CN116634320A - 硅麦克风中的数字非线性特性补偿 - Google Patents

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N·德米勒里
陈宏�
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Abstract

本申请涉及硅麦克风中的数字非线性特性补偿。根据一个实施例，数字麦克风包括用于接收模拟输入信号的模数转换器(ADC)；耦合到ADC的DC阻断组件；耦合到DC阻断组件的数字低通滤波器；以及耦合到数字低通滤波器以提供数字输出信号的非线性补偿组件。

Description

硅麦克风中的数字非线性特性补偿
技术领域
本发明一般涉及硅麦克风中的数字非线性特性补偿，以及相应的系统。
背景技术
通常，硅麦克风(也称为“数字麦克风”)包括用于将来自微机电系统(MEMS)装置的模拟信号转换为数字信号的模数转换器(ADC)。数字信号还包括由ADC产生的噪声，其影响数字麦克风的信噪比(SNR)。数字信号还包括由ADC和MEMS装置引起的非线性特性，其影响数字麦克风的失真。
关于数字麦克风的市场趋势要求更高的SNR和更低的失真水平。在传统麦克风系统的设计中，用于改进这两个规范中的任一规范的解决方案通常是负相关的。这导致改善SNR和改善失真之间的折衷。因此，改善麦克风的SNR通常将导致增大的失真水平，而改善麦克风的线性度通常将导致较低的SNR。
发明内容
根据一个实施例，一种数字麦克风包括：用于接收模拟输入信号的模数转换器(ADC)；耦合到ADC的DC阻断组件；耦合到DC阻断组件的数字低通滤波器；以及耦合到数字低通滤波器的非线性补偿组件，用于提供数字输出信号。
根据一个实施例，一种麦克风包括：用于接收模拟输入信号的∑-Δ模数转换器(ADC)；耦合到ADC的DC阻断组件；耦合到DC阻断组件的数字低通滤波器；以及耦合到数字低通滤波器的非线性补偿组件，用于提供线性化数字输出信号，其中非线性补偿组件在具有环路滤波器或误差反馈结构的至少一个反馈环路中。
根据一个实施例，一种方法包括将模拟信号转换为第一数字信号，其中模拟信号包括非线性特性；从第一数字信号去除偏移，以提供第二数字信号；对第二数字信号进行低通滤波，以提供第三数字信号；以及使用拟合到模拟信号中的非线性特性的非线性传递函数来补偿第三数字信号，以提供第四数字信号。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在结合附图参考以下描述，在附图中：
图1是示出麦克风系统的非线性特性与理想线性性能相比的输入电压/输出电压图的示例；
图2是示例性数字麦克风的框图；
图3是根据一个实施例的包括数字非线性补偿功能的数字麦克风的框图；
图4是图3的框图中所示的非线性补偿组件的示意图；
图5是图3的框图中所示的非线性补偿组件的框图，包括根据一个实施例的控制环路；
图6是图3的框图中所示的非线性补偿组件的框图，包括根据一个实施例的控制环路和误差反馈结构；
图7是图6的框图中所示的非线性补偿组件的框图，其中误差反馈结构包括根据一个实施例的积分器；
图8是图6的框图中所示的非线性补偿组件的框图，其中误差反馈结构包括根据一个实施例的串联耦合的积分器；
图9是示出强二阶谐波的∑-ΔADC输出的FFT的图；
图10是根据一个实施例的非补偿数字麦克风和经由控制环路补偿的数字麦克风之间的FFT比较的图；
图11是根据一个实施例的非补偿数字麦克风和用多项式非线性补偿组件补偿的数字麦克风之间的FFT比较的图；
图12是根据一个实施例的在用控制环路补偿的数字麦克风和用多项式非线性补偿组件补偿的数字麦克风之间的在输入电平(level)上的信噪比(SNDR)比较的图；
图13是根据一个实施例的数字麦克风的非线性补偿方法的流程图；以及
图14是根据一个实施例的补偿数字麦克风系统的框图。
具体实施方式
下面详细讨论当前优选实施例的制造和使用。然而，应当理解，本发明提供了许多可应用的发明概念，这些概念可以在广泛的各种特定上下文中实现。所讨论的特定实施例仅仅是说明制造和使用本发明的特定方式，而不限制本发明的范围。
在下面的详细描述中，参考了附图，这些附图形成了详细描述的一部分，并且在这些附图中通过示例示出了可以实践本发明的具体实施例。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以进行结构或逻辑改变。例如，针对一个实施例示出或描述的特征可以被用在其他实施例上，或者与其他实施例结合使用以产生又一个实施例。本发明旨在包括这些修改和变化。这些实施例使用特定的语言进行描述，不应将其解释为限制所附权利要求的范围。附图未按比例绘制，并且附图仅用于说明目的。为了清楚起见，如果没有另外说明，相同或相似的要素在不同的附图中用相应的附图标记表示。
根据各实施例，用于诸如数字麦克风的数字系统的装置和方法允许降低失真而不影响系统的SNR。因此，系统SNR的改进可以独立于失真规范来进行，并且导致系统性能的整体增强。由系统从MEMS装置和读出电路两者生成的非线性特性在数字信号处理路径中通过非线性补偿组件来补偿，该非线性补偿组件在下文中进一步详细描述。描述了非线性补偿组件的各种实施例，包括开环实施例和闭环实施例。例如，在开环实施例中，可以将诸如多项式函数的非线性校正函数应用于读出信号和MEMS装置的数字化输出，以便使信号线性化。在闭环实施例中，可以通过在控制环路的反馈路径中使用系统的非线性模型来实现线性度校正。
可以通过对MEMS装置和读出电路在不同输入声波压力下的响应进行建模(model)的精确模拟(simulation)，来对诸如数字麦克风的系统的非线性特性进行建模。已知数字系统的传递函数的非理想性，可以在数字域中应用具有非线性补偿组件的校正，以获得相对于未校正的数字系统具有改进的线性度的输出信号。
为了清楚起见，在图1中示出了泛化的数字系统传递函数，其中在X轴上表示数字系统的输入电压(VIN)，在Y轴上表示数字系统的输出电压(VOUT)。直的虚线102表示理想的线性传递函数，其中整个系统不生成任何非线性特性。在诸如数字麦克风的真实数字系统中，存在将传递函数推到表示理想传递函数的虚线102上方(迹线104)和/或下方(迹线106)的非线性特性。非线性特性可以由非线性补偿组件数字地补偿，非线性补偿组件被配置为将非线性函数应用于输入信号。在一个实施例中，非线性函数可以包括开环拟合多项式。多项式的传递函数与数字系统的非理想传递函数负相关，使得两个传递函数的乘积是线性的。下面描述二阶多项式和三阶多项式。
对于一个实施例非线性补偿组件，三阶多项式可由以下等式描述：VOUT＝VIN+k1*VIN2+k2*VIN3，其中通过测量输出总谐波失真THDo来确定系数k1和k2，其中THDo是在数字系统的输出处测量的未补偿的总谐波失真THD。一旦测量了THDo的特性，就可以调整系数k1和k2，使得数字系统的传递函数是线性的，并且相对于THDo改进了THD。在一个实施例中，可以在系统测试期间和在产品被运送给客户之前，对包括数字系统的产品执行THDo测量以及系数k1和k2的调整。
对于另一个实施例非线性补偿组件，二阶多项式可以由以下等式描述：VOUT＝VIN+k1*VIN2，其中系数k2类似地通过测量THDo来确定，其中THDo是在数字系统的输出处测量的未补偿的THD。一旦测量了THDo的特性，就可以调整系数k1，使得数字系统的传递函数是线性的，并且相对于THDo改进了THD。在一个实施例中，可以在制造期间和在产品被运送给客户之前，对包括数字系统的产品执行THDo测量以及系数k1的调整。
因此，数字非线性补偿组件在每个输入电压值处关联相应的校正输出，该校正输出跟踪数字系统的理想线性期望行为。数字校正函数是用可以是二阶或三阶的拟合多项式获得的，并且使数字校正函数具有尽可能低的阶数以降低系统复杂性。如果需要，在一些实施例中也可以使用更高阶的多项式。
由于数字系统的非线性是强烈依赖于工艺的，因此希望调整或优化多项式以覆盖工艺变化。不同的系数和不同阶的多项式可以用于不同的数字系统。适当校正函数的选择在诸如数字麦克风的数字系统的校准中被执行，并且是基于系统THDo的测量而不应用补偿。当建立校正函数时，希望对系统进行非常精确的建模，因为该方法依赖于对由数字特定系统引入的失真的预测。在实施例中，所测量的对现有数字系统产品的影响可导致THD降低约20dB。
图2示出了包括MEMS装置202的示例性未补偿数字麦克风200的框图，MEMS装置202可以是响应于接收到的声波生成模拟电压的电容式MEMS装置。模拟电压203由包括ADC206、数字滤波器208和数字调制器210的专用集成电路(ASIC)204接收。ADC 206将模拟电压转换为数字输出信号207，然后数字输出信号207由数字滤波器208进行滤波。ADC 206可以是∑-ΔADC或其它类型的ADC。数字滤波器208可以包括积分器和其它滤波电路装置，例如噪声整形电路装置。数字滤波器208的输出耦合到数字调制器210，数字调制器210将数字滤波器208的数字输出信号转换成一位数字信号。该一位数字信号是一位输出总线214处的输出信号。
图3示出了根据一个实施例的包括非线性数字补偿功能的补偿数字麦克风300的框图。如前所述，数字麦克风300包括MEMS装置202、ADC 206、数字滤波器208和数字调制器210。输出总线314处的输出信号是补偿非线性特性的数字输出信号。与示例性未补偿数字麦克风200的失真特性相比，输出总线314上的输出信号具有较低的失真。非线性特性由MEMS装置202和/或ASIC 304的读出电路装置生成，ASIC 304可以包括ADC 206。此外，补偿数字麦克风300的ASIC 304包括插置在ADC 206和数字滤波器208之间的非线性补偿组件310。非线性补偿组件310可以包括开环非线性补偿组件或闭环非线性补偿组件，这两者都用于补偿系统非线性特性，并且在下面更详细地描述。此外，数字麦克风300包括插置在ADC206和非线性补偿组件310之间的DC去除组件306和数字低通滤波器308。在一个实施例中，DC去除组件306可以包括递归数字滤波器。在一个实施例中，数字低通滤波器308可以包括具有截止频率的数字滤波器，该截止频率被调整为使由ADC 206生成的音频带数字信号通过，但是阻挡可能由ADC 206生成的高频伪影(artifact)。在一个实施例中，非线性补偿组件310位于DC去除组件306之后，因为为了获得数字信号的有效非线性补偿而去除了偏移(由ADC 206的模拟电路引起)。类似地，由于在实施例中使用的∑-ΔADC 206所生成的伪像，数字低通滤波器308被放置在非线性补偿组件310之前。将∑-ΔADC输出流直接应用到非线性补偿组件310(其中在一些实施例中用高阶多项式处理信号)将由于ADC高频噪声的折叠(folding)而增大带内噪声。有利地，被放置在非线性补偿组件310之前的数字低通滤波器308通过减小ADC 206的高频噪声来克服这个问题。
在图4中，描述了开环非线性补偿组件310A的框图。在输入节点402处接收输入x[k]，且在输出节点414处生成经补偿的输出y[k]。如图所示，非线性补偿组件310A实施上述的三阶多项式传递函数。非线性补偿组件310A包括乘法器404和406、增益级408和410以及加法器(adder)412。在一个实施例中，乘法器404的第一输入和第二输入耦合到输入节点402。乘法器406的第一输入耦合到输入节点，而乘法器406的第二输入耦合到乘法器404的输出。增益级408实施系数k1且具有耦合到乘法器404的输出的输入。增益级410实施系数k2且具有耦合到乘法器406的输出的输入。加法器412的第一输入耦合到增益级410的输出，加法器412的第二输入耦合到增益级408的输出，且加法器412的第三输入耦合到输入节点402。加法器412的输出耦合到输出节点414。
为了在非线性补偿组件310A中实施二阶传递函数，可以省略加法器412的输入之一、增益级410和乘法器406。
二阶多项式或三阶多项式在非线性补偿组件310A中被实施，其中系数k1和k2可以被校准以改善数字系统300的THD性能，而无需任何额外的性能折衷。具体地，较低的THD允许数字系统300的SNR的改善，而对失真没有任何影响。在诸如数字麦克风的常规数字系统中，由MEMS装置202传递到ASIC 304的信号电平(称为“MEMS膜片柔度(diaphragmcompliance)”)对ASIC SNDR具有直接影响。MEMS膜片柔度受到由MEMS装置202中的柔性膜片生成的变形的限制。具有较高灵敏度的MEMS装置可能对给定信号产生更多的失真。灵敏度高度依赖于用于制造MEMS装置202的工艺以及MEMS装置202的特定设计。在实施例中，数字麦克风300补偿MEMS装置202的非线性传递函数，并且因此可随意增大由MEMS装置202递送的信号。这又显著地减小了数字系统300中的ASIC噪声的影响。此外，MEMS SNR有利地受益于实施例线性化方法，这是由于作为MEMS噪声性能的一个因素的、MEMS装置202的柔性膜片与固定定子之间的柔度比率增大。
总之，实施例开环数字麦克风、系统和方法实现数字非线性特性补偿，其与未补偿的数字麦克风和数字系统相比，得到了降低的失真和更高的SNR。虽然与未补偿数字麦克风和系统相比，上述开环实施例提供了显著的益处，但是在一些实施方式中，开环实施例可以增大群延迟(group delay)并且可以生成二次噪声效应(secondary noise effect)。下面参考图5、图6、图7和图8详细描述解决这些问题的闭环数字补偿方法。
在一个实施例中，由包括MEMS装置202和读出电路(包括ADC206)的数字系统300生成的非线性特性在数字信号处理路径中通过在控制环路配置中生成非线性补偿信号来进行补偿。
图5示出了根据一个实施例的闭环数字非线性补偿组件310B。数字非线性补偿信号在控制环路中被生成，该控制环路包括数字系统非线性特性的非线性补偿子组件508(非线性模型)和环路滤波器506。在一个实施例中，环路滤波器506可以包括积分器，以及其它数字滤波(例如低通滤波)组件和信号处理组件。非线性补偿子组件508可以包括二阶或三阶多项式传递函数，或诸如分段线性传递函数的其他传递函数，以便被拟合到由MEMS装置202和/或ADC 206生成的数字系统的非线性特性。传递函数的系数值可以假定在校准期间确定的不同的值可以不同于在图4所示的开环实施例的校准期间确定的值。
闭环数字非线性补偿组件310B还包括求和器(summer)504，求和器504具有耦合到输入节点502的正输入，以从ADC 206接收非线性数字信号。环路滤波器506的输入耦合到求和器504的输出，并且在输出节点510提供数字线性化输出信号。非线性补偿子组件508具有耦合到输出节点510的输入，以及耦合到求和器504的负输入的输出。由于在闭环实施例中求和器504操作以减小求和器的输出处的信号，且由于在输入节点502与输出节点510之间仅插置有求和器504和环路滤波器，因此与图4中所示的非线性补偿组件310A的开环实施例相比，可减小群延迟和二次噪声效应。通过闭环的作用，求和器504的正输入和负输入处的信号基本上相同并且具有相同的非线性特性。因此，由于输出节点510处的信号被线性化为在非线性补偿子组件508的拟合非线性模型的输入处生成。
在图6中，示出了使用误差反馈结构606的替代实施例非线性补偿组件310C的框图。在非线性补偿组件310C中，非线性补偿子组件608(非线性模型)接收线性化输出信号作为输入，并且因此与上述开环补偿方法相比生成较少的谐波。
非线性补偿组件310C包括第一求和器604、误差反馈结构606、非线性补偿子组件608和第二求和器614。第一求和器604的正输入耦合到输入节点602，以从ADC 206接收经滤波的输出信号。求和器的输出耦合到输出节点610，输出节点610提供数字线性化输出信号。非线性补偿子组件608具有耦合到输出节点610的输入，以及耦合到第二求和器614的负输入的输出。第二求和器的正输入耦合到输出节点610。误差反馈结构具有耦合到第二求和器614的输出的输入，以及耦合到第一求和器604的负输入的输出。误差反馈结构606可以包括一个或多个积分器，如下面参考图7和图8的实施例所示和所述。
图7的框图示出了非线性补偿组件310D，非线性补偿组件310D包括耦合在输入节点602和输出节点610之间的第一求和器604、非线性补偿子组件608和第二求和器614，所有这些都在前面描述过。在一个实施例中，误差反馈结构606被示为由逆Z-变换符号(Z-1)表示的积分器706。积分器706的输入耦合到第二求和器614的输出，并且积分器706的输出耦合到第一求和器604的负输入。
图8的框图示出了非线性补偿组件310E，非线性补偿组件310E包括耦合在输入节点602和输出节点610之间的第一求和器604、非线性补偿子组件608和第二求和器614，所有这些都在前面描述过。在一个实施例中，误差反馈结构606被示为与第二积分器806B串联耦合的第一积分器806A。第一积分器806A的输入耦合到第二求和器614的输出，并且第一积分器806A的输出耦合到第二积分器806B的输入。第二积分器806B的输出耦合到第三求和器806D的负输入，并且第三求和器806D的输出耦合到第一求和器604的负输入。增益为2的增益级806C耦合在第一积分器806A的输出和第三求和器806D的正输入之间。
图9示出了以分贝(dB)为单位的∑-ΔADC输出信号幅度对(versus)频率的快速傅立叶变换(FFT)曲线900，其示出了基频分量902和强二阶谐波频率分量904。
图10示出了使用例如图5所示的闭环实施例的以dB为单位的线性化输出信号对频率的FFT曲线1000。通过二阶谐波频率分量的衰减可以看出使用控制环路的数字非线性补偿的影响。在图10中，示出了基频分量1002以及二阶谐波频率分量1004。二阶谐波频率分量从未补偿值1004A衰减到闭环补偿值1004B，衰减了几乎40dB。在图10的FFT曲线1000中看不到三阶谐波频率分量。
图11示出了使用图4所示的非线性补偿组件的开环实施例的以dB为单位的输出信号对频率的FFT曲线1100。FFT曲线1100示出了基频分量1102、二阶频率分量1104和三阶频率分量1106。二阶频率分量1104从未补偿值1104A衰减到开环补偿值1104B，衰减了几乎40db。虽然在图11中示出了三阶谐波频率分量，但是有利地，补偿数字系统的总谐波失真仍然远小于未补偿数字系统。
现在参考图12，示出了根据一个实施例的开环补偿方法(1202)和闭环补偿方法(1204)的信噪比(SNDR)对(versus)相同数字系统(例如数字麦克风)的满度相对电平(decibels with respect to full scale，dBFS)的曲线图1200。由于与开环补偿方法相比，闭环补偿方法产生较少的谐波，所以性能从-30dBFS稍微改善到零dBFS。两种补偿方法在-120dBFS和-30dBFS之间提供了改进的线性性能。
图13示出了用于数字麦克风的非线性补偿方法1300的流程图。该方法包括：在步骤1302处，将模拟信号转换为第一数字信号，其中该模拟信号包括非线性特性；在1304处，从第一数字信号去除偏移，以提供第二数字信号；在1306处，对第二数字信号进行低通滤波，以提供第三数字信号；以及在步骤1308处，使用拟合到模拟信号中的非线性特性的非线性传递函数来补偿第三数字信号，以提供第四数字信号。
图14是使用上述开环或闭环补偿方法和组件的、包括非线性补偿组件的数字系统1400的框图。数字系统1400包括先前描述的经由双向总线1410进行通信的MEMS装置202和ASIC 304。MEMS 202和ASIC 304可以被封装在一起以形成单个数字产品，例如数字麦克风。在一些实施例中，数字系统1400还可包括其它数字和模拟组件1406，例如附加滤波器、放大器和其它类似组件。其它数字和模拟组件1406可以通过双向总线1412与MEMS装置通信。在一些实施例中，数字系统1400还可以包括微处理器1408，微处理器1408可以通过双向总线1414和双向总线1416与ASIC 304和其它数字和模拟组件1406通信。例如，微处理器1408可以生成时钟信号并且从ASIC 304接收数据。在其它实施例中，微处理器1408可以提供数字或软件组件的功能，否则这些组件将驻留在ASIC 304上。
在一些实施例中，ASIC 304可以包括单个集成电路、两个或多个集成电路、各个数字和模拟组件、处理器或其组合。在一些实施例中，MEMS装置202可以包括由硅制造的电容性MEMS装置，并且具有一个或多个柔性膜和一个或多个固定(fixed)膜。
这里总结了本发明的示例性实施例。从这里提交的说明书和权利要求书的整体也可以理解其它实施例。
示例1、根据一个实施例，一种数字麦克风包括用于接收模拟输入信号的模数转换器(ADC)；耦合到该ADC的DC阻断组件；耦合到DC阻断组件的数字低通滤波器；以及耦合到数字低通滤波器的非线性补偿组件，用于提供数字输出信号。
示例2、根据示例1所述的数字麦克风，其中所述非线性补偿组件的传递函数包括二阶多项式。
示例3、根据上述示例中任一项所述的数字麦克风，其中非线性补偿组件包括耦合到非线性补偿组件的输入的乘法器；耦合到乘法器的输出的增益级；以及耦合到增益级的输出并耦合到非线性补偿组件的输入的加法器。
示例4、根据上述示例中任一项所述的数字麦克风，其中所述非线性补偿组件的传递函数包括三阶多项式。
示例5、根据上述示例中任一项所述的数字麦克风，其中所述非线性补偿组件包括：耦合到非线性补偿组件的输入的第一乘法器；第一增益级，耦合到第一乘法器的输出；第二乘法器，耦合到非线性补偿组件的输入，并且耦合到第一乘法器的输出；第二增益级，耦合到第二乘法器的输出；加法器，耦合到第一增益级的输出、耦合到第二增益级的输出，并且耦合到非线性补偿组件的输入。
示例6、根据上述示例中任一项所述的数字麦克风，其中非线性补偿组件包括：求和器，该求和器具有耦合到非线性补偿组件的输入的第一输入；耦合到求和器的输出的环路滤波器，并且环路滤波器的输出被配置用于提供线性化输出信号；以及耦合到环路滤波器的输出的非线性补偿子组件，并且非线性补偿子组件输出耦合到求和器的第二输入。
示例7、根据上述示例中任一项所述的数字麦克风，其中非线性补偿组件包括：第一求和器，具有耦合到非线性补偿组件的输入的第一输入，以及被配置用于提供线性化输出信号的输出；第二求和器，具有耦合到第一求和器的输出的第一输入；耦合到第一求和器的输出的非线性补偿子组件，并且非线性补偿子组件的输出耦合到第二求和器的第二输入；以及耦合在第二求和器的输出与第一求和器的输入之间的误差反馈结构。
示例8、根据上述示例中任一项所述的数字麦克风，其中误差反馈结构包括积分器。
示例9、根据上述示例中任一项所述的数字麦克风，其中误差反馈结构包括与第二积分器串联的第一积分器。
示例10、根据上述示例中任一项所述的数字麦克风，还包括：第三求和器，具有耦合至第二积分器的第一输入；以及第三增益级，耦合在第一积分器的输出与第三求和器的第二输入之间。
示例11、根据上述示例中任一项所述的数字麦克风，还包括耦合到ADC的输入的微机电系统(MEMS)装置。
示例12、根据上述示例中任一项所述的数字麦克风，其中MEMS装置包括电容式MEMS麦克风装置。
示例13、根据上述示例中任一项所述的数字麦克风，其中ADC包括∑-ΔADC。
示例14、根据上述示例中任一项所述的数字麦克风，其中该数字麦克风被制造在专用集成电路(ASIC)中。
示例15、根据上述示例中任一项所述的数字麦克风，还包括插置在数字麦克风的输出和非线性补偿组件之间的另一数字滤波器和数字调制器。
示例16、根据上述示例中任一项所述的数字麦克风，其中数字调制器包括单比特数字调制器。
示例17、根据一个实施例，一种麦克风包括用于接收模拟输入信号的∑-Δ模数转换器(ADC)；耦合到ADC的DC阻断组件；耦合到DC阻断组件的数字低通滤波器；以及耦合到数字低通滤波器的非线性补偿组件，以提供线性化数字输出信号，其中非线性补偿组件在具有环路滤波器或误差反馈结构的至少一个反馈环路中。
示例18、根据一个实施例，一种方法包括将模拟信号转换为第一数字信号，其中模拟信号包括非线性特性；从第一数字信号去除偏移，以提供第二数字信号；对第二数字信号进行低通滤波，以提供第三数字信号；以及使用拟合到模拟信号中的非线性特性的非线性传递函数来补偿第三数字信号，以提供第四数字信号。
示例19、根据示例18所述的方法，其中非线性传递函数在具有环路滤波器的反馈环路中。
示例20、根据以上示例中任一项所述的方法，其中非线性传递函数在耦合到第二反馈环路的第一反馈环路中，并且其中误差反馈结构在第二反馈环路中。
虽然已经参考说明性实施例描述了本发明，但是该描述不旨在以限制的意义来解释。对于本领域技术人员来说，在参考说明书的基础上，说明性实施例的各种修改和组合以及本发明的其它实施例将是显而易见的。因此，所附权利要求书旨在涵盖任何此类修改或实施例。

Claims (20)

1.一种数字麦克风，包括：
模数转换器ADC，用于接收模拟输入信号；
DC阻断组件，耦合到所述ADC；
数字低通滤波器，耦合到所述DC阻断组件；以及
非线性补偿组件，耦合到所述数字低通滤波器以提供数字输出信号。
2.根据权利要求1所述的数字麦克风，其中所述非线性补偿组件的传递函数包括二阶多项式。
3.根据权利要求2所述的数字麦克风，其中所述非线性补偿组件包括：
乘法器，耦合到所述非线性补偿组件的输入；
增益级，耦合到所述乘法器的输出；以及
加法器，耦合到所述增益级的输出，并且耦合到所述非线性补偿组件的输入。
4.根据权利要求1所述的数字麦克风，其中所述非线性补偿组件的传递函数包括三阶多项式。
5.根据权利要求4所述的数字麦克风，其中所述非线性补偿组件包括：
第一乘法器，耦合到所述非线性补偿组件的输入；
第一增益级，耦合到所述第一乘法器的输出；
第二乘法器，耦合到所述非线性补偿组件的输入，并且耦合到所述第一乘法器的输出；
第二增益级，耦合到所述第二乘法器的输出；
加法器，耦合到所述第一增益级的输出、耦合到所述第二增益级的输出，并且耦合到所述非线性补偿组件的输入。
6.根据权利要求1所述的数字麦克风，其中所述非线性补偿组件包括：
求和器，具有第一输入，所述第一输入耦合到所述非线性补偿组件的输入；
环路滤波器，耦合到所述求和器的输出，并且所述环路滤波器的输出被配置用于提供线性化输出信号；以及
非线性补偿子组件，耦合到所述环路滤波器的输出，并且所述非线性补偿子组件的输出耦合到所述求和器的第二输入。
7.根据权利要求1所述的数字麦克风，其中所述非线性补偿组件包括：
第一求和器，具有耦合到所述非线性补偿组件的输入的第一输入，以及被配置用于提供线性化输出信号的输出；
第二求和器，具有耦合到所述第一求和器的输出的第一输入；
非线性补偿子组件，耦合到所述第一求和器的输出，并且所述非线性补偿子组件的输出耦合到所述第二求和器的第二输入；以及
误差反馈结构，耦合在所述第二求和器的输出与所述第一求和器的输入之间。
8.根据权利要求7所述的数字麦克风，其中所述误差反馈结构包括积分器。
9.根据权利要求7所述的数字麦克风，其中所述误差反馈结构包括与第二积分器串联的第一积分器。
10.根据权利要求9所述的数字麦克风，还包括：
第三求和器，具有耦合到所述第二积分器的第一输入；以及
第三增益级，耦合在所述第一积分器的输出与所述第三求和器的第二输入之间。
11.根据权利要求1所述的数字麦克风，还包括耦合到所述ADC的输入的微机电系统MEMS装置。
12.根据权利要求11所述的数字麦克风，其中所述MEMS装置包括电容式MEMS麦克风装置。
13.根据权利要求1所述的数字麦克风，其中所述ADC包括∑-ΔADC。
14.根据权利要求1所述的数字麦克风，其中所述数字麦克风被制造在专用集成电路(ASIC)中。
15.根据权利要求1所述的数字麦克风，还包括另一数字滤波器和数字调制器，所述另一数字滤波器和所述数字调制器被插置在所述数字麦克风的输出与所述非线性补偿组件之间。
16.根据权利要求15所述的数字麦克风，其中所述数字调制器包括单比特数字调制器。
17.一种麦克风，包括：
∑-Δ模数转换器ADC，用于接收模拟输入信号；
DC阻断组件，耦合到所述ADC；
数字低通滤波器，耦合到所述DC阻断组件；以及
非线性补偿组件，耦合到所述数字低通滤波器以提供线性化数字输出信号，其中所述非线性补偿组件在具有环路滤波器或误差反馈结构的至少一个反馈环路中。
18.一种方法，包括：
将模拟信号转换为第一数字信号，其中所述模拟信号包括非线性特性；
从所述第一数字信号去除偏移，以提供第二数字信号；
对所述第二数字信号进行低通滤波，以提供第三数字信号；以及
使用拟合到所述模拟信号中的非线性特性的非线性传递函数来补偿所述第三数字信号，以提供第四数字信号。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述非线性传递函数在具有环路滤波器的反馈环路中。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述非线性传递函数在耦合到第二反馈环路的第一反馈环路中，并且其中误差反馈结构在所述第二反馈环路中。
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