CN105917668A - 用于频率检测的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

专用集成电路(ASIC)与声学装置一起使用。接收输入时钟信号。确定输入时钟信号的频率，并且该频率指示ASIC的多个操作模式中的一个。基于所确定的频率，改变提供给ASIC的一个或更多个操作块的电流量。

Description

用于频率检测的设备和方法
相关申请的交叉引用
本专利在35U.S.C.§119(e)下要求于2013年10月21日提交的题为“ApparatusAnd Method For Frequency Detection”的美国临时申请第61893453号的益处，其内容通过引用完全结合于此。
技术领域
本申请涉及麦克风，并且更特别地涉及这些麦克风的操作。
背景技术
麦克风通常由两个主要组件构成：微机电系统(MEMS)装置，该MEMS装置接收声能并且将声能转换成电信号；以及专用集成电路(ASIC)(或其它电路)，该ASIC从MEMS装置获得电信号并且对该信号执行后处理和/或缓冲该信号以用于在较大电子环境中的之后电路级。
ASIC的输出可以为模拟形式或者为数字形式，并且具有提供数字输出的ASIC的麦克风通常被称为数字麦克风。近年来，数字麦克风在便携式电子设备中并且特别是在移动电话内变得越来越流行。
与模拟麦克风相比，数字麦克风提供附加功能性，并且提供对麦克风的操作的更好控制。例如并且在使用数字麦克风的许多电子系统中，期望电子系统的多模式操作。多模式操作是指电子系统可以以具有较高电流消耗的全性能、具有较低电流消耗的较低性能工作的操作模式、以及针对非常低功率消耗的无性能的待机模式。这样的多模式操作要求麦克风能够支持这样的操作模式。
不幸的是，先前方法尚未充分解决这些问题。这导致一些用户对这些先前方法不满意。
附图说明
为了更完全地理解本公开，将对以下详细描述和附图作出参考，其中：
图1包括根据本发明的多种实施方式的在麦克风中使用频率检测的系统的框图；
图2包括示出在此根据本发明的多种实施方式描述的频率检测方法的操作的一个示例的图表；
图3包括根据本发明的多种实施方式的具有频率检测的专用集成电路(ASIC)的框图。
本领域技术人员将想到，为了简单和清楚的目的示出图中的元件。还将想到，可以以特定发生顺序来描述或描绘特定动作和/或步骤，然而本领域技术人员将理解，实际上不要求关于顺序的这样的特殊性。还将理解，除了在此另外阐述特定含义的情况之外，在此使用的术语和表达具有与关于其相应各自调查和研究领域的这样的术语和表达一致的普通含义。
具体实施方式
提供了实现多模式麦克风的方法，其中，麦克风在多个模式下工作，并且同时，麦克风的电流消耗(和功率使用)遵循输入时钟的频率。
在这些实施方式中的许多实施方式中，将输入时钟的频率与内部生成时钟信号进行比较。输入时钟的频率指示专用集成电路(ASIC)或其它装置的操作模式。该比较允许输入频率的准确检测。提供给ASIC的不同操作块的电流可以基于频率(其现在已被准确地测量)来改变。换言之，ASIC(或ASIC的部分)的电流(或功率)消耗遵循输入时钟的频率改变。遵循取决于输入时钟的频率的附加的不同操作模式，并且因为根据这些方法改变电流的灵活性，解决了操作模式的特定电流和功率需要。
在其它方面中，内部振荡器信号(来自ASIC)是针对其频率补偿的温度。在还有的其它方面中并且为了降低设计复杂性，内部振荡器信号(来自ASIC)不是针对频率补偿的工艺，而是在ASIC的制造测试期间执行工艺补偿，其中，进行针对工艺补偿的修整测试(trim test)，并且然后将修整值存储到一次性可编程(OTP)存储器。
针对给定操作模式或频率的电流消耗值通过对噪声和电流消耗的要求来确定。在这些方面中，因为在模拟混合模式集成电路(IC)设计中，噪声与电流消耗之间存在众所周知的关系，所以噪声也是被考虑并且被控制的参数。
在这些实施方式中的许多实施方式中，专用集成电路(ASIC)被连接到声学装置。ASIC包括至少一个操作块和频率检测块。频率检测块被构造为接收输入时钟信号，确定输入时钟信号的频率，该频率指示ASIC的多个操作模式中的一个。频率检测块还被构造为基于所确定的频率改变提供给至少一个操作块的电流量(amountcurrent)。
在其它方面中，频率检测块将输入时钟与独立于温度和工艺运行的内部生成时钟信号进行比较。在其它示例中，声学装置是微机电系统(MEMS)麦克风。
在一些示例中，多个模式中的每个具有不同离散电流消耗。在其它示例中，模式可以是待机模式、低功率模式、标准性能模式、或高性能模式。其它示例是可以的。
在这些实施方式中的其它实施方式中，专用集成电路(ASIC)与声学装置一起使用。接收输入时钟信号。确定输入时钟信号的频率，并且该频率指示ASIC的多个操作模式中的一个。基于所确定的频率，改变或调整提供给ASIC的一个或更多个操作块的电流量。
现在参照图1，描述麦克风组件100的一个示例。麦克风组件包括MEMS装置102和专用集成电路(ASIC)104。组件100连接到作为装置109的一部分的电路106。装置109可以是蜂窝电话、个人计算机、或使用麦克风的任何其它装置。电路106是执行任何类型的处理功能的任何类型的电子电路。电路106可以在适当时被划分成功能模块，并且可以是硬件元件和软件元件的任何组合(例如，它可以包括执行编程指令的微处理器)。电路106包括连接到ASIC 104的时钟108。
MEMS装置102是将声能101转换成模拟电信号(发送到ASIC 104)的任何类型的MEMS麦克风装置。ASIC 104可以是执行多种类型的功能(诸如，举两个示例功能，缓冲或放大)的任何类型的集成电路。ASIC 104在多种操作模式下操作，并且这些操作模式中的每个利用或要求不同功率电平。如果功率电平不正确，则ASIC104将不操作或者不适当地操作。ASIC 104处理从MEMS装置102接收的信号，以用于由电路106使用。
为了ASIC针对特定ASIC操作模式适当地操作，频率检测块114被构造为基于从时钟108接收的输入频率提供电流调整。在这些方面中，时钟108的频率表示ASIC104的操作模式。由块114将输入时钟108的频率与来自ASIC 104上的内部振荡器110的内部生成时钟信号进行比较。输入时钟108的频率指示ASIC 104的操作模式。由块114进行的比较允许时钟108的输入频率的准确检测。提供给ASIC的不同操作块112的电流可以由块114基于该检测的频率(其现在已被准确地测量)来改变。换言之，ASIC 104(或ASIC 104的部分)的电流消耗遵循输入时钟108的频率改变。遵循取决于输入时钟108的频率的附加和/或不同操作模式，并且因为改变电流的灵活性，解决了操作模式的特定电流和功率需要。
下面关于图2和图3更详细地描述ASIC 104的频率检测方面(并且特别是块114的操作)。
现在参照图2，麦克风的操作被划分成四个模式202、204、206以及208。将理解，可以基于包括电流消耗和噪声的来自ASIC的所需要求限定更少或附加数量的模式。这些模式具有不同离散电流消耗电平(在纵轴上示出)，并且这些电流电平根据本方法来调整。可以看出，这些电平是阶梯式的，而不遵循线性倾斜图案。
待机模式202是电流消耗处于最小值但是麦克风不工作的模式。低功率模式204是电流消耗被保持在最小值但是麦克风以降低的性能工作的模式。标准性能模式206是与低功率模式204相比电流消耗更高并且同时麦克风的性能提高的模式。高性能模式208是电流消耗和性能两者处于最大值的模式。
在每种模式下，电流消耗进一步增加(或降低)，并且遵循所检测的频率。例如，多个时钟驱动电路自然要求针对较高时钟频率的较高电流消耗以用于给定性能，或者要求较高电流消耗以用于更好噪声性能。需要改变功率电平的电路的示例包括模数(A/D)转换器和开关电容滤波器，A/D转换器和开关电容滤波器两者共同在数字麦克风中使用。其它示例是可以的。
现在参照图3，描述频率检测和电流调整块300的一个示例(例如，图1的块114)。在这些方面中，图3示出关于如何独立于工艺和温度变化使偏置电流遵循输入时钟的频率的一种可能实现。其它示例是可以的。块300包括内部振荡器302、时钟分频器304、频率检测装置306、偏置电流发生器308、一次性可编程(OTP)存储器位310和311、以及时钟输入焊盘312(连接到频率检测装置306)。块300可以设置在ASIC316上。ASIC 316可以设置在包括连接到时钟输入焊盘312的时钟320的装置318中。举两个例子，装置318可以是蜂窝电话或个人计算机。
在操作时，内部振荡器302输出由时钟分频器304接收的信号。OTP位310可以用于在制造工艺期间补偿工艺变化。例如，与所期望的相比，可以测量振荡器频率，并且位被施加为使振荡器以期望频率操作。振荡器302的输出是温度补偿时钟信号。OTP位311以分频比313的形式被施加至时钟分频器304，以补偿振荡器/ASIC间的多种公差。这可以在基于特定振荡器/ASIC改变分频比的制造期间发生。分频器304的输出是温度和工艺补偿时钟信号。换言之，因为已经考虑到温度和工艺两者并且基于这些因素对时钟信号进行补偿，所以分频器304的输出可以被认为是准确时钟。
频率检测装置306将输入时钟(来自装置318)与准确时钟进行比较，以找出输入时钟的频率。频率检测装置306将n位控制信号发送到偏置电流发生器308。偏置电流发生器308还可以在制造期间由OTP位来调整，以补偿工艺变化。n位是输入时钟频率的数字位表示。例如，如果数字表示是1，则频率可以是100Khz，如果数字表示是2，则频率可以在100kHz至200kHz之间等。该n位信号启动发生器308内的多种开关321。被闭合的开关312越多，提供的电流越多。以此方式，基于时钟320的频率(其表示模式)调整电流。来自308的电流可以流到ASIC 316的不同块322，从而根据需要操作ASIC 316。可以从图2中看出，图3中利用的方法产生阶梯式电流响应，而不是线性发展。
因此，本方法提供在具有包括电流消耗和噪声的不同性能方面的多个模式操作下操作的数字麦克风。性能方面的改变通过时钟输入频率的改变来控制。时钟输入频率的改变的检测通过将时钟输入与来自ASIC上的振荡器的内部生成准确时钟源进行比较来进行。内部生成时钟信号(在ASIC上)独立于温度和工艺两者运行。温度独立性可以通过在振荡器中使用工艺独立电流源来实现。工艺独立性可以通过在ASIC生产测试期间使用工艺变化补偿的OTP记录来实现。
在此描述了本发明的优选实施方式，包括发明人已知的用于实现本发明的最佳模式。应当理解，所示实施方式仅是示例性的，并且不应当被认为限制本发明的范围。

Claims (10)

1.一种连接到声学装置的专用集成电路(ASIC)，所述ASIC包括：
至少一个操作块；
频率检测块，所述频率检测块被构造为接收输入时钟信号，确定所述输入时钟信号的频率，所述频率指示所述ASIC的多个操作模式中的一个，所述频率检测块还被构造为基于所确定的频率改变提供给所述至少一个操作块的电流量。
2.根据权利要求1所述的ASIC，其中，所述频率检测块将所述输入时钟与独立于温度和工艺运行的内部生成时钟信号进行比较。
3.根据权利要求1所述的ASIC，其中，所述声学装置是微机电系统(MEMS)麦克风。
4.根据权利要求1所述的ASIC，其中，所述多个模式中的每个具有不同离散电流消耗。
5.根据权利要求1所述的ASIC，其中，所述模式选自由待机模式、低功率模式、标准性能模式、以及高性能模式构成的组。
6.一种操作与声学装置一起使用的专用集成电路(ASIC)的方法，所述方法包括以下步骤：
接收输入时钟信号；
确定所述输入时钟信号的频率，所述频率指示所述ASIC的多个操作模式中的一个；
基于所确定的频率，改变提供给所述ASIC的一个或更多个操作块的电流量。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，确定所述频率包括：将所述输入时钟与独立于温度和工艺运行的内部生成时钟信号进行比较。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述声学装置是微机电系统(MEMS)麦克风。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述多个操作模式中的每个具有不同离散电流消耗。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述操作模式选自由待机模式、低功率模式、标准性能模式、以及高性能模式构成的组。
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