CN105992116A - 用于声换能器和环境传感器组件的系统和方法 - Google Patents

用于声换能器和环境传感器组件的系统和方法 Download PDF

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Abstract

根据一个实施方式，换能器组件包括具有端口的电路板，设置在所述端口上方的盖，设置在所述端口上方并且包括膜的声换能器，以及在所述电路板处设置在所述端口中的环境换能器。该盖包围第一区域，并且该膜将端口从第一区域分开。其它实施方式包括相应的系统装置和结构，各被配置成执行相应实施方式方法的动作或步骤。

Description

用于声换能器和环境传感器组件的系统和方法
技术领域
本发明一般涉及传感器和换能器，并且，在具体实施方式中，涉及用于声学换能器和环境传感器组件的系统和方法。
背景技术
换能器从一个域到另一个域转换信号，并且经常在传感器中使用。在日常生活常看到的具有换能器的一种传感器是将声波转换成电信号的麦克风。常见传感器的另一个例子是温度计。各种换能器存在，通过将温度信号转换成电信号充当温度计。
[基于微机电系统(MEMS)的传感器包括使用微加工技术生产的换能器族。MEMS，诸如MEMS麦克风，通过测量换能器中物理状态的变化并且将转换的信号传递至连接到MEMS传感器的处理电子产品来从环境收集信息。MEMS产品可以使用类似于用于集成电路的那些微加工制造技术来制造。
MEMS装置可以被设计为充当，例如，振荡器，谐振器，加速度器，陀螺仪，压力传感器，麦克风和微镜。许多MEMS产品装置使用电容感测技术以将物理现象转换成电信号。在这样的应用中，传感器中的电容变化被转换为使用接口电路的电压信号。
一种这样的电容式感测装置是MEMS麦克风。MEMS麦克风通常具有可偏转膜，其从刚性背板隔开一小段距离。响应于入射在膜上的声压波，它朝向或远离背板偏转，从而改变膜和背板之间的间隔距离。通常，膜和背板由导电材料制成并且形成电容器的“板”。因此，当分离膜和背板的距离响应于入射声波变化时,产生“板”和电信号之间的电容变化。
MEMS麦克风经常使用在移动电子产品，如平板计算机或移动电话中。在一些应用中，可能希望增加这些MEMS麦克风的功能，以便提供额外的或改进的功能给包括MEMS麦克风的电子系统，如平板计算机或移动电话，例如。
发明内容
根据一个实施方式，换能器组件包括具有端口的电路板，设置在端口上方的盖，设置在端口上方并且包括膜的声学换能器，以及在电路板处设置在端口中的环境换能器。该盖封闭第一区域，并且该膜将端口从第一区域分开。其它实施方式包括相应的系统，装置和结构，每个均配置成执行相应实施方式方法的动作或步骤。
附图说明
为了更完整的理解本发明，以及它们的优点，现在参考结合附图理解的以下描述，其中：
图1示出的实施方式换能器组件的系统框图；
图2a、2b、2c、2d、2e、2f和2g示出又一实施方式换能器组件的示意横截面；
图3示出的实施方式换能器系统的示意图；
图4a、4b、4c和4d中示出附加的实施方式换能器组件的示意性框图；以及
图5示出用于换能器系统的操作的实施方式方法的框图。
对应的数字和符号在不同图通常指代相应的部件，除非另有说明。附图被绘制以清楚地说明实施方式的相关方面，并且不一定按比例绘制。
具体实施方式
各种实施方式的制造和使用在下面详细讨论。然而，应当理解，在此所描述的各种实施方式是适用于各种具体情况。所讨论的具体实施方案仅仅是制造和使用各种实施方式的具体方式的说明，并且不应该被解释在有限的范围内。
说明是相对于各种实施方式在特定的情况，即声和环境换能器，并且更具体地，MEMS换能器下进行的。本文中描述的某些实施方式包括MEMS换能器系统，MEMS麦克风系统，MEMS环境换能器，用于换能器和MEMS换能器系统的接口电路，以及包括声和环境换能器的多个换能器系统。在其他实施方式，方面也可以被应用于涉及根据如本领域中已知的任何方式的任何类型的传感器或换能器的其它应用。
电子产品的总体趋势涉及增加功能的同时减少占用的空间。例如，移动电话的趋势已经产生逐渐变薄的设备，同时具有增加的功能。根据各种实施方式，换能器组件包括声换能器，环境换能器，以及耦合到在换能器组件内的声换能器和环境换能器的共享集成电路(IC)。环境换能器可以是温度传感器，压力传感器，湿度传感器或气体传感器等。该换能器组件可以包括多个各种环境换能器。此外，声换能器和环境换能器两者都被形成为使用微加工技术的MEMS换能器。在这样的实施方式中，IC包含共享处理或接口块并且换能器组件包括共享端口。因此，换能器组件可包括附加的功能同时实现在电子系统中的节省空间。
图1示出包括MEMS麦克风102、环境传感器(多个)104、专用集成电路(ASIC)106以及具有端口110的壳体108的实施方式换能器组件100的系统框图。在各种实施方式，MEMS麦克风102和环境传感器(多个)104借助环境耦合112通过壳体108中的共享端口被耦合到周围环境。在各种实施方式中，MEMS麦克风102和环境传感器(多个)104的定位和集成可以变化，如在下文参照其它附图描述的。
在各种实施方式中，ASIC 106耦合到MEMS麦克风102和环境传感器(多个)104。ASIC 106包括用于与MEMS麦克风102接合的专用麦克风电路和用于与环境传感器104(多个)接合的专用传感器电路。另外，ASIC 106包括用于MEMS麦克风102和环境传感器(多个)104的共享电路部。在这种实施方式中，MEMS麦克风102，环境传感器(多个)104和ASIC 106被耦合到共享电路板和由壳体108封闭。可以在电路板或在外壳108中形成端口110。
根据不同实施方式，环境传感器(多个)104包括多个环境传感器，而环境传感器包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、气体传感器中任何一个，或者多个任何这样的传感器。在其他实施方式中，环境传感器104只包括个环境传感器。在一些实施方式中，MEMS麦克风102可以被实现为任何声学MEMS换能器。例如，MEMS麦克风102可以是麦克风或微型扬声器。在另一实施方式中，用于超声应用，声MEMS换能器可以同时用作扬声器和麦克风。参考其它附图在下文进一步描述各种实施方式的配置。
图2a、2b、2c、2d、2e、2f和2g示出另外的实施方式换能器组件的横截面。图2a示出了包括MEMS麦克风122、环境传感器124、ASIC 126、盖128、电路板129和端口结构132的换能器组件120a。根据各种实施方式，MEMS麦克风122和环境传感器124被耦合到ASIC 126，该ASIC 126包括用于MEMS麦克风122和环境传感器124的共享电路元件和专用电路元件。
在各种实施方式中，电路板129包括端口130。在电路板129中的端口130和端口结构132允许环境信号的传输通过到达MEMS麦克风122和环境传感器124。环境信号可包括通过诸如空气的流体介质传播的信号，流体介质的温度信号，流体介质的压力信号，涉及到流体介质的湿度信号，以及流体介质中的气体的化学信号。因此，端口130和端口结构132允许流体信号从周围环境传输到MEMS麦克风122和环境传感器124。对应于这样的环境信号，环境传感器124包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器或气体传感器，例如一氧化碳传感器，在各种实施方式中。在一些实施方式中，环境传感器124包括多个任何这样的传感器。例如，环境传感器124可以包括温度传感器和湿度传感器。在另一实例中，环境传感器124可以包括压力传感器和温度传感器。
参考图4a-4d在下文进一步描述各种配置。在各种实施方式中，温度传感器可被放置在ASIC 126的基板中或ASIC 126的表面上。例如，温度传感器可被包括作为多晶硅电阻器或热电偶。在一些实施方式中，可以存在热力学优势，如果传感器在表面处。在一些实施方式中，环境传感器124可以包括多个例如形成在MEMS麦克风122和ASIC126中的温度传感器，例如。压力传感器也可被集成在CMOS，并且单独地安装在电路板129上或者集成在ASIC126中。湿度传感器也可被集成在ASIC 126中。在图2a所示的具体实施方式中，环境传感器124可以包括例如任何这样的传感器，并且在端口130中形成或附接到电路板129。
在各种实施方式中，MEMS麦克风122包括膜140、背板142和空腔144。MEMS麦克风122的膜140将由盖子128和电路板129封闭的空间或区域从通过端口130和端口结构132可用的周围环境分开。在这样的实施方式中，声信号通过端口结构132和端口130传播进入MEMS麦克风122中的空腔144。这样的声信号引起膜140偏转，这导致MEMS麦克风122基于入射的声信号产生转换的电信号。
如在图2a中所示的换能器组件120a包括在端口130中被嵌入电路板129中的环境传感器124。因此，以与声信号可用于MEMS麦克风122相同的方式，环境信号通过端口130和端口结构132可用于环境传感器124。在一些实施方式中，环境传感器124可以形成为电路板129的一部分。在另一个实施方式中，环境传感器124例如使用胶或导电胶被附接到电路板129，。
在各种实施方式中，电路板129是印刷电路板(PCB)，其包括在PCB中互连导电线路。互连导电线路如由互连导电线路134所示将环境传感器124与ASIC 126耦合。MEMS麦克风122还通过PCB中的互连导电线路(未示出)被耦合到ASIC126。
在各种实施方式中，端口结构132对应于包括换能器组件(120a-120f)的装置、壳体或外壳。例如，换能器组件(120a-120f)可以被包括在移动电话中。端口结构132可以是移动电话外壳的将换能器组件(120A-120F)耦合到周围环境的部分。在一些实施方式中，换能器组件(120A-120F)可以被包括在平板电脑或注入汽车的较大电子系统的部分中。
图2b示出了换能器组件120b。根据一些实施方式，环境传感器124在MEMS麦克风122的空腔144中被形成或放置在电路板129上。如上所述，以声信号可用于MEMS麦克风122相同的方式，环境信号通过端口结构132和端口130可用于环境传感器124。在一些实施方式中，环境传感器124可以形成为电路板129的一部分。在另一实施方式，环境传感器124例如使用胶或导电胶被附接到电路板129，。在这样的实施方式中，环境传感器124可以与ASIC 126或MEMS麦克风122相同的方式被附连到电路板129。
图2c示出了换能器组件120c。根据一些实施方式，环境传感器124在端口结构132中被形成或放置在电路板129的底侧中或上。以与声信号可用于MEMS麦克风122相同的方式，环境信号通过端口结构132可用于环境传感器124。在一些实施方式中，环境传感器124可以形成为电路板129的一部分。在另一实施方式中，环境传感器124例如使用胶或导电胶被附接到电路板129。
根据各种实施方式，换能器组件120c还可以包括在端口结构132上的屏障136。在这样的实施方式，屏障136可以实现防水或防尘和颗粒保护。屏障136可以由聚合物形成的网。在替代实施方式中，屏障136是金属或半导体材料制成的网。在各种不同的实施方案中，屏障136可以是透气的和不透水的。在一个具体的实施方式中，屏障136是不透液体和透气的。例如，阻挡层136可以防止灰尘、颗粒和水进入端口结构132，同时允许空气或气体进入端口结构132以便环境传感器124和MEMS麦克风122被感测。在进一步的实施方式中，屏障136可以是微穿孔的穿孔的。在一替代实施方式中，屏障136为不透液体、不透气体，并且对于声信号或压力信号可偏转的。在这样的实施方式中，屏障136偏转并传送入射的压力波，诸如声信号或压力变化，通过到MEMS麦克风122和环境传感器124而不允许流体介质传送。在各种实施方式中，屏障136也可以被包括在换能器组件120a-120f中的任一个内。
图2d示出了换能器组件120d。根据一些实施方式，环境传感器124邻近MEMS麦克风122被形成或放置在电路板129的顶侧中或上并且由盖128和电路板129封闭。在这种实施方式中，膜140将由盖128和电路板129所封闭的空间或区域从通过端口结构132和端口130可用的周围环境分开。因此，环境传感器124被形成在封闭空间或区域中并通过膜140从周围环境分开。
根据各种实施方式，MEMS麦克风122包括声旁通阀138，用于均衡跨膜140的压力。旁通阀138可以具有低通滤波器特性，以允许低频压力的变化而跨膜140进行均衡。在这种实施方式中，环境传感器124通过旁通阀138接收环境信号，尽管其被膜140从周围环境分开。由环境传感器124测得的环境信号由于旁通阀138可被延迟。在各种实施方式中，旁通阀138可以被形成在电路板129或MEMS麦克风122的结构中。例如，旁通阀138可形成为电路板129中从MEMS麦克风122分隔开的阀结构。在另一个例子中，旁通阀138被直接形成在MEMS麦克风122的膜140中。
图2e示出了换能器组件120e。根据一些实施方式，环境传感器124被集成在ASIC 126中。在这种实施方式中，ASIC 126和环境传感器124被形成在相同微制造模具上并且附接到电路板129。在一个替代实施方式中，ASIC 126和环境传感器124被形成在单独的微制造模具并设置在电路板129上作为模堆叠。如参考图2d的换能器组件120d在上文所描述的，换能器组件120e可以包括旁通阀138，其允许来自周围环境的环境信号传输到环境传感器124。
图2f示出传感器组件120f。根据一些实施方式，环境传感器124被集成在MEMS麦克风122中。在这样的实施方式中，MEMS麦克风122和环境传感器124被形成在相同的微制造模具上并且附连到电路板129。在上文参考图2d的换能器组件120d所描述的，换能器组件120f可包括旁通阀138，其允许来自周围环境的环境信号传输到环境传感器124。
图2g示出换能器组件120g。根据一些可替代实施方式，端口130和端口结构132可形成在盖子128中，而不是电路板129中。换能器组件120g包括环境传感器124其被形成或者放置于电路板129的顶侧中或上。在其它实施方式中，环境传感器124可以如参照图2a-2f中的任一个在上描述的被形成或放置，其中端口130形成于盖128中。另外，在一些实施方式中空腔144可被扩展为具有较大的背部容积(未示出)。在一些实施方式中，屏障或防水网也可以被包括在端口结构132上或中，如参照屏障136在上描述的。
参照图2a-2g，共用编号的元件的描述适用于具有共用附图标记的每个元件。因此，为简便起见，不重复对于每个图2a-2g的每个共用编号元件的描述。尽管图2a-2g参照MEMS麦克风122被描述，在一些实施方式MEMS微型扬声器也可以被实施代替或与MEMS麦克风122结合。此外，在具体实施方式中，任何换能器组件2a-2g可以包括多个具有图2a-2g所示的构造中的任一构造的环境传感器。因此，各种实施方式可以包括本文所描述的实施方式的任何组合。
图3示出实施方式换能器系统200的示意图，该换能器系统包括MEMS麦克风202、环境传感器204_1-204_n、放大器206_1-206_m、温度传感器208、偏置和参考电路212、多路转换器214、模数转换器(ADC)216、ADC 218、状态机220、数据缓冲器222、串行器224、校正数据存储器226和接口电路228。根据各种实施方式，换能器系统200被包含在单个换能器组件中，诸如在上文参考图1和图2a-2g描述的，并且可以实施在具有电路元件的第一微制造模具和具有传感器元件的第二微制造模具上。一些传感器元件可以被形成在与电路元件相同的微制造模具上。在各种不同的实施方式中，一些电路块由环境传感器204_1-204_n和MEMS麦克风202共享。
根据各种实施方式，端口210允许来自周围环境的环境信号传输到环境传感器204_1-204_n、MEMS麦克风202和温度传感器208。换能器系统200可以包括环境传感器204_1-204_n的任何数量n。在只包括单个环境传感器204_1的实施方式中，其它环境传感器和相应的放大器206_2-206_(m-1)被省略。放大器206_1-206_m被耦合到传感器204_1-204_n和MEMS麦克风202并且放大来自传感器204_1-204_n和MEMS麦克风202的转换信号。换能器系统200可以包括放大器206_1-206_m的任何数m。例如，m可以被设置为等于n+1，以提供针对每个环境传感器204_1-204_n和MEMS麦克风202的放大器。在其他实施方式，放大器206_1被耦合到多路转换器214的输出，并且放大器206_2-206_(m-1)被省略。在这样的实施方式中，在来自环境传感器204_1-204_n的多路复用信号之后执行放大。
根据各种实施方式，多路转换器214从环境传感器204_1-204_n接收转换和放大的信号，以及来自温度传感器208的转换的温度信号。在替代的实施方式中，温度传感器208也可以省略。多路转换器214接收从状态机220的选择信号以便选择来自环境传感器204_1-204_n和温度传感器208的信号中的一个信号，并输出选择的信号到ADC216。ADC218还接收来自MEMS麦克风202和放大器206_m的转换和放大的信号。ADC 216和ADC 218都将转换的模拟信号转换成数字信号。ADC 216提供数字输出信号到数据缓冲器222，该数据缓冲器与接口电路228接合。在一些实施方式，数据缓冲器222可以是先进先出(FIFO)缓冲器。同样地，ADC 218提供数字输出信号到串行器224，其也与接口电路228接合。在一些实施方式中，串行器224可以具有脉冲密度调制(PDM)的串行数据流排列数字数据。在各种不同的实施方式中，其它的接口方法可以被使用在ADC 216和ADC 218与接口电路228之间。
在各种实施方式中，接口电路228可包括任何数目的串行或并行接口。例如，具有数据线DATA和独立的同步时钟线CLK的串行接口被示出。接口电路228可以从环境传感器204_1-204_n和温度传感器208输出数据到第一处理电路(未示出)，并且可以从MEMS麦克风202输出数据到第二处理电路(未示出)。例如，第一处理电路可以是一个环境监控和处理电路，而第二处理电路可以是音频处理电路，例如CODEC(编解码器)。在其他实施方式中，单个处理电路，诸如数字信号处理器(DSP)，可以处理环境信号与声信号。
在各种实施方式中，状态机220提供选择信号给多路转换器214，提供控制信号给数据缓冲器222，以及提供偏置和参考控制BRCTL给偏置和参考电路212。校准数据存储器226是存储用于校准换能器系统200的校准数据的内存块。校准数据存储器226可以被实现为非易失性存储器(NVM)块。在各种实施方式中，校正数据存储器226与状态机220和接口电路228通信校准数据。环境传感器204_1-204_n可使用来自接口电路228、校准数据226和状态机220的同步时钟线CLK和数据线DATA被配置。在这种实施方式中，换能器系统200可以在不同的操作模式，如断电、低功耗、高数据速率、低数据速率、单次测量，或其他操作下操作。同步时钟线CLK和数据线DATA可被用于指定在这样的实施方案中的操作模式。
根据不同实施方式，环境传感器204_1-204_n、MEMS麦克风202、ADC 216和ADC 218共享偏置和参考电路212、状态机220、校准数据存储器226和接口电路228。此外，温度传感器208和环境传感器204_1-204_n共享ADC 216和数据缓冲器222。这可能导致对于实施方式换能器系统200的降低的空间使用。在一些实施方式中，ADC 216和ADC 218被保持分开以允许在MEMS麦克风202中相比于环境传感器204_1-204_n和温度传感器208更高的数据速率。在其他实施方式中，MEMS麦克风202和放大器206_m还可以耦合到多路转换器214，并且ADC 218可被省略，从而进一步节省空间。在另一实施方式中，来自放大器206_m的模拟输出信号可以被提供作为换能器系统200的输出。在这样的实施方式中，ADC 218和串行器224可被省略。在一些实施方式中，换能器系统200可以包括除了数字接口的模拟输出。
图4a、4b、4c和4d示出具有实施方式传感器配置的附加的实施方式换能器组件150a、150b、150c和150d的概略框图。图4a示出了包括MEMS麦克风152和附连到电路板156的ASIC 154的换能器组件150a。根据各种实施方式，ASIC 154包括环境传感器158、压力传感器162、传感器电路164和麦克风电路160。MEMS麦克风152通过电路板156被耦合到ASIC 154。在这样的实施方式中，环境传感器158和压力传感器162单片集成在ASIC 154中，其具有麦克风电路160和传感器电路164。例如，环境传感器158如参照图2e的环境传感器124在上所述的被实现。
根据各种实施方式，传感器电路164包括由环境传感器158和压力传感器162共享的电路块。另外，MEMS麦克风152也可以从传感器电路164共享电路块。麦克风电路160包括专用于MEMS麦克风152并且不被共享的电路块。在各种不同的实施方式中，环境传感器158可以包括湿度传感器或气体传感器，例如。在其他实施方式中，环境传感器158是温度传感器。
图4b示出了包括MEMS麦克风170和附连到电路板156的ASIC166的换能器组件150b。根据各个实施方式，环境传感器168邻近MEMS麦克风170，在其下方，或者与其成一体。在这样的实施方式，MEMS麦克风170和环境传感器168邻近共享端口位于电路板156中。例如，如参考图2a，2b，2c，2d和2f的环境传感器124在上描述的，环境传感器168可以被实现。ASIC 166包括麦克风电路160、单片集成的压力传感器162和传感器电路164。在各种实施方式中，环境传感器168可以包括例如湿度传感器或气体传感器。在其他实施方式中，环境传感器168是温度传感器。
图4c示出了包括MEMS麦克风170、ASIC 172和附连到电路板156的压力传感器174的换能器组件150c。根据各个实施方式，压力传感器174被形成为单独的微制造模具并且附连到电路板156。在这样的实施方式，压力传感器174、MEMS麦克风170和环境传感器168邻近共享端口位于电路板156中。ASIC 172包括麦克风电路160和传感器电路164。
图4d示出了包括MEMS麦克风170、ASIC 172和附连到电路板156的压力传感器174的换能器组件150d。根据各种实施方式，换能器组件150d类似于换能器组件150c，添加有温度传感器176、178、180和182。在一些实施方式中，任何数量的温度传感器可以被包括，并且温度传感器176、178、180和182中的一些可以省略。例如，在一个实施方式中，ASIC 172中的温度传感器180和在MEMS麦克风170中的温度传感器176被包括，而压力传感器174中的温度传感器178和电路板156上的温度传感器182被省略。温度传感器176、178和180可以是分别与MEMS麦克风170、压力传感器174和ASIC 172单片集成的形成在微制造模具中的温度传感器。
在各种实施方式中，众多环境传感器与声换能器的配置和集成是可能的。例如，多个环境传感器可以被使用并且集成在ASIC中，集成在MEMS麦克风中，或分别附连到在MEMS麦克风下方或邻近MEMS麦克风的共享电路板。在其它实施方式中，除了或代替MEMS麦克风，MEMS微型扬声器被使用。为简明起见，针对图4a-4d中每个，每个共同编号元件的描述不再重复，因为每个描述均适用于具有共同附图标记的每个元件。
图5示出用于换能器系统的操作方法300的实施方式的框图。根据各种实施方式，操作方法300是操作换能器系统的方法，包括步骤302、304、306、308和310。步骤302包括在声换能器中将声信号转换成第一模拟电信号。步骤304包括在多个环境传感器中将多个环境信号转换为多个模拟电信号。在各种实施方式中，在步骤302和304之后，步骤306包括在第一模数转换器(ADC)将第一模拟电信号转换成第一数字信号。在其他实施方式中，步骤306可与第一ADC一起被省略。在这样的实施方式中，第一模拟电信号可以是模拟输出。例如，该转换的声信号可以被放大并且作为放大的模拟信号被输出到处理装置，而无需数字转换。步骤308包括在多路转换器选择多个模拟电信号中的一个模拟电信号。步骤310包括在第二ADC将一个模拟电信号转换为第二数字信号。第一和第二数字信号然后可以通过接口电路被提供给应用处理器或数字信号处理器(DSP)。在省略步骤306的实施方式中，第一模拟电信号可以第二数字信号一起输出，从而提供模拟声输出信号和数字环境输出信号。多路转换器可以从多个模拟电信号中选择不同的信号以随着时间的过去从多个环境传感器循环信号。在其他实施方式中，步骤306可被省略。在这样的实施方式中，输出包括模拟声信号和一个或多个环境信号的数字表示。
根据一个实施方式，换能器组件包括具有端口的电路板、设置在端口上方的盖，设置在端口上方并且包括膜的声换能器，以及在电路板处设置在端口中的环境换能器。该盖封闭第一区域，并且该膜将端口从第一区域分开。其它实施方式包括相应的系统、装置和结构，每个均配置成执行相应方法的实施方式的动作或步骤。
在各种实施方式中，环境换能器可以在电路板的顶侧被设置在声换能器的空腔中。在其他实施方式中，环境换能器可以设置在电路板中。在一些实施方式中，换能器组件还包括耦合到电路板的壳体结构，其中端口通过壳体结构中的开口与周围环境流体耦合。在这样的实施方式中，换能器组件还可以包括布置在壳体结构的开口中位于端口和周围环境之间的保护结构。在一些实施方式中该保护结构包括水不可渗透的网。
在各种实施方式中，换能器组件还包括设置在电路板上并耦合至声换能器和环境换能器的集成电路。该集成电路可以包括耦合到声换能器和环境换能器的共享电路块以及只耦合到声换能器的专用电路块。在一些实施方式中，环境换能器包括多个环境换能器。环境换能器可以包括从包括湿度传感器，压力传感器，温度传感器和气体传感器的组中选择的传感器。
根据一个实施方式，换能器系统包括与外部端口流体连通的声换能器，多个与外部端口流体连通的环境传感器，耦合到声换能器的模拟放大器，第一模数转换器(ADC)以及具有多个输入和输出的多路转换器。多个输入被分别耦合到多个环境换能器，并且输出耦合到第一ADC。其它实施方式包括相应的系统装置和结构，每个均配置成执行相应实施方式的方法的动作或步骤。
在各种实施方式中，换能器系统还包括耦合到模拟放大器的第二ADC。该换能器系统可进一步包括耦合到声换能器和多个环境换能器的单个参考电压电路。在一些实施方式中，第一ADC、第二ADC、多路转换器和单个参考电压电路形成在同一集成电路上。在这样的实施方式中，多个环境换能器的环境换能器可在同一集成电路上形成。
在各种实施方式中，换能器系统还包括接口电路，其中接口电路被构造为由模拟放大器输出模拟声信号，并从第一ADC输出数字环境信号。在一些实施方式中，声换能器包括MEMS麦克风。多个环境换能器中的每一个环境换能器包括从包括微制造湿度传感器、微制造压力传感器、微制造温度传感器和微制造气体传感器组中选择的传感器。
在各种实施例中，换能器系统还包括印刷电路板(PCB)，其中PCB包括形成在PCB上与外部端口流体连通的端口，并且声换能器被布置在PCB中的端口上方。在一些实施方案中，多个环境换能器的中环境换能器被直接附连到PCB。在一个具体的实施方案中，多个环境换能器中的环境换能器在PCB的端口中被直接附连至PCB。在进一步的实施方案中，多个环境换能器中的环境换能器被集成在声换能器中。
根据一个实施方式，操作换能器系统的方法包括在声换能器中将声信号转换成第一模拟电信号，在多个环境换能器中将多个环境信号转换为多个模拟电信号,在多路转换器中选择多个模拟电信号中的一个模拟电信号，以及在第一模数转换器(ADC)中将一个模拟电信号转换成第一数字信号。其它实施方式包括相应的系统、装置和结构，各被配置成执行相应实施方式的方法的动作或步骤。
在各种实施方式中，该方法还包括在第二ADC中将第一模拟电信号转换为第二数字信号。在其他实施方式中，该方法进一步包括在模拟输出提供第一模拟电信号，并在数字输出提供第一数字信号。在一些实施方式中，转换多个环境信号包括从包括湿度信号、压力信号、温度信号和气体信号的组感测多个环境信号，并基于多个环境信号产生多个模拟电信号。
在各种实施方式中，该方法进一步包括通过共享端口接收声信号和多个环境信号。该方法可进一步包括放大第一模拟电信号和多个模拟电信号。在一些实施方式中，该方法进一步包括利用共享接口集成电路中的偏置电路来偏置声换能器和多个环境换能器。
根据一个实施方式，换能器组件包括电路板，设置在电路板上的盖，形成在电路板或盖子中的端口，设置在电路板上并且包括膜的声换能器，以及设置在电路板上的集成电路管芯(integrated circuit die)。该膜通过端口与周围环境流体连通。在这种实施方式中，集成电路芯片包括形成在集成电路管芯中的环境换能器，耦合到环境换能器和声换能器的共享接口电路，以及仅耦合到声换能器的声电路。环境换能器通过端口与周围环境流体连通。其它实施方式包括相应的系统、装置和结构，各被配置成执行相应实施方式的方法的动作或步骤。
在各种实施方式中，环境传感器包括压力传感器。环境传感器可以进一步包括温度传感器、湿度传感器或气体传感器。在一些实施方式中，换能器组件还包括设置在端口和周围环境之间的保护结构。保护结构可包括水不可渗透的网。
根据本文所述的各种实施方式，优点可以包括连同换能器系统中的附加功能的节省空间。在一些实施方式中，多个换能器共享在相应的ASIC中的电路块，从而导致半导体空间节省。在各种实施方式中，多个换能器被封装在单个换能器组件中，并共享包中的公共端口，从而导致电路板节省空间，并减少与多个端口相关联的包装努力。在各种实施方式中，传感器共享包的开口以及在装置中的开口，装置为诸如电话、平板电脑或其他装置。这样的实施方式的优点可以包括减小空间成本并且提高了装置的稳健性。例如，共享的开口可以是对于防水装置特别有利的。
虽然本发明已经被描述参照说明性的实施方式，但是该描述并非旨在以限制性的来解释。说明性实施方式的各种修改和组合，以及本发明的其他实施方式，将是显而易见的对于本领域的技术人员。因此，旨在所附权利要求涵盖任何这种修改或实施方式。

Claims (34)

1.一种换能器组件，包括：
电路板，其包括端口；
设置在所述端口上方的盖，其中所述盖包围第一区域；
设置在所述端口上方并且包括膜的声换能器，其中所述膜将所述端口从所述第一区域分离；以及
在所述电路板处设置在所述端口中的环境换能器。
2.根据权利要求1所述的换能器组件，其中所述环境换能器在所述电路板的顶侧被设置在所述声换能器的空腔中。
3.根据权利要求1所述的换能器组件，其中所述环境换能器被设置在所述电路板中。
4.根据权利要求1所述的换能器组件，还包括耦合到所述电路板的壳体结构，其中所述端口通过在所述壳体结构中的开口与周围环境流体耦合。
5.根据权利要求4所述的换能器组件，还包括布置在所述壳体结构的所述开口中位于所述端口和所述周围环境之间的保护结构。
6.根据权利要求5所述的换能器组件，其中所述保护结构包括网，其中所述网是不透水的。
7.根据权利要求1所述的换能器组件，还包括设置在所述电路板上并耦合至所述声换能器和所述环境换能器的集成电路。
8.根据权利要求7所述的换能器组件，其中所述集成电路包括：
耦合到所述声换能器和所述环境换能器两者的共享电路块；和
仅耦合到所述声换能器的专用电路块。
9.根据权利要求1所述的换能器组件，其中所述环境换能器包括多个环境换能器。
10.根据权利要求1所述的换能器组件，其中所述环境换能器包括从包括湿度传感器、压力传感器、温度传感器和气体传感器的组中选择的传感器。
11.一种换能器系统，包括：
与外部端口流体连通的声换能器；
与所述外部端口流体连通的多个环境换能器；
耦合到所述声换能器的模拟放大器；
第一模数转换器(ADC)；以及
具有多个输入和一个输出的多路转换器，其中所述多个输入分别耦合到所述多个环境换能器，并且所述输出耦合到所述第一ADC。
12.根据权利要求11所述的换能器系统，还包括耦合到所述模拟放大器的第二ADC。
13.根据权利要求12所述的换能器系统，还包括耦合至所述声换能器和所述多个环境换能器的单个参考电压电路。
14.根据权利要求13所述的换能器系统，其中所述第一ADC、所述第二ADC、所述多路转换器和所述单个参考电压电路被形成在同一集成电路上。
15.根据权利要求14所述的换能器系统，其中所述多个环境换能器中的环境换能器被形成在同一集成电路上。
16.根据权利要求11所述的换能器系统，还包括接口电路，其中所述接口电路被配置成从所述模拟放大器输出模拟声信号，并且从所述第一ADC输出数字环境信号。
17.根据权利要求11所述的换能器系统，其中所述声换能器包括MEMS麦克风。
18.根据权利要求11所述的换能器系统，其中所述多个环境换能器中的每个环境换能器包括从包括微制造湿度传感器、微制造压力传感器、微制造温度传感器和微制造气体传感器的组中选择的传感器。
19.根据权利要求11所述的换能器系统，还包括印刷电路板(PCB)，其中
所述PCB包括形成在所述PCB中与所述外部端口流体连通的端口，并且
所述声换能器被设置在所述PCB中的所述端口上方。
20.根据权利要求19所述的换能器系统，其中所述多个环境换能器中的环境换能器被直接附连到所述PCB。
21.根据权利要求20所述的换能器系统，其中所述多个环境换能器中的环境换能器在所述PCB的所述端口中被直接附连到所述PCB。
22.根据权利要求19所述的换能器系统，其中所述多个环境换能器中的环境换能器被集成在所述声换能器中。
23.一种操作换能器系统的方法，其中所述方法包括：
在声换能器中将声信号转换成第一模拟电信号；
在多个环境换能器中将多个环境信号转换成多个模拟电信号；
在多路转换器中从所述多个模拟电信号中选择一个模拟电信号；以及
在第一模数转换器(ADC)中将所述一个模拟电信号转换成第一数字信号。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括在第二ADC中将所述第一模拟电信号转换为第二数字信号。
25.根据权利要求23所述的方法，还包括：
在模拟输出处提供所述第一模拟电信号；和
在数字输出处提供所述第一数字信号。
26.根据权利要求23所述的方法，其中转换多个环境信号包括：
从包括湿度信号、压力信号、温度信号和气体信号的组中感测多个环境信号；和
基于所述多个环境信号产生所述多个模拟电信号。
27.根据权利要求23所述的方法，还包括通过共享端口接收所述声信号与所述多个环境信号。
28.根据权利要求23所述的方法，还包括放大所述第一模拟电信号和所述多个模拟电信号。
29.根据权利要求23所述的方法，还包括通过在共享接口集成电路中的偏置电路来偏置所述声换能器和所述多个环境换能器。
30.一种换能器组件，包括：
电路板；
设置在所述电路板上的盖；
形成在所述电路板或所述盖中的端口；
设置在所述电路板上并且包括膜的声换能器，其中所述膜通过所述端口与周围环境流体连通；以及
设置在所述电路板上的集成电路管芯，其中所述集成电路管芯包括：
形成在所述集成电路管芯中的环境换能器，其中所述环境换能器通过所述端口与周围环境流体连通，
耦合到所述环境换能器和所述声换能器的共享接口电路，和
仅耦合到所述声换能器的声电路。
31.根据权利要求30所述的换能器组件，其中所述环境换能器包括压力传感器。
32.根据权利要求31所述的换能器组件，其中所述环境换能器还包括温度传感器、湿度传感器或气体传感器。
33.根据权利要求30所述的换能器组件，还包括布置在所述端口和所述周围环境之间的保护结构。
34.根据权利要求33所述的换能器组件，其中所述保护结构包括网，其中所述网是不透水的。
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