CN106664492A - 用于常通操作的智能传感器 - Google Patents
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Abstract
说明包含在传感器封装件中的一或多个微机电系统(MEMS)传感器和数字信号处理器(DSP)的智能传感器。示范智能传感器可包含容置在封装件或壳体中的MEMS声传感器或麦克风和DSP,封装件或壳体包含基板和盖子和封装件基板,其界定MEMS声传感器或麦克风的背腔。提供的实施还可包含容置在封装件或壳体中的MEMS运动传感器。本申请的实施例通过智能回应于触发事件或唤醒事件同时还提供持续检测触发事件或唤醒事件的常通传感器可提供改进的电源管理和单次充电的电池寿命。另外,说明智能传感器和MEMS传感器或麦克风封装件的各种物理配置。
Description
相关案的交互参照
本申请案主张美国专利申请案第14/293,502号,申请日为2014年6月2日,名称为“用于常通操作的智能传感器”的优先权,该申请的完整内容在此参引合并。
技术领域
本申请涉及微机电系统(microelectromechanical systems;MEMS)传感器。
背景技术
传统上,行动装置变得越来越轻巧。同时,用户对于更复杂、提供持续连通性、及/或更富有特征的应用的需求,与提供轻巧装置且还提供在须充电前电池寿命的可容忍水平的渴望是互相冲突。因此,降低这种装置功耗的渴望造就了将装置或系统置于各种“睡眠”模式的各种方法。例如,这些方法可选择性停用组件(例如,处理器或其部分、显示器、背光、通讯组件),可选择性放慢关连的组件(例如,处理器、存储器)的时钟速率,或可提供多步骤的组合以降低功耗。
然而,当装置在这种“睡眠”模式中时,基于触发事件或唤醒事件(例如,按钮下压、预设时间到期、装置运动)的信号可用来唤醒或重新启动装置。在与装置互动而致的唤醒事件的情况中,可通过传感器及/或装置中的相关电路(例如,按钮、开关、加速计)检测这些互动。但是,由于这种传感器及/或用来监测传感器的电路是通电以能检测与装置的互动,例如,能够不断检测装置环境,传感器和其相关的电路会持续消耗来自电池的电,即便装置正处于这种“睡眠”模式中。
另外,用来监测传感器的电路通常利用通用逻辑或其特定电源管理组件,这可能比监测传感器并提供有用的触发事件或唤醒事件所需要来得更功率密集。例如,可以通过装置的处理器的电源管理组件基于从包括传感器的电路所接收到的中断或控制信号来决定是否唤醒装置。亦即,可基于来自相对无辩析力的传感器的粗糙输入发送中断至相对功率密集的微处理器和相关电路。这会导致无效率电源管理和单次充电的电池寿命减少,因整个处理器可能会基于不准确或不经意的触发事件或唤醒事件而不经意地完全上电。
因此希望提供能改进这些和其他缺点的智能传感器。前述的缺点仅意在提供传统实施一些问题的概貌,且不旨在穷举。传统实施和技术的其他问题,和本文中所述各个方面的相应好处将在阅读下列说明后变得更加明显。
发明内容
于下提出说明书的简化总结以提供说明书一些方面的基本了解。此总结并非是说明书的广泛的概观。其旨在非识别说明书的关键或重要元素也非勾画说明书的任何实施例特定的任何范围,或权利要求的任何范围。其唯一的目的是以简化形式提出说明书的一些概念作为后续提出的更详细说明的序幕。
在一个非限制范例中,提供一种根据本申请的方面的包含微机电系统(MEMS)声传感器的传感器。因此,示范传感器可包含微机电系统(MEMS)声传感器。另外,示范传感器包含数字信号处理器(DSP),其配置成生成用于可与传感器通讯式耦合的系统处理器的控制信号。此外,示范传感器可包括包含盖子和封装基板的封装件。例如,封装件可具有适于接收声波或声压的端口。另外,封装件可容置MEMS声传感器且MEMS声传感器的背腔可容置DSP。其他示范传感器可包括MEMS运动传感器。
此外,揭示一种示范麦克风封装件。例如,示范麦克风封装件可包括MEMS麦克风和配置成控制在麦克风封装件外部的装置的DSP。在一个非限制方面中,示范麦克风封装件可具有盖子和封装基板。例如,麦克风封装件可具有可接收声压或声波的端口。在另一方面中,麦克风封装件可容置MEMS麦克风和在MEMS麦克风的背腔中的DSP。在又一个非限制方面中,提供一种与智能传感器关连的示范方法。其他示范麦克风封装件可包括MEMS运动传感器。
于下更详细说明这些和其他实施例。
附图说明
将参照附图进一步说明各个非限制实施例,其中:
图1描绘微机电系统(MEMS)智能传感器的功能框图,其中MEMS声传感器促成用关连的数字信号处理器(DSP)生成控制信号;
图2描绘MEMS智能传感器的另一个功能框图,其中MEMS运动传感器,连同MEMS声传感器,促成用关连的DSP生成控制信号;
图3描绘一个非限制传感器或麦克风封装件(如包含MEMS声传感器或麦克风),其中DSP可与和MEMS声传感器或麦克风关连的ASIC集成;
图4描绘另一个传感器或麦克风封装件(如包含MEMS声传感器或麦克风),其中MEMS声传感器或麦克风可电耦合且机械式附加至ASIC顶部,其中可集成DSP;
图5描绘又一个传感器或麦克风封装件(如包含MEMS声传感器或麦克风),其中MEMS声传感器或麦克风是电耦合且机械式附加至ASIC顶部,且其中独立的DSP容置在传感器或麦克风封装件内;
图6描绘一个非限制传感器或麦克风封装件(如包含MEMS声传感器或麦克风和MEMS运动传感器),其中独立的DSP设置在MEMS声传感器或麦克风封装件内;
图7描绘另一个传感器或麦克风封装件(如包含MEMS声传感器或麦克风和MEMS运动传感器),其中MEMS声传感器或麦克风是电耦合且机械式附加至ASIC顶部,其中可集成DSP;
图8绘示一个示范智能传感器的示意横截面,其中MEMS声传感器或麦克风促成用关连的DSP生成控制信号;
图9绘示另一个示范智能传感器的示意横截面,其中MEMS运动传感器,连同MEMS声传感器,促成用相关的DSP生成控制信号;
图10绘示一个智能传感器的示范应用的框图表示;以及
图11描绘一个与智能传感器关连的非限制方法的示范流程图。
具体实施方式
概述
虽提出简略概述,在此为了阐明且非限制下叙述或描绘本申请的特定方面。所以,由揭示的设备、系统和方法所建议的已揭示实施例的变化意在包括本文揭示的主题的范围内。
如上所述,行动装置的传统电源管理所仰赖基于来自相对无辩析力的传感器的粗糙输入的相对功率密集微处理器,或其电源管理组件,和相关电路,这会导致无效率的电源管理和单次充电的电池寿命减少。
有鉴于这些及/或相关目的,叙述智能传感器的各个方面。例如,在智能传感器的景况中叙述本申请的设备、技术和方法的各种实施例。本申请的示范实施例提供具有自包含处理、做决定及/或推理能力的常通(always-on)传感器。
例如,根据一方面,智能传感器可包括一或多个微机电系统(MEMS)传感器,通讯式耦合至在包含所述一或多个MEMS传感器和数字信号处理器(DSP)(例如,内部DSP)的封装件内的DSP。在另一个范例中,所述一或多个MEMS传感器可包括MEMS声传感器或麦克风。在又一个范例中,所述一或多个MEMS传感器可包括MEMS加速计。
在各种实施例中,DSP可处理来自所述一或多个MEMS传感器的信号以执行各种功能,例如,关键字识别、外部装置或系统处理器唤醒、所述一或多个MEMS传感器的控制等等。在进一步方面中,智能传感器的DSP可促成所述一或多个MEMS传感器的性能控制。例如,包含DSP的智能传感器除了基于来自所述一或多个MEMS传感器的一或多个信号产生控制信号外,还可执行自包含功能(例如,校准、性能调整、改变操作模式),其通过来自所述一或多个MEMS传感器的信号(例如,与声音有关、与运动有关、与来自和DSP关连的传感器的其他信号有关及/或上述的任何组合的信号)的自给自足分析所导引。因此,智能传感器亦可包括存储器或存储器缓冲器以保存与所述一或多个MEMS传感器关连的数据或信息(例如,声音或语音信息、图案),以促成基于与所述一或多个MEMS传感器关连的一组丰富的环境因素产生控制信号。
依据一方面,智能传感器可促成智能传感器的常通、低功率操作,这可促成更多的关连的外部装置或系统处理器的完全断电。例如,所述的智能传感器可包括时钟(例如,32千赫(kHz)时钟)。在进一步方面中,本文中所述的智能传感器可操作在低于1.5伏特(V)(例如,1.2V)的电源电压。依据各种实施例,本文中所述的DSP与90纳米(nm)或更低的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺节点还有其他技术相容。举一个非限制范例而言,可使用90nm或更低的CMOS工艺,还有其他技术,在个别的晶粒上实施一个内部DSP,并与一个MEMS传感器封装在一起(例如,在MEMS声传感器或麦克风的壳体或背腔内),将在本文中进一步叙述。
在本申请的又一方面中,智能传感器可控制在智能传感器外部的装置或系统处理器并与其通讯式耦合,例如,比如通过传送控制信号至装置或系统处理器,所述控制信号可用为装置或系统处理器的触发事件或唤醒事件。举另一个范例而言,包含智能传感器的系统或装置可采用从示范智能传感器而来的控制信号作为触发事件或唤醒事件,以控制关连的系统或装置的操作等等。这些控制信号可基于由包含一或多个MEMS传感器(如声传感器、运动传感器、其他传感器)的智能传感器所判断的触发事件或唤醒事件,其可被DSP识别。依此,智能传感器的各种实施例可提供自主唤醒决定来唤醒与智能传感器关连的系统或外部装置中的其他组件。例如,DSP可包括集成电路总线(Inter-Integrated Circuit;I2C)和中断功能来发送控制信号至系统处理器、与智能传感器关连的外部装置及/或装置的应用处理器,比如功能电话(feature phone)、智能电话、智能手表、平板电脑、电子书(eReaders)、上网本、汽车导航装置、游戏机或装置、可穿戴计算装置等等。
然而,如下面详述,各种示范实现可应用至MEMS传感器设计和封装的其他地方而不背离本文所述的主题。
示范实施例
参考附图说明本申请的各个方面或特征,其中类似的附图标记用来指各处类似的元件。在本说明书中,提出众多特定细节以提供本申请的详尽了解。然而,应理解到可在无这些特定细节下,或以其他方法、组件、参数等等,实践本申请的某些方面。在其他例子中,以框图形式显示众所周知的结构和装置以便说明和图解说明各种实施例。
图1绘示微机电系统(MEMS)智能传感器100的功能框图,其中依据本申请的各种非限制方面,MEMS声传感器或麦克风102促成用关连的数字信号处理器(DSP)106产生控制信号104(如中断控制信号、I2C信号)。如所述,DSP 106可处理从MEMS声传感器或麦克风102而来的信号以执行各种功能,如关键字识别、外部装置或系统唤醒、一或多个MEMS传感器的控制。例如,DSP 106可包括I2C和中断功能以发送控制信号104至系统处理器(未图示)、与智能传感器关连的外部装置(未图示)及/或装置的应用处理器(未图示),比如功能电话、智能电话、智能手表、平板电脑、电子书、上网本、汽车导航装置、游戏机或装置、可穿戴计算装置等等。
控制信号104可用来控制与智能传感器100通讯式耦合的装置或系统处理器(未图示)。例如,智能传感器100可控制在智能传感器100外部的装置或系统处理器(未图示)并与其通讯式耦合,例如,比如通过传送控制信号104至装置或系统处理器,控制信号可用为装置或系统处理器的触发事件或唤醒事件。举另一个范例而言,包含示范智能传感器的系统或装置可采用从智能传感器100而来的控制信号104作为触发事件或唤醒事件,以控制关连的系统或装置的操作等等。控制信号104可基于由包含一或多个MEMS传感器(如声传感器或麦克风102、运动传感器、其他传感器)的智能传感器100所判断的触发事件或唤醒事件,其可被DSP 106识别。依此,智能传感器100的各种实施例可提供自主唤醒决定来唤醒与智能传感器100关连的系统或外部装置中的其他组件。
智能传感器100可进一步包含缓冲放大器108、模拟数字转换器(analog-to-digital converter;ADC)110以及抽取器112,以处理来自MEMS声传感器或麦克风102的信号。在一个包含MEMS声传感器或麦克风102的智能传感器100的非限制范例中,MEMS声传感器或麦克风102显示成通讯式耦合至外部编译码器或处理器114,如本领域中已知,其可采用模拟及/或数字音频信号(如脉冲密度调制(pulse density modulation;PDM)信号、集成芯片间声音(I2S)信号、信息、及/或数据)。然而,应了解外部编译码器或处理器114并非实现本文所述的各个实施例的范围所必要的。
在进一步方面中,智能传感器100的DSP 106可促成一或多个MEMS传感器的性能控制116。例如,在一方面中,包含DSP 106的智能传感器100除了基于来自一或多个MEMS传感器的一或多个信号产生控制信号104或其他外,还可执行自包含功能(例如,校准、性能调整、改变操作模式),其通过来自一或多个MEMS传感器的信号(例如,来自MEMS声传感器或麦克风102的信号、与运动有关的信号、来自与DSP 106关连的传感器的其他信号、来自外部装置或系统处理器(未图示)的其他信号,及/或上述任何组合)的自给自足分析所导引。
例如,通过在传感器或麦克风封装件中结合DSP 106与MEMS传感器或麦克风102并使DSP 106专用于MEMS传感器或麦克风102,DSP 106可提供对传感器或麦克风102性能的额外控制。例如,在一个非限制范例中,DSP 106可将MEMS传感器或麦克风102切换于不同模式中。举例而言,作为低功率智能传感器100,本申请的实施例可产生触发事件或唤醒事件,如所述。然而,相对于低性能麦克风(如用于产生触发事件或唤醒事件),DSP 106也促成配置MEMS传感器或麦克风102为高性能麦克风(如针对语音应用)。
因此,智能传感器100亦可包括存储器或存储器缓冲器(未图示)以保存与所述一或多个MEMS传感器关连的数据或信息(例如,声音或语音信息、图案),在进一步的非限制方面中,以便基于与所述一或多个MEMS传感器关连的一组丰富的环境因素产生控制信号。
如所述,智能传感器100可促成智能传感器100的常通低功率操作,这可促成关连的外部装置(未图示)或系统处理器(未图示)的更完整断电。例如,所述的智能传感器100可包括时钟(例如,32千赫(kHz)时钟)。在进一步方面中,智能传感器100可操作在低于1.5伏特(V)(例如,1.2V)的电源电压。举一个非限制范例而言,通过连同MEMS声传感器或麦克风102一起使用DSP 106来提供智能传感器100的常通低功率操作,系统处理器或外部装置(未图示)可更完全地断电,同时使智能传感器100对所述一或多个MEMS传感器(如MEMS声传感器或麦克风102、运动传感器的一或更多者)关连的一组丰富的环境因素保持觉知。
在进一步非限制方面中,在一个共同的传感器或麦克风封装件或壳体(如包含盖子和传感器或麦克风封装基板)中提供MEMS声传感器或麦克风102和DSP 106,比如界定MEMS声传感器或麦克风102的背腔的麦克风封装件,例如,将在下面参考图3至9进一步叙述。根据各种实施例,DSP 106可与90nm或更低的CMOS工艺节点还有其他技术相容。举一个非限制范例而言,可使用90nm或更低的CMOS工艺,还有其他技术,在个别的晶粒上实施DSP106,并可与一或多个MEMS传感器封装在一起(例如,在MEMS声传感器或麦克风102的壳体或背腔内),将在本文中进一步叙述。在另一方面中,可将DSP 106和与MEMS声传感器或麦克风102关连的缓冲放大器108、ADC 110及/或抽取器112的一或多者集成到一个共同的ASIC中,如将参考图3至9于本文中进一步说明。
图2描绘MEMS智能传感器200的另一个功能框图,其中所述一或多个MEMS传感器包含MEMS运动传感器202,连同MEMS声传感器或麦克风102,且其可促成生成控制信号204。除了先前参考图1所述的功能和能力外,图2提供一种组合型MEMS智能传感器200,其可进一步包含MEMS运动传感器202(如MEMS加速计)、缓冲放大器206、ADC 208和抽取器210的一或多者以处理来自MEMS运动传感器202和DSP 212的信号。
在一个非限制方面中,MEMS运动传感器202可包含MEMS加速计。在另一方面中,MEMS加速计可包含低G加速计,特征在于低G加速计可用于监测相对低加速度水平的应用,比如当装置握在使用者手中同时使用者甩动他或她的手臂时手持装置所感受者。通过参照高G加速计可进一步特征化低G加速计,高G加速计可用于监测相对较高加速度水平的应用,比如可用于车祸检测应用。然而,可理解到叙述成采用MEMS运动传感器202(如MEMS加速计、低G加速计)的本申请的各种实施例并不如此受限。
如同上述图1般,组合型传感器200可连接到外部编译码器或处理器114,其可采用如本领域中已知的模拟及/或数字音频信号(如PDM信号、I2S信号、信息及/或数据)。另外,外部编译码器处理114可采用与MEMS运动传感器202关连的模拟及/或数字信号、信息及/或数据。然而,应了解外部编译码器或处理器114并非实现本文所述的各个实施例的范围所必要的。
如上参考图1所述,DSP 212可处理来自一或多个MEMS传感器(如MEMS声传感器或麦克风102、MEMS运动传感器202的一或更多者)的信号以执行各种功能,如关键字识别、外部装置或系统处理器唤醒、一或多个MEMS传感器的控制。例如,DSP 212可包括I2C和中断功能以发送控制信号204至系统处理器(未图示)、与智能传感器关连的外部装置(未图示)及/或装置的应用处理器(未图示),比如功能电话、智能电话、智能手表、平板电脑、电子书、上网本、汽车导航装置、游戏机或装置、可穿戴计算装置等等。
控制信号204可用来控制与智能传感器200通讯式耦合的装置或系统处理器(未图示)。例如,智能传感器200可控制在智能传感器200外部的装置或系统处理器(未图示)并与其通讯式耦合,例如,比如通过传送控制信号204至装置或系统处理器,控制信号可用为装置或系统处理器的触发事件或唤醒事件。举另一个范例而言,包含示范智能传感器的系统或装置可采用从智能传感器200而来的控制信号204作为触发事件或唤醒事件,以控制关连的系统或装置的操作。例如,控制信号204可基于由包含一或多个MEMS传感器(如MEMS声传感器或麦克风102、MEMS运动传感器202、其他传感器)的智能传感器200所判断的触发事件或唤醒事件,其可被DSP 212识别。依此,智能传感器200的各种实施例可提供自主唤醒决定来唤醒与智能传感器200关连的系统或外部装置中的其他组件。
牵涉本申请的实施例(如包含MEMS声传感器或麦克风102、比如MEMS加速计的MEMS运动传感器202、其他传感器的一或更多者)的触发事件或唤醒事件输入的一个非限制范例可为从口袋拿出手机的行为。在此例中,智能传感器200可识别手机被握住、手机和口袋的织料摩擦等等的独特声音。还有,智能传感器200可识别手机在被握住、提起、旋转及/或翻转等等而以某个角度呈现手机给使用者时所感受到的独特运动。虽这些输入的任一者,单独地(如来自MEMS声传感器或麦克风102的音频输入或MEMS运动传感器202的加速计输入之一),可能并不一定表示为一有效的唤醒事件,智能传感器200可识别两个输入的组合作为有效的唤醒事件。相反地,在此场景中采用无辩析力的传感器则可能需要抛弃掉可用作有效触发事件或唤醒事件的许多输入(如手机被握住、手机和口袋的织料摩擦的独特声音、手机在被握住、提起、旋转及/或翻转时所感受到的独特运动等等)。否则,在此场景中采用无辩析力传感器可能会导致太多误报(false positive),从而降低在电源管理场景中使用这种无辩析力传感器的效用,例如,因为可能基于不准确或不经意的触发事件或唤醒事件而不经意地使整个系统处理器或外部装置完全上电。
在进一步的示范实施例中,智能传感器200的DSP 212可促成一或多个MEMS传感器(如MEMS声传感器或麦克风102、MEMS运动传感器202、其他传感器的一或更多者)的性能控制116。例如,在一方面中,包含DSP 212的智能传感器200除了基于来自一或多个MEMS传感器的一或多个信号产生控制信号204或其他外,还可执行自包含功能(例如,校准、性能调整、改变操作模式),其通过来自一或多个MEMS传感器的信号(例如,来自MEMS声传感器或麦克风102、MEMS运动传感器202、其他传感器等等的一或更多者的信号、来自与DSP 212关连的传感器的其他信号、来自外部装置或系统处理器(未图示)的其他信号,及/或上述的任何组合)的自给自足分析所导引。
因此,智能传感器200亦可包括存储器或存储器缓冲器(未图示)以保存与一或多个MEMS传感器关连的数据或信息(例如,声音或语音信息、运动信息、图案),以便基于与一或多个MEMS传感器(如MEMS声传感器或麦克风102、MEMS运动传感器202、其他传感器的一或更多者)关连的一组丰富的环境因素产生控制信号。
如所述,智能传感器200可促成智能传感器200的常通低功率操作,这可促成关连的外部装置(未图示)或系统处理器(未图示)的更完全断电。例如,所述的智能传感器200可包括时钟(例如,32千赫(kHz)时钟)。在进一步方面中,智能传感器200可操作在低于1.5伏特(V)(例如,1.2V)的电源电压。举一个非限制范例而言,通过连同MEMS声传感器或麦克风202和MEMS运动传感器202一起使用DSP 212来提供智能传感器200的常通低功率操作,系统处理器或外部装置(未图示)可更完全地断电,同时使智能传感器200对所述一或多个MEMS传感器(如MEMS声传感器或麦克风102、运动传感器202、其他传感器的一或更多者)关连的一组丰富的环境因素保持觉知。
在进一步非限制方面中,在一个共同的传感器或麦克风封装件或壳体(如包含盖子和传感器或麦克风封装基板)中提供MEMS声传感器或麦克风102和DSP 212,比如界定MEMS声传感器或麦克风102的背腔的麦克风封装件,例如,将在下面参考图3至9进一步叙述。根据各种实施例,DSP 212可与90nm或更低的CMOS工艺节点还有其他技术相容。举一个非限制范例而言,可使用90nm或更低的CMOS工艺,还有其他技术,在个别的晶粒上实施DSP212,并可与一或多个MEMS传感器封装在一起(例如,在MEMS声传感器或麦克风102、MEMS运动传感器202、其他传感器的壳体或背腔内),将在本文中进一步叙述。在另一方面中,可将DSP 212和与MEMS声传感器或麦克风102关连的缓冲放大器108、ADC 110及/或抽取器112的一或更多者、及/或与MEMS运动传感器202关连的缓冲放大器206、ADC 208及/或抽取器210的一或更多者集成到一个共同的ASIC中,例如,如将参考图3至9于本文中进一步说明。
图3至7绘示根据本申请的各种非限制方面的MEMS智能传感器100/200的组件的示范配置的示意图。例如,图3描绘一个非限制传感器或麦克风封装件300(如包含MEMS声传感器或麦克风102)。在一方面中,传感器或麦克风封装件300可包括包含有传感器或麦克风封装基板302和盖子304的壳体,其可容纳并界定MEMS声传感器或麦克风102的背腔306。包含传感器或麦克风封装基板302和盖子304的壳体可具有适于接收声波或声压的端口308。针对MEMS声传感器或麦克风102的其他配置亦可在盖子304中设置端口308或针对不需要接收声波或声压的一或多个MEMS传感器的某些其他配置而可加以省略。MEMS声传感器或麦克风102可机械式附加至传感器或麦克风封装基板302并可与其通讯式耦合。传感器或麦克风封装件300亦可包含ASIC 310,例如,如先前参考图1所述,和DSP 312(如DSP 106),其可容置在包含传感器或麦克风封装基板302和盖子304的壳体中。在图3中所描绘的传感器或麦克风封装件300中,DSP 312可与ASIC 310集成。ASIC 310可机械式附加至传感器或麦克风封装基板302并可经由传感器或麦克风封装基板302与MEMS声传感器或麦克风102通讯式耦合。
参考图4,针对传感器或麦克风封装件400,DSP 312可与ASIC 310集成。ASIC 310可机械式附加至传感器或麦克风封装基板302并可与其通讯式耦合。MEMS声传感器或麦克风102可机械式附加至ASIC 310并可与其通讯式耦合。图5描绘另一个传感器或麦克风封装件500(例如包含MEMS声传感器或麦克风102),其中MEMS声传感器或麦克风102可通讯式耦合并机械式附加在ASIC 310顶部,且其中独立DSP 312(例如DSP 106)可容置在传感器或麦克风封装件500中。DSP 312可机械式附加至传感器或麦克风封装基板302并可经由传感器或麦克风封装基板302与MEMS声传感器或麦克风102通讯式耦合。
图6描绘一种非限制传感器或麦克风封装件600(例如包含MEMS声传感器或麦克风102和MEMS运动传感器202),其中独立DSP 602(例如DSP 212)可设置在MEMS声传感器或麦克风封装件600中。DSP 602和MEMS运动传感器202可机械式附加至传感器或麦克风封装基板302并可与其通讯式耦合。传感器或麦克风封装件600亦可包含ASIC 604,例如,如上参考图2所述。MEMS声传感器或麦克风102可机械式附加至ASIC 604并与其通讯式耦合,如上参考图4所述。图7描绘另一种传感器或麦克风封装件700(例如包含MEMS声传感器或麦克风102和MEMS运动传感器202),其中MEMS声传感器或麦克风102可通讯式耦合并机械式附加在ASIC 604顶部,其中可集成DSP 602。
图8绘示一个示范智能传感器800的示意横截面,其中根据本申请的各种方面的MEMS声传感器或麦克风102促成用关连的DSP 312(如DSP 106)生成控制信号104。智能传感器800包括在包含传感器或麦克风封装基板302和盖子304的壳体中的MEMS声传感器或麦克风102,所述壳体可容置并界定MEMS声传感器或麦克风102的背腔306。智能传感器800可进一步包含DSP 312(如DSP 106),其可容置在包含传感器或麦克风封装基板302和盖子304的壳体中。如上所述,包含封装基板302和盖子304的壳体可具有端口308,或其他,适于接收声波或声压。ASIC 310可机械式附加至传感器或麦克风封装基板302并可经由焊线802与其通讯式耦合。MEMS声传感器或麦克风102可机械式附加至ASIC 310并可与其通讯式耦合。DSP312可机械式附加至传感器或麦克风封装基板302并可经由焊线804与其通讯式耦合。在传感器或麦克风封装基板302上的焊料806可促成连接智能传感器800至外部基板,比如客户印刷电路板(PCB)(未图示)。
图9绘示另一个非限制的智能传感器900的示意横截面,其中根据本申请的进一步非限制方面的MEMS运动传感器202,连同MEMS声传感器或麦克风102,促成用关连的DSP 602(如DSP 212)生成控制信号204。智能传感器900可在包含传感器或麦克风封装基板302和盖子304的壳体中所包括MEMS声传感器或麦克风102、MEMS运动传感器202等等的一或更多者,所述壳体可容置MEMS声传感器或麦克风102和MEMS运动传感器202并界定MEMS声传感器或麦克风102的背腔306。智能传感器900可进一步包含DSP 602(如DSP 212),其可容置在包含传感器或麦克风封装基板302和盖子304的壳体中。如上所述,包含封装基板302和盖子304的壳体可具有端口308,或其他,适于接收声波或声压。ASIC 604可机械式附加至传感器或麦克风封装基板302并可经由焊线902与其通讯式耦合。MEMS声传感器或麦克风102可机械式附加至ASIC 604并可与其通讯式耦合。DSP 602可机械式附加至传感器或麦克风封装基板302并可经由焊线904与其通讯式耦合。MEMS运动传感器202可机械式附加至传感器或麦克风封装基板302并可经由焊线906与其通讯式耦合。在传感器或麦克风封装基板302上的焊料908可促成连接智能传感器900至外部基板,比如客户印刷电路板(PCB)(未图示)。
图10绘示根据本申请的进一步方面的智能传感器的示范应用的框图表示。详言之,主机系统1000的框图显示成包括声端口1002和智能传感器1004(例如,包含MEMS声传感器或麦克风102、MEMS运动传感器202、其他传感器的一或更多者)附加至具有孔1008或其他让声波或声压通过到智能传感器1004的手段的PCB 1006。另外,主机系统1000可包含装置1010,比如系统处理器、与智能传感器1004关连的外部装置及/或应用处理器,其可机械式附加至PCB 1006并可通讯式耦合至智能传感器1004,以便从智能传感器1004接收控制信号104/204、及/或其他信息及/或数据。智能传感器1004的范例可包含智能传感器(例如,包含MEMS声传感器或麦克风102、MEMS运动传感器202、其他传感器的一或更多者),如本文中参考图1至9所述。主机系统1000可为需要智能传感器的任何系统,比如功能电话、智能电话、智能手表、平板电脑、电子书、上网本、汽车导航装置、游戏机或装置、可穿戴计算装置等等。
虽然已为了阐明但非限制性而叙述了根据本申请的诸多方面的智能传感器(例如,包含MEMS声传感器或麦克风102、MEMS运动传感器202、其他传感器的一或更多者)的各个实施例,可理解到本申请并非如此受限。各种实施可应用于MEMS传感器设计和封装的其他地方,而不背离本文中所述的主题。例如,可理解到需要如所述的智能传感器的其他应用可包括远程监测及/或感测装置,无论自主或半自主性的,且无论这种远程监测及/或感测装置是否牵涉采用声传感器或麦克风的应用。例如,如本文中所述,采用在传感器封装件内的DSP的各种技术,可通过提供例如触发事件或唤醒事件的更有智能及/或辩析力的识别,促成改进的电源管理和单次充电的电池寿命。结果是,智能传感器的其他实施例或应用可包括,但不限于,涉及与测量温度、压力、湿度、光线及/或其他电磁辐射(例如,比如通讯信号)关连的传感器及/或与测量其他物理、化学或电现象关连的其他传感器的应用。
依此,在各个方面中,本申请提供一种传感器,其包括MEMS声传感器(如MEMS声传感器或麦克风102),具有背腔或与背腔关连(如背腔306),例如,参考图1至10。在又一个范例实施例中,如上参考图1和2所述,例如,传感器可配置成操作在低于1.5伏特的电压。在进一步方面中,传感器可配置成操作在常通模式中,如本文中所述。例如,传感器可包括在包含系统处理器(例如,装置1010)的比如主机系统1000的装置中(例如,功能电话、智能电话、智能手表、平板电脑、电子书、上网本、汽车导航装置、游戏机或装置、可穿戴计算装置),其中系统处理器(例如,装置1010)位在封装件外部。例如,系统处理器(例如,装置1010)可包括用于控制手机(如主机系统1000)的功能的集成电路(IC)。
传感器可进一步包含DSP(如DSP 106/212),位在背腔(如背腔306)中,此DSP可配置成回应于接收来自MEMS声传感器(如MEMS声传感器或麦克风102)的信号而为系统处理器(如与传感器通讯式耦合的装置1010)生成控制信号(如控制信号104/204)。另外,传感器可包含封装件,其包括盖子(如盖子304)和封装基板(如传感器或麦克风封装基板302),例如,如上参考图3至9所述。在一方面中,封装件可具有适于接收声波或声压的端口(如端口308)。在进一步方面中,封装件可容置MEMS声传感器(如传感器或麦克风封装基板302)并可界定MEMS声传感器(如传感器或麦克风封装基板302)的背腔(如背腔306)。在另一个非限制方面中,传感器可进一步包含MEMS运动传感器(如MEMS运动传感器202)。
DSP(如DSP 106/212)可包含ASIC,例如,如上所述。在进一步方面中,DSP(如DSP106/212)可配置成回应于处理来自MEMS声传感器(如MEMS声传感器或麦克风102,MEMS运动传感器202)的信号而生成唤醒信号。结果是,DSP(如DSP 106/212)可包含唤醒模块,其配置成根据DSP(如DSP 106/212)所识别及/或推断出来的触发事件或唤醒事件来唤醒系统处理器(如装置1010)。在进一步非限制方面中,DSP(如DSP 106/212)可配置成回应于接收来自MEMS运动传感器(如MEMS运动传感器202)的信号或来自MEMS声传感器(如MEMS声传感器或麦克风102)的信号、来自其他传感器的信号、来自比如是系统处理器(如装置1010)的处理器的其他装置的信号等等的一或更多者而生成控制信号104/204。
另外,DSP(如DSP 106/212)可进一步配置成,或可包含传感器控制模块,其配置成控制MEMS运动传感器(如MEMS运动传感器202)、MEMS声传感器(如MEMS声传感器或麦克风102)等等的一或更多者,例如,如上参考图1至2所述。例如,本文中所述的传感器控制模块可配置成执行自包含功能(例如,校准、性能调整、改变操作模式),这些功能是通过来自所述一或多个MEMS传感器的信号(例如,来自MEMS声传感器或麦克风102、MEMS运动传感器202、另一个传感器等等的一或更多者的信号、来自和DSP(如DSP 106/212)关连的传感器的其他信号、来自外部装置或系统处理器(如装置1010)的其他信号、及/或上述的任何组合)的自给自足分析所导引。因此,在进一步非限制方面中,DSP(如DSP 106/212)包含传感器控制模块,例如,可配置成例如回应于接收来自MEMS运动传感器(如MEMS运动传感器202)的信号或来自MEMS声传感器(如MEMS声传感器或麦克风102)的信号、来自其他传感器的信号、来自比如是系统处理器(如装置1010)的处理器的其他装置的信号等等的一或更多者而执行这种传感器控制功能。依此,DSP(如DSP 106/212),或与DSP(如DSP 106/212)关连的传感器控制模块,可配置成尤其是MEMS声传感器(如MEMS声传感器或麦克风102)、MEMS运动传感器(如MEMS运动传感器202)、另一个传感器等等的一或更多者的校准、调整性能或改变操作模式。
然而,所述的传感器的各个示范实施可附加地,或替代地,包括传感器、智能传感器、麦克风、传感器或麦克风封装件等等的其他特征或功能,如本文中进一步详述,例如,参考图1至10。
在进一步示范实施例中,本申请提供一种麦克风封装件(如包含MEMS声传感器或麦克风102的传感器或麦克风封装件),例如,如上参考图1至10进一步说明。在另一个示范实施例中,如上参考图1至2说明,例如,麦克风封装件可配置成在操作低于1.5伏特的电压。在进一步方面中,麦克风封装件可配置成操作在常通模式中,如本文中所述。例如,麦克风封装件可包括在包含系统处理器(如装置1010)的比如主机系统1000(如功能电话、智能电话、智能手表、平板电脑、电子书、上网本、汽车导航装置、游戏机或装置、可穿戴计算装置)的装置或系统中,其中系统处理器(如装置1010)位在封装件外部。例如,系统处理器(如装置1010)可包括用于控制手机(如主机系统1000)的功能的集成电路(IC)。
依此,麦克风封装件(如包含MEMS声传感器或麦克风102的传感器或麦克风封装件)可包含MEMS麦克风(如MEMS声传感器或麦克风102),该MEMS麦克风具有或与其关连的背腔(如背腔306)。麦克风封装件可进一步包含设置在背腔(如背腔306)中的DSP(如DSP 106/212),此DSP可配置成经由控制信号(如控制信号104/204)控制麦克风封装件外部的装置(如装置1010)。例如,麦克风封装件可包含盖子(如盖子304)和封装基板(如传感器或麦克风封装基板302),例如,如上参考图3至9所述。在一方面中,麦克风封装件可具有适于接收声波或声压的端口(如端口308)。在进一步方面中,麦克风封装件可界定背腔(如背腔306)。在另一方面中,麦克风封装件可容置MEMS麦克风(如传感器或麦克风封装基板302)和DSP(如DSP 106/212)。在另一个非限制方面中,麦克风封装件可进一步包含MEMS运动传感器(如MEMS运动传感器202)。
DSP(如DSP 106/212)可包含ASIC,例如,如上所述。在进一步方面中,DSP(如DSP106/212)可配置成回应于处理来自MEMS麦克风(如MEMS声传感器或麦克风102,MEMS运动传感器202)的信号而生成唤醒信号。结果是,DSP(如DSP 106/212)可包含唤醒组件,其配置成根据DSP(如DSP 106/212)所识别及/或推断出来的触发事件或唤醒事件来唤醒装置(如装置1010)。在进一步非限制方面中,DSP(如DSP 106/212)可配置成回应于接收来自MEMS运动传感器(如MEMS运动传感器202)的信号或来自MEMS麦克风(如MEMS声传感器或麦克风102)的信号、来自其他传感器的信号、来自是比如装置(如装置1010)的处理器的其他装置的信号等等的一或更多者而生成控制信号104/204。
另外,DSP(如DSP 106/212)可进一步包含传感器控制组件,其配置成控制MEMS运动传感器(如MEMS运动传感器202)、MEMS麦克风(如MEMS声传感器或麦克风102)等等的一或更多者,例如,如上参考图1至2所述。例如,本文中所述的传感器控制组件可配置成执行自包含功能(例如,校准、性能调整、改变操作模式),这些功能是通过来自一或多个MEMS传感器的信号(例如,来自MEMS声传感器或麦克风102、MEMS运动传感器202、另一个传感器等等的一或更多者的信号、来自和DSP(如DSP 106/212)关连的传感器的其他信号、来自外部装置或系统处理器(如装置1010)的其他信号、及/或上述的任何组合)的自给自足分析所导引。因此,在进一步非限制方面中,包含传感器控制组件的DSP(如DSP 106/212)可配置成执行这种传感器控制功能,例如,回应于接收来自MEMS运动传感器(如MEMS运动传感器202)的信号或来自MEMS麦克风(如MEMS声传感器或麦克风102)的信号、来自其他传感器的信号、来自是比如系统处理器(如装置1010)的处理器的其他装置的信号等等的一或更多者。依此,与DSP(如DSP 106/212)关连的传感器控制组件可配置成尤其是MEMS麦克风(如MEMS声传感器或麦克风102)、MEMS运动传感器(如MEMS运动传感器202)、另一个传感器等等的一或更多者的校准、调整性能或改变操作模式。
然而,所述的传感器的各个示范实施可附加地,或替代地,包括传感器、智能传感器、麦克风、传感器或麦克风封装件等等的其他特征或功能,如本文中进一步详述,例如,参考图1至10。
有鉴于同上所述的主题,参照图11的流程图可更佳理解可根据本申请实施的方法。为了简洁说明,将方法显示并叙述成一系列的方块,应了解且意识到这种图示或相应的说明不受限于方块的顺序,因某些方块可与其他方块以和本文中所绘和所述不同的顺序及/或同时发生。通过流程图绘示的任何非序列或分支流应理解成表示可实施各种其他分支、流路径、和方块顺序,其达成相同或类似的结果。此外,并非需要所有绘示的方块来实施后述的方法。
示范方法
图11描绘根据本申请的各个非限制方面与智能传感器关连的非限制方法的一个示范流程图。举一个非限制范例而言,示范方法1100可包含在1102接收声压或声波。例如,可由封闭在包含盖子(如盖子304)和封装基板(如传感器或麦克风封装基板302)的传感器封装件(如包含MEMS声传感器或麦克风102的传感器或麦克风封装件)中的MEMS声传感器(如MEMS声传感器或麦克风102)经由在传感器封装件(如包含MEMS声传感器或麦克风102的传感器或麦克风封装件)中的适于接收声压或声波的端口(如端口308)接收声压或声波,例如,如上参考图3至9所述。
在一方面中,如上参考图1至2所述,例如,MEMS声传感器(如MEMS声传感器或麦克风102)可配置成操作在低于1.5伏特的电压。在进一步方面中,MEMS声传感器(如MEMS声传感器或麦克风102)可配置成操作在常通模式中,如本文中所述。例如,MEMS声传感器(如MEMS声传感器或麦克风102)可包括在包含系统处理器(如装置1010)和MEMS声传感器(如MEMS声传感器或麦克风102)的比如主机系统1000(如功能电话、智能电话、智能手表、平板电脑、电子书、上网本、汽车导航装置、游戏机或装置、可穿戴计算装置等等)的装置中,其中系统处理器(如装置1010)设置在传感器封装件外部。例如,系统处理器(如装置1010)可包括用于控制手机(如主机系统1000)的功能的集成电路(IC)。
示范方法1100可包含在1104从MEMS声传感器(如MEMS声传感器或麦克风102)传送信号至封闭在MEMS声传感器(如MEMS声传感器或麦克风102)的背腔(如背腔306)内的DSP(如DSP 106/212)。在1106,示范方法1100从封闭在传感器封装件内的MEMS运动传感器(如MEMS运动传感器202)传送信号至DSP(如DSP 106/212)。
在进一步非限制方面中,示范方法1100,在1108,可包含通过使用DSP(如DSP 106/212)来生成控制信号(如控制信号104/204),其中控制信号(如DSP 106/212)可适于促成控制传感器封装件外部的装置,比如系统处理器(如装置1010),如本文中详述。举一个非限制范例而言,通过DSP(如DSP 106/212)生成控制信号(如控制信号104/204)可包括基于来自MEMS运动传感器(如MEMS运动传感器202)的信号、来自(如MEMS声传感器或麦克风102)的信号、来自其他传感器的信号、及/或上述任何组合的一或更多者生成控制信号(如控制信号104/204)。
例如,以DSP(如DSP 106/212)生成控制信号(如控制信号104/204)可包括生成唤醒信号,其适于促成自低功率状态上电装置,比如系统处理器(如装置1010)。因此,在1110,示范方法1100可进一步包含从DSP(如DSP 106/212)传送控制信号(如控制信号104/204)至装置,比如系统处理器(如装置1010)而促成上电装置。另外,在1112,示范方法1100可进一步包含通过使用DSP(如DSP 106/212)对MEMS运动传感器(如MEMS运动传感器202)或(如MEMS声传感器或麦克风102)的一或更多者来校准、调整性能或改变操作模式。
然而,所述的示范方法1100的各个示范实施可附加地,或替代地,包括与传感器、智能传感器、麦克风、传感器或麦克风封装件等等的特征或功能关连的其他进程步骤,如本文中进一步详述,例如,参考图1至10。
上述者包括本申请的实施例范例。当然,不可能为了说明权利要求的主题而叙述配置、组件、及/或方法的每一种可设想到的组合,但可意识到可有各个实施例的许多进一步的组合和置换。依此,权利要求的主题旨在涵盖落入所附的权利要求的精神和范围内的所有这种变动、修改、和变化。虽为了阐明在本申请中叙述特定实施例和范例,如相关领域的技术人员可认知,可有被视为落入这种实施例和范例的范围内的各种修改。
如在本说明书中所使用,术语“组件”、“模块”、“装置”和“系统”意指电脑相关实体,无论硬件、硬件和软件的组合、软件、或执行中的软件。举例而言,组件或模块可以是,但不限于,在处理器上运行的进程、处理器或其部分、硬盘驱动器、多储存装置(光及/或磁储存介质)、物件、可执行程序(executable)、执行线程、程序、及/或计算机。通过说明,运行在服务器上的应用程序和服务器可以是组件或模块。一或更多个组件或模块扫描位在进程及/或执行线程内,且组件或模块可本地化在一个计算机或处理器上及/或分散于两或更多个计算机或处理器之间。
如本文中所使用,术语“推断”泛指从经由事件、信号、及/或数据捕获到的一组观察来推理或推断系统状态及/或环境。推断可用来例如识别一个特定的景况或动作,或可生成状态的机率分布。推断可以是概率的-亦即,基于数据和事件的考量对状态的机率分布的运算。推断亦可指用来从一组事件及/或数据构成较高阶事件的技术。这种推断从一组观察到的事件及/或已储存的事件数据导致新事件或动作建构的,无论事件是否在接近的时间上相关,和是否事件和数据来自一个或一些事件和数据来源。
另外,字“范例”或“示范的”在此用来指充当一个范例、例子、或说明。本文中叙述成“示范的”任何方面或设计不应视为一定比其他方面或设计更优选或有利。相反,字“示范的”的使用旨在以具体方式呈现概念。如本说明书中所使用,术语“或”旨在表示包括性“或”而非独占性“或”。换言之,除非另有所指,或从上下文很清楚地,“X采用A或B”旨在表示任何自然包括性排列。换言之,若X采用A;X采用B;或X采用A和B两者,则在任何上述例子中“X采用A或B”皆成立。另外,如本说明书和所附的权利要求中所用的冠词“一”一般应视为表示“一或更多”除非另有所指或从上下文清楚指向单数形式。
另外,虽已参照一些实施例的仅仅一个揭示一个方面,可在针对任何既定或特定应用希望或有利下将这种特征与其他实施例的一或更多个其他特征结合。此外,针对术语“包括(including)”、“具有”、“含有”、和其变体及其他近似的字在详细说明或权利要求中所用的范围,这些术语旨在以和术语“包含(comprising)”类似方式是包括性,作为开放转换词而不排除任何附加或其他的元素。
Claims (24)
1.一种传感器,包含:
微机电系统(MEMS)声传感器,其与背腔关连;
数字信号处理器(DSP),位在所述背腔中并配置成回应于接收来自所述微机电系统声传感器的信号而生成用于系统处理器的控制信号;以及
封装件,包含盖子和封装基板,其中所述封装件具有适于接收声波的端口,且其中所述封装件容置所述微机电系统声传感器并界定与所述微机电系统声传感器关连的所述背腔。
2.如权利要求1所述的传感器,其中所述数字信号处理器配置成回应于处理来自所述微机电系统声传感器的所述信号而生成唤醒信号。
3.如权利要求1所述的传感器,其中数字信号处理器包含专用集成电路(ASIC)。
4.如权利要求1所述的传感器,其中所述数字信号处理器包含配置成唤醒所述系统处理器的唤醒模块。
5.如权利要求4所述的传感器,进一步包含:
装置,包含所述系统处理器和所述传感器,其中所述系统处理器位在所述封装件外部。
6.如权利要求5所述的传感器,其中所述系统处理器包含用于控制手机的功能的集成电路(IC)。
7.如权利要求1所述的传感器,其中所述数字信号处理器进一步包含配置成控制所述微机电系统声传感器的传感器控制模块。
8.如权利要求1所述的传感器,进一步包含:
微机电系统运动传感器。
9.如权利要求8所述的传感器,其中所述数字信号处理器配置成回应于接收来自所述微机电系统运动传感器的信号或来自所述微机电系统声传感器的所述信号的至少一者而生成所述控制信号。
10.如权利要求8所述的传感器,其中所述数字信号处理器配置成控制所述微机电系统运动传感器。
11.如权利要求8所述的传感器,其中所述数字信号处理器配置成对所述微机电系统声传感器或所述微机电系统运动传感器的至少一者的校准、调整性能或改变操作模式的至少一者。
12.如权利要求1所述的传感器,其中所述传感器配置成操作在低于1.5伏特的电压。
13.如权利要求1所述的传感器,其中所述传感器配置成操作在常通模式中。
14.一种麦克风封装件,包含:
微机电系统(MEMS)麦克风,其与背腔关连;
数字信号处理器(DSP),位在所述背腔中并配置成控制在所述麦克风封装件外的装置;以及
所述麦克风封装件包含盖子和封装基板,其中所述麦克风封装件具有适于接收声压的端口,且其中所述麦克风封装件界定所述背腔。
15.如权利要求14所述的麦克风封装件,进一步包含:
微机电系统运动传感器。
16.如权利要求15所述的麦克风封装件,其中所述数字信号处理器配置成对所述微机电系统声传感器或所述微机电系统运动传感器的至少一者的校准、调整性能或改变操作模式的至少一者。
17.如权利要求16所述的麦克风封装件,其中所述数字信号处理器配置成回应于接收来自所述微机电系统运动传感器的信号或来自所述微机电系统麦克风的信号的至少一者而控制所述装置。
18.一种方法,包含:
在封闭在包含盖子和封装基板的传感器封装件中的微机电系统(MEMS)声传感器经由在所述传感器封装件中适于接收声压的端口接收所述声压;
从所述微机电系统声传感器传送信号至封闭在所述微机电系统声传感器的背腔内的数字信号处理器(DSP);以及
通过使用所述数字信号处理器来生成控制信号,其中所述控制信号适于促成在该传感器封装件外的装置的控制。
19.如权利要求18所述的方法,进一步包含:
从所述数字信号处理器传送所述控制信号至所述装置。
20.如权利要求18所述的方法,其中通过使用所述数字信号处理器的所述生成所述控制信号包含生成唤醒信号,其适于促成从低功率状态上电所述装置。
21.如权利要求18所述的方法,其中所述生成所述控制信号是基于来自所述微机电系统声传感器的所述信号。
22.如权利要求18所述的方法,进一步包含:
从封闭在所述传感器封装件内的微机电系统运动传感器传送信号至所述数字信号处理器。
23.如权利要求22所述的方法,其中所述生成所述控制信号是基于来自所述微机电系统运动传感器的所述信号或来自所述微机电系统声传感器的所述信号的至少一者。
24.如权利要求21所述的方法,进一步包含:
通过使用所述数字信号处理器对所述微机电系统声传感器或所述微机电系统运动传感器的至少一者来校准、调整性能或改变操作模式的至少一者。
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