多个命令设置或者偏置。传感器部件104通过数据路径部件110提供电压信号作为差分信号或者作为单端信号至ASIC的读取部件，其可以包括耦合其内部的部件的差分处理路径或者单端处理路径。此外，例如，传感器部件104可以包括双背板MEMS，或者用于检测一个或多个物理参数的其它传感器元件。例如，偏置电压通过充电泵408馈入至传感器部件104的薄膜，其可以通过接口部件108所接收的命令校准或者设置。

此外，例如，输入偏置电路410可以包括吉欧(Giga-Ohm)偏置电路，或者进一步提供电压或者电流操作点至数据路径部件110的其它偏置电路。例如，其中充电泵408和偏置电路410均被设置为低阻抗，在充电相结束时，两个部件均切换为高阻抗模式，因此传感器部件104的MEMS电容可以吸收该变化(例如，电压灵敏度或者V引入)。随着薄膜的移动，电容器值改变，可以在ASIC输入使用一个或多个处理部件412读取电压，诸如MEMS缓冲器，例如，其可以用于驱动进一步包括环路滤波器、数字转换器(例如，跟踪式数位转换器)或者用于提供输出的其它部件。

在一个方面，输入部件202可以包括比较电压摆幅和作为阈值的电压参考的比较器414，例如，比较器414基于差值产生字节值，或者提供比较结果至逻辑部件206，用于采用字节命令产生通信。然后输出电流摆幅可以进一步通过一个或多个可变电流源416，并用于基于从输出部件204和逻辑部件206获得的一个或多个电流命令在供电端208外部通信。

输出部件204还可以包括被配置在电流镜电路418或者其它结构中的一个或多个晶体管开关，其可以耦合至电流源、开关或者其它部件，以读取电流(例如I_DD)的变化并产生与电流摆幅相关的数据。输出部件204可以操作用于基于电流消耗电平交替电流信号，诸如高I_DD或者低I_DD，并提供数据至逻辑部件206。逻辑部件进一步通过端子208传递作为输出的数据，其包括与系统400的部件相关的命令数据或者读取数据。

输出部件204还可以被配置为检测或者产生来自系统400或者系统的一个或多个部件的电流电平变化。然后输出部件204进一步提供数据输出至逻辑部件206，其通过供电端子208产生命令数据。因此，逻辑部件206操作用于实现基于输入部件202写入命令至系统400的部件，并根据输出部件204产生读取命令。

在另一个方面，图4的接口部件108包括启动部件402、校验和检查部件404和超时部件406。启动部件402被配置为检测传感器部件或者数据路径部件110的部件的电源相，诸如充电泵408、输入偏置电路410、处理部件412或者系统400的其它部件。启动部件402用于响应于检测的电源相激活接口部件108，以及响应于电源相的完成禁用接口部件108。例如，电源相可以为启动部件402检测的麦克风设备102供电。额外地或者可替换地，启动部件402可以进一步检测来自供电信号的一个或多个命令的缺失。例如，启动部件402可以响应于检测到没有在特定时间区间或者启动相完成时传递数据，进一步用最小的功率禁用、脱离或者操作睡眠模式来自供电端208的接口部件108。额外地或者可替换地，启动部件402可以基于与阈值有关的信号摆幅改变系统的一个或多个部件的功率模式或者用于数据检测的阈值。

校验和部件404被配置为产生一个或多个命令的校验和检查操作，以及检测一个或多个命令的字节是否满足与数据集成程度相关的第一预定阈值。例如，一组校验和检查字节可以集成在通过供电端108子从外部部件接收的命令中或者采用系统400的一个或多个的通信集成。此外，例如，超时部件406被配置为产生与在接口部件108中处理的命令相关的超时序列，以及根据满足时间阈值的超时序列取消一个或多个命令。因此，接口协议可以按一个方式实现，使得“错误的”命令(通过校验和检查的保护等)或者不适当的通信命令不会引起不需要的信息传递。例如，通过实现超时，超时部件406还可以抑制“死锁”或者通过对实现的命令序列超时而不能在通信中处理。

参考图5，示出了可以用于通过相同的接口208通信数据和供电信号的麦克风系统的另一个示例。例如，系统500可以是数字系统、模拟系统或者同时包含数字和模拟部件。麦克风设备102可以包括供电端子208、接地端子502和输出端子504。输出端子504可以是用于通信差分信号的差分输出或者用于通信单端信号的单端输出。在数字实现的情况下，输出端子可以包括用于传递与麦克风相关的数据的数据端子或者引脚，诸如声音数据或者除了声音数据之外的其它数据，或者从接口部件108分离的其它数据。例如，输出端子504可以包括用于通信时钟值的时钟引脚，或者用于传递与左声道或者右声道或者扬声器信息相关的数字数据的左/右端子。

此外，数据路径部件110可以包括用于一个或多个电气信号的调制的调制器或者调制器部件506。在麦克风应用中，将处理的电压摆幅是较小的，调制器上出现的电压摆幅以及输入端的电压差分以这种方式与麦克风可以捕获的声压电平(SPL)直接相关。通常，演讲的声压电平低于大约94dB SPL。然而，大声的通信，诸如大声的音乐可以高达大约120dBSPL，其根据对MEMS产生的几百毫伏范围内的电压MEMs敏感度改变。例如，该电路能够甚至使用1.5V的电源和低电压应用处理这些电压。然而，如果已经处理了非常大的声音(例如，高达140dBSPL)，那么电压电平增加20dB，并且因此MEMS的信号摆幅可以达到好几伏。通过用设置或者校准的电压提供数据路径部件110的一个或多个部件，那么被馈入调制器部件506的信号可以变化，并且麦克风的动态范围可以因此改变。在一个示例中，可以启动反馈回路，基于在系统500的输入端接收的输入信号通过供电端子208传递变化的命令。反过来，例如，可以产生改变传感器104或者数据路径部件110的一个或多个设置、参数、操作或者模式的命令。

尽管本公开所描述的方法在本文中作为一系列动作或者事件示出和解释，可以理解的是这种动作或者事件的说明性顺序不应该被解释为限制意义。例如，某些动作可以发生在不同顺序中和/或与除了本文所示出和/或所描述的动作或者事件以外的其它动作或者事件同时发生。此外，不需要所有所示出的动作来实现本文所描述的一个或多个方面或者实施例。进一步地，本文所解释的一个或多个动作可以在一个或多个分离的动作和/或相中执行。

参考图6，示出了根据各个方面的通过单个供电端子使得与具有片上的传感器系统的麦克风设备通信的方法600。步骤602，通过芯片上的麦克风设备(例如，设备102)经由供电端子(例如，供电端208子)接收模拟输入电压。

步骤604，传感器(例如，传感器部件104)检测音频信号并基于检测到的音频信号产生电气信号。

步骤606，传感器数据路径(例如，数据路径部件110)处理从传感器获得的电气信号，以在输出端产生调制的输出信号。

步骤608，包括供电端子的接口部件(例如，接口部件108)通过供电端接收模拟输入电压，以提供模拟输入电压至传感器数据路径并检测来自模拟输入电压的一组命令。接口部件208进一步被配置为获得来自一组命令的一个或多个参数值并通信一个或多个参数值至充电泵或者传感器数据路径的处理部件。例如，接口部件208进一步被配置为基于通过供电端接收的命令产生数据写入操作或者读取操作至存储器。

现参考图7，示出了用于具有芯片上的声频传感器系统的麦克风系统的方法700的另一个示例。该方法起始于步骤702，麦克风系统在芯片上的传感器的模拟输入端子处接收供电电压。步骤704，方法700包括基于供电电压通过芯片上的传感器系统的接口部件检测来自模拟输入端子的数据命令。

该方法可以进一步包括产生(例如，逻辑部件206)与芯片的传感器系统的操作参数有关的一组数据，并通过模拟输入端传输与操作参数有关的一组数据。

额外地或者可替换地，方法包括基于供电电压的幅值或者其它信号参数(例如，频率)的变化从数据命令获得参数值，诸如通过输入部件202。数据命令可以有助于传感器数据路径或者用于芯片上的传感器系统的充电泵408的处理部件的校准、配置或者测试。接口部件108可以进一步操作用于在接收供电电压时通过模拟输入端产生双向通信。与芯片上的传感器系统的操作参数相关的一组数据可以进一步基于接口部件处接收的电流的变化产生，然后通过模拟输入端传输。例如，参数可以包括用于通信测试数据、操作数据或者配置数据的数据，以有助于与系统的信号处理部件的测试、操作或者配置相关的操作。

本主题公开的所示实施例的上述描述，包括摘要中所描述的，并不意在详尽地或者限制所公开的实施例至所公开的精确形式。尽管本文所描述的具体实施例和示例是用于说明性的目的，相关领域的技术人员可以认识到在这些实施例和示例的范围内考虑的各种修改是可能的。在这方面，尽管所公开的主题已经结合各种实施例和相应的附图描述，适用时，应当理解可以使用其它类似地实施例，并且可以对所述实施例作出修改和添加用于执行而不脱离所公开的主题相同、相似、可替换的或者替代功能。因此，所公开的主题不应当限制为本文所描述的任何单个实施例，而应当被解释为下面所附权利要求的广度和范围。

特别地，对于通过上述部件或结构(组件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，用于描述这种部件的术语(包括“装置”的引用)意在对应执行所述部件的特定功能的任何部件或者结构(即，是功能上等价的)，除非特别指明，即使不是结构上等价于执行本文中本发明所示的示例性实现方式所公开的结构。此外，尽管可能已经公开了仅仅与多个实现方式中的一个有关的具体特征，这种特征可以与所期望的其他实现方式的一个或多个其它特征以及任何所给出的或者具体应用的优点相结合。

Claims (24)

1.一种麦克风系统，包括：

传感器部件，所述传感器部件被配置为基于由薄膜变化产生的电气信号检测音频信号；

数据路径部件，所述数据路径部件被配置为处理来自所述传感器部件的所述电气信号，以在输出端子产生输出信号；以及

接口部件，所述接口部件包括供电端子，其中所述供电端子被配置为同时从电源接收供电信号并且接收或者传输一个或多个数据命令，以便传递与所述传感器部件或者所述数据路径部件相关的一个或多个参数。

2.根据权利要求1所述的麦克风系统，进一步包括：

通信输入部件，所述通信输入部件被配置为基于所接收的供电信号的电压电平的变化确定所述一个或多个数据命令，确定来自所述一个或多个数据命令的一个或多个参数，以及传递所述一个或多个参数至所述传感器部件或者所述数据路径部件。

3.根据权利要求1所述的麦克风系统，进一步包括：

通信输出部件，所述通信输出部件被配置为确定与所述传感器部件或者所述数据路径部件相关的信息，并通过所述接口部件的所述供电端子传输所述一个或多个数据命令中的、与所述传感器部件或者所述数据路径部件相关的所述信息。

4.根据权利要求2所述的麦克风系统，其中所述通信输入部件进一步被配置为基于所述传感器部件或者所述数据路径部件中的电流消耗的变化产生所述一个或多个数据命令。

5.根据权利要求1所述的麦克风系统，其中所述接口部件包括双向接口，所述双向接口被配置为在接收供电电压作为所述供电信号以为所述传感器部件或者所述数据路径部件供电的同时，通过所述供电端子接收和传输所述一个或多个数据命令。

6.根据权利要求1所述的麦克风系统，其中所述接口部件被进一步配置为确定来自所述一个或多个数据命令的所述一个或多个参数，包括校准设置、电压偏置、电流偏置、振荡器时钟值、接口驱动器的幅值设置、数字振荡器电平、反馈值、电压引入值或者前端功能测试值中的至少一项。

7.根据权利要求1所述的麦克风系统，进一步包括：

逻辑部件，所述逻辑部件被配置为基于所述供电信号的供电电压中的多个变化，从变化确定所述一个或多个数据命令的所述一个或多个参数，基于所述一个或多个参数产生数字信号，并且用所述数字信号产生所述传感器部件或者所述数据路径部件的操作集合。

8.根据权利要求7所述的麦克风系统，其中所述操作集合包括以下项中的至少一项：发起针对所述传感器部件或者所述数据路径部件的处理设置的校正操作、产生针对所述传感器部件或者所述数据路径部件的偏置电平或者处理参数电平的配置操作、或者产生所述传感器部件或者所述数据路径部件的回路路径值、特征值或者测试值的测试操作。

9.根据权利要求1所述的麦克风系统，进一步包括：

启动部件，所述启动部件被配置为检测所述传感器部件或者所述数据路径的供电相位，响应于所检测到的供电相位激活所述接口部件，并且响应于所述供电相位的完成或者来自所述供电信号的所述一个或多个数据命令的缺失的检测来禁用所述接口部件。

10.根据权利要求1所述的麦克风系统，进一步包括：

校验和部件，所述校验和部件被配置为产生对所述一个或多个数据命令的校验和操作，以及检测所述一个或多个数据命令的字节是否满足数据集成水平的第一预定阈值；以及

超时部件，所述超时部件被配置为产生与所述一个或多个数据命令有关的超时序列，以及响应于所述超时序列满足第二预定阈值而取消所述一个或多个数据命令。

11.一种麦克风设备，包括：

传感器，所述传感器被配置为检测音频信号并基于所述音频信号产生电气信号；

传感器数据路径，所述传感器数据路径被配置为处理来自所述传感器的所述电气信号，以在输出端子处产生调制的输出信号；以及

接口部件，所述接口部件包括供电端子并且被配置为通过所述供电端子接收模拟输入电压，以提供所述模拟输入电压至所述传感器数据路径并检测来自所述模拟输入电压的一组指令命令集合，其中所述接口部件被进一步配置为基于所述模拟输入电压中的变化来检测命令集合，并且将从所述命令集合获取的一个或多个参数值传递至所述传感器或所述传感器数据路径的处理部件。

12.根据权利要求11所述的麦克风设备，其中所述接口部件进一步被配置为并传递所述一个或多个参数值至充电泵或者所述传感器数据路径的所述处理部件。

13.根据权利要求11所述的麦克风设备，其中所述接口部件进一步被配置为采用从所述命令集合获得的所述一个或多个参数值产生所述传感器数据路径的校准、配置和测试，并通过所述供电端子基于来自所述接口部件的所述传感器数据路径的所述校准、所述配置或者所述测试来传递数值。

14.根据权利要求11所述的麦克风设备，其中所述传感器包括微机电传感器，所述微机电传感器被配置为基于薄膜的变化检测所述音频信号并产生所述电气信号，并且其中所述传感器数据路径包括所述处理部件和充电泵，所述处理部件处理从所述传感器获得的所述电气信号，以及所述充电泵被配置为基于所述模拟输入电压和来自所述供电端子的所述命令集合提供供电电压至所述微机电传感器或者所述处理部件。

15.根据权利要求11所述的麦克风设备，其中所述接口部件进一步被配置为基于来自所述传感器或者所述处理部件的电流变化通过所述供电端子传输与所述传感器或者所述处理部件相关的数据。

16.根据权利要求11所述的麦克风设备，其中所述接口部件进一步被配置为基于通过所述供电端子接收的所述命令产生数据写入操作或者读取操作至存储器。

17.一种用于麦克风系统的方法，包括：

经由传感器部件，基于由薄膜变化产生的电气信号检测音频信号；

经由数据路径部件，处理来自所述传感器部件的所述电气信号，以在输出端子产生输出信号；以及

经由接口部件在供电端子处从电源接收供电电压，并同时在所述供电端子处接收或者传输数据命令以传递与所述传感器部件或者所述数据路径部件相关的一个或多个参数。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

产生与所述传感器部件的操作参数有关的数据集合；以及

通过所述供电端子传输与所述操作参数有关的所述数据集合。

19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

基于所述供电电压的幅值变化从所述数据命令获得参数值；以及促进所述传感器部件充电泵或者传感器数据路径的处理部件的校准、配置或者测试。

20.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

基于在所述接口部件处接收的电流的变化产生与所述传感器部件的操作参数有关的数据集合；以及

通过所述供电端子传输与所述操作参数有关的所述数据集合。

21.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

在通过所述供电端子接收所述供电电压时，通过所述供电端子产生双向通信。

22.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

基于来自所述供电端子的检测到的数据命令，将增益设置传递至所述传感器部件的传感器数据路径的处理部件。

23.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

提供来自所述供电端子的所述供电电压至所述传感器部件；

基于所述供电端子处的所述供电电压的变化产生数字化的数据字；以及

传递所述数字化的数据字至所述传感器部件，以配置至少一个操作参数，所述至少一个操作参数促进由所述传感器部件检测到的音频信号的处理。

24.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

通过所述供电端子传递来自测试操作的测试数据，所述测试操作由去往所述传感器部件的所述数据来促进。