DE102015120663A1

DE102015120663A1 - Mikrofonkonfiguration und -kalibration über Versorgungsschnittstelle

Info

Publication number: DE102015120663A1
Application number: DE102015120663.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wiesbauer; Christian Ebner; Johannes Hohl; Joseph Hufschmitt; Christian Jenkner; Ernesto Romani
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2016-06-02
Also published as: CN105657631A; US9420391B2; CN105657631B; KR101829107B1; KR20160066519A; US20160157036A1

Abstract

Ein Mikrofon oder ein Mikrofonsensorsystem wird mit einer Sensorschnittstelle betrieben, die eine Versorgungsspannung an einem Versorgungsanschluss empfängt. Die Sensorschnittstelle detektiert einen Befehl an dem Versorgungsanschluss basierend auf einer Veränderung der Versorgungsspannung und kommuniziert den Befehl oder die Daten, die mit dem Befehl in Zusammenhang stehen, an eine Komponente des Sensorsystems. Der Versorgungsanschluss ist ein bidirektionaler Anschluss, der ferner Daten, die mit dem Sensorsystem in Zusammenhang stehen, über den Versorgungsanschluss an das Sensorsystem kommuniziert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Mikrofonvorrichtungen und genauer, Konfigurieren und Kalibrieren von Mikrofonvorrichtungen über eine Versorgungsschnittstelle.
Hintergrund
Die Herstellung von Mikrofonsystemen ist bestrebt, große dynamische Frequenzbereiche mit geringem Leistungsverbrauch abzudecken. Mikroelektromechanische (MEMS) Mikrofone umfassen Systeme, die auf einem Chip integriert sind (z.B. einem Mikrofonchip oder ein Silicium-Mikrofon), in dem eine druckempfindliche Membran in Silicium oder ein anderes Substrat zum Abfühlen akustischer Signale geätzt ist. Das MEMS-Mikrofon kann einen integrierten Vorverstärker auf dem Chip oder andere integrierte Komponenten aufweisen wie eine eingebaute Analog-Digital-Wandler-(ADC)Schaltung auf demselben CMOS-Chip oder auf einem MEMS-Nacktchip (Engl.: „die“) und einem getrennten ASIC-Nacktchip („die“), was es dem Chip ermöglicht, als ein digitales Mikrofon betrieben zu werden, das dazu in der Lage ist, einfach mit verschiedenen modernen digitalen Produkten integriert zu werden. Es besteht weiterhin Bedarf an einem Audiosystem mit integrierten Komponenten, die Daten effizienter und mit größerer Betriebsvariabilität verarbeiten und/oder Anschlüsse effizient nutzen.
Kurzfassung
Es werden ein Mikrofonsystem nach Anspruch 1, eine Mikrofonvorrichtung nach Anspruch 11 sowie ein Verfahren nach Anspruch 18 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen. Im Rahmen dieser Anmeldung wird eine Gruppe auch als Satz bezeichnet. Eine Versorgungsphase kann eine Phase bezeichnen, in der eine Komponente mit Strom und/oder Spannung versorgt wird. Ein „erfüllen“ einer Schwelle kann bedeuten, dass ein Wert eine vorgegebene Beziehung zu der Schwelle erfüllt. Die vorgegebene Beziehung kann z.B. größer, größer oder gleich, kleiner oder kleiner oder gleich sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockschaltbild, das ein Audio- oder Mikrofonsystem in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten darstellt.
2 ist ein Blockschaltbild, das ein weiteres Audio- oder Mikrofonsystem in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten darstellt.
3 ist ein Kurvendiagramm, das Eingangs- und Ausgangskommunikationen einer Schnittstellenkomponente eines Audio- oder Mikrofonsystems in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten darstellt.
4 ist ein Blockschaltbild, das ein weiteres Audio- oder Mikrofonsystem in Übereinstimmung mit verschiedenen beschriebenen Aspekten darstellt.
5 ist ein weiteres Blockschaltbild, das ein weiteres Audio- oder Mikrofonsystem gemäß verschiedenen beschriebenen Aspekten darstellt.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren eines Audio- oder eines Mikrofonsystems gemäß verschiedenen beschriebenen Aspekten darstellt.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Verfahren eines Audio- oder eines Mikrofonsystems gemäß verschiedenen beschriebenen Aspekten darstellt.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Offenbarung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei ähnliche Bezugsziffern verwendet werden, um sich durchgehend auf ähnliche Elemente zu beziehen und wobei die dargestellten Strukturen und Vorrichtungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind. Wie hierin verwendet, sollen sich die Begriffe „Komponente“, „System“, „Schnittstelle“ und dergleichen auf eine rechnerbezogene Einheit, Hardware, Software (z.B. in Ausführung) und/oder Firmware beziehen. Beispielsweise kann eine Komponente eine Schaltung, ein Prozessor, ein Vorgang, der auf einem Prozessor läuft, eine Steuereinheit, ein Objekt, eine ausführbare Datei, ein Programm, eine Speichervorrichtung, ein Computer, ein Tablet-PC und/oder ein Mobiltelefon mit einer Prozessorvorrichtung sein. Beispielsweise kann eine Anwendung, die auf einem Server läuft sowie der Server auch eine Komponente sein. Eine oder mehrere Komponenten können innerhalb eines Prozesses vorhanden sein, und eine Komponente kann auf einem Computer angeordnet sein und/oder kann zwischen zwei oder mehr Computern aufgeteilt sein. Ein Satz aus Elementen oder ein Satz aus anderen Komponenten kann hierin beschrieben sein, in dem der Begriff „Satz“ als „eine/r/s oder mehr“ ausgelegt werden kann.
Ferner können diese Komponenten von verschiedenen computerlesbaren Speichermedien mit verschiedenen darauf gespeicherten Datenstrukturen wie z.B. mit einem Modul, ausgeführt werden. Die Komponenten können über lokale und/oder externe Prozesse wie in Übereinstimmung mit einem Signal mit einem oder mehreren Datenpaketen (z.B. Daten von einer Komponente, die mit einer anderen Komponente in einem lokalen System, verteilten System und/oder über ein Netzwerk wie dem Internet, einem Local-Area-Network oder einem ähnlichen Netzwerk über das Signal mit anderen Systemen wechselwirken) kommunizieren.
Als weiteres Beispiel kann eine Komponente eine Vorrichtung mit einer speziellen Funktionalität sein, die von mechanischen Teilen bereitgestellt wird, die durch eine elektrische oder elektronische Schaltung von einer Softwareanwendung oder einer Firmware-Anwendung, die von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt wird, betrieben werden. Der eine oder die mehreren Prozessoren können intern oder extern zu der Vorrichtung sein und können zumindest einen Teil der Software- oder Firmware-Anwendung ausführen. Als noch ein weiteres Beispiel kann eine Komponente eine Vorrichtung sein, die eine spezielle Funktionalität durch elektronische Komponenten ohne mechanische Teile bereitstellt; die elektronischen Komponenten können einen oder mehrere darin enthaltene Prozessoren zum Ausführen von Software und/oder Firmware umfassen, die zumindest teilweise die Funktionalität der elektronischen Komponenten überträgt/übertragen.
Die Verwendung des Wortes beispielhaft soll Konzepte auf konkrete Weise präsentieren. Wie in dieser Anmeldung verwendet, soll der Begriff „oder“ ein einschließendes „oder“ sein und kein ausschließendes „oder“. Das heißt, sofern nicht anders angegeben oder klar aus dem Kontext ersichtlich, soll „X verwendet A oder B“ jegliche der natürlichen einschließenden Kombinationen umfassen. Das heißt, falls X A verwendet; X B verwendet; oder X A sowie B verwendet; dann wird „X verwendet A oder B“ in jedem der vorangegangenen Fälle erfüllt. Zusätzlich dazu sollten die Artikel „ein“ und „eine“, wie in dieser Anmeldung und den beigefügten Patentansprüchen verwendet, im Allgemeinen so ausgelegt werden, dass sie „eine/r/s oder mehr“ bedeuten, sofern nicht anderweitig angegeben oder klar aus dem Kontext hervorgeht, dass sie nur auf die Singularform ausgerichtet sind. Außerdem sollen solche Begriffe in dem Ausmaß, in dem die Begriffe „einschließlich“, „umfasst“, „aufweisend“, „aufweist“, „mit“ oder Varianten davon entweder in der detaillierten Beschreibung oder den Patentansprüchen verwendet werden, auf ähnliche Weise wie der Begriff „umfassend“ miteinschließend sein.
Unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Nachteile von Audiosystemen zum Betreiben von Audiokomponenten mit großen dynamischen Frequenzbereichen und geringem Spannungsverbrauch, wird ein Audiosystem beschrieben, das konfiguriert ist, mit einer bidirektionalen Schnittstelle betrieben zu werden, die auch ein Versorgungssignal bereitstellt. Ein Mikrofonsystem auf einem Chip kann z.B. mehrere unterschiedliche Schnittstellenkontaktkontaktstifte oder Schnittstellenkomponenten umfassen. In einer Ausführungsform kann eine Schnittstellenkomponente, die eine Versorgungsschnittstelle umfasst, betrieben werden, um eine Versorgungsspannung zu ermöglichen, die eine oder mehrere Komponenten des Mikrofonsystems mit Spannung versorgt und Daten an derselben Versorgungsschnittstelle kommuniziert.
Die Schnittstellenkomponente kann einen V_DD-Anschluss oder einen Versorgungskontaktkontaktstift eines Mikrofonchips umfassen, der arbeitet, um den Mikrofonchip, ein Mikrofonsystem oder Mikrofonkomponenten, die innerhalb des Systems für den Betrieb verbunden sind, mit Spannung zu versorgen. Ein Mikrofonsystem kann zusätzlich zu der V_DD-Schnittstelle für Spannung verschiedene Schnittstellen umfassen, wie einen Taktanschluss zum Kommunizieren eines Taktsignals und zum Verarbeiten oder Steuern von Daten basierend auf dem Taktsignal. Das System kann einen Datenkontaktstift umfassen, der Daten zu oder von dem System kommuniziert, wie einen verarbeiteten oder modulierten Ausgang, der bei Mikrofonen ein elektrisches Signal umfassen kann, das moduliert und von akustischen Signalen abgeleitet wird, die an der Sensorkomponente des Systems abgefühlt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann das Mikrofonsystem eine Schnittstellenkomponente umfassen, die einen einzigen Schnittstellenanschluss oder -Kontaktstift umfasst, der konfiguriert ist, als eine bidirektionale Schnittstelle betrieben zu werden, um Daten mit Komponenten des Systems hin und retour zu kommunizieren, während sie gleichzeitig konfiguriert ist, die Komponenten des Mikrofonsystems basierend auf Signalhüben mit Spannung zu versorgen.
Obwohl eine getrennte Datenschnittstelle für digitale Silicium-Mikrofonchips verwendet werden könnte, könnte diese Schnittstelle eine „normale“ Datenausgabe immer dann blockieren, wenn die Datenschnittstelle für die Konfiguration, Kalibration oder das Testen von Daten verwendet wird. Ein Mikrofonsystem wird beschrieben, das eine Sensorkomponente umfasst, die konfiguriert ist, ein Audiosignal basierend auf einem elektrischen Signal zu detektieren, das von einer Membranveränderung erzeugt wird. Eine Datenpfadkomponente ist konfiguriert, das elektrische Signal von der Sensorkomponente zu verarbeiten, um ein Ausgangssignal an einem Ausgangsanschluss zu erzeugen. Eine Schnittstellenkomponente umfasst einen Versorgungsanschluss, der konfiguriert ist, ein Versorgungssignal von einer Spannungsquelle zu empfangen und gleichzeitig einen oder mehrere Datenbefehle zu empfangen oder zu senden, um einen oder mehrere Parameter, die mit der Sensorkomponente oder der Datenpfadkomponente in Zusammenhang stehen, zu kommunizieren. Somit kann eine einzelne Schnittstelle Systemkomponenten mit Spannung versorgen, Paramater zum Modifizieren von Komponenteneinstellungen bereitstellen und Daten in Bezug auf die Komponenten kommunizieren. Zusätzliche Aspekte und Details der Offenbarung werden unten unter Bezugnahme auf Figuren weiter beschrieben.
1 zeigt ein Beispiel für ein Audiosystem, ein Mikrofonsystem oder ein Mikrofonsensorsystem 100, das arbeitet, um eine Kommunikation einer einzelnen Information und eines Versorgungssignals zu erleichtern, um einen dynamischen Bereich einer akustischen oder Audio-Verarbeitung in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten bereitzustellen. Das Audiosystem 100 kann Audiokomponenten einer Audiovorrichtung umfassen, die z.B. ein Aufnahmegerät (z.B. Mikrofon, einen digitalen Recorder oder dergleichen), ein Computersystem mit einem Prozessor und einem Speicher, eine mobile Vorrichtung oder eine andere Vorrichtung umfassen kann, die konfiguriert ist, Tonaufzeichnungen, Tonbearbeitung oder Kommunikationen innerhalb von Audiofrequenzbereichen zu betreiben. Das Audiosystem 100 kann ebenfalls Modulatorverarbeitungskomponenten zum Verarbeiten von akustischen oder Audiosignalen sowie zusätzliche Komponenten umfassen.
Das Audiosystem 100 kann z.B. eine Silicium-Mikrofon-(SIMIC)Vorrichtung 102 oder eine andere geräuschdetektierende Modulationsvorrichtung, eine Empfangskomponente oder Benutzer-Komponente mit einer Kodier-/Dekodier-Vorrichtung (CODEC) 112 umfassen. Obwohl ein Silicium-Mikrofon besprochen wird, werden auch andere Mikrofontypen oder Audiovorrichtungen, die Audiosignal detektieren, berücksichtigt, wie einem Fachmann klar ist. Sie SIMIC-Vorrichtung 102 umfasst eine Sensorkomponente 104 wie z.B. einen akustischen Sensor oder eine MEMS-Komponente, die so betrieben wird, um ein analoges Signal gemäß einer Veränderung in einer Membran oder einem Membranelement zu erzeugen, was dazu führt, dass eine Differenz (z.B. Spannungs- oder Signaldifferenz) aus Audiosignalen, die auf das Membranelement einwirken, erzeugt wird. Beispielsweise kann der Sensor 104 so betrieben werden, dass er elektrische Signale durch Erzeugen eines Eingangsspannungssignals aus der Membranveränderung von einem Audiosignal an einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) 106 bereitstellt. Die ASIC 106 kann verschiedene hierin besprochene Komponenten umfassen, die auf demselben Silicium-Substrat oder demselben ASIC-Nacktchip integriert sind, der sich getrennt von der Sensorkomponente 104 auf einem weiteren Nacktchip wie einem CMOS-Chip oder einem MEMS-Nacktchip befindet. Alternativ dazu können die Sensorkomponente 104 und die ASIC 106 auf demselben Substrat, Nacktchip oder Halbleitergehäuse wie die SIMIC-Vorrichtung 102 integriert sein.
Die ASIC 106 und die Sensorkomponente 104 können in einem einzigen akustischen Gehäuse integriert sein. Die ASIC empfängt Signale, die ein Einzelpunkt- oder Differentialsignal mit verschiedenen Signalpfaden für verschiedene Polaritäten sein können, in denen die Sensorkomponente 104 ein Einzelplatten- bzw. Doppelplatten-MEMS zum Abfühlen von Signalen sein kann. Die ASIC 106 arbeitet, um Spannungssignale an einem Eingang zu empfangen, sodass sie eine Signalauslese und Verarbeitungsvorgänge, wie etwa eine Analog-Digital-Wandlung, durchführt. Die ASIC 106 arbeitet, um einen großen dynamischen Signalbereich bei geringen Verbrauchspegeln handzuhaben, in der Komponenten des Systems 100 basierend auf Daten von derselben Schnittstelle wie die Versorgungsschnittstelle, wie die Schnittstellenkomponente 108, konfiguriert werden können. Die ASIC 106 kann Signale von der Sensorkomponente 104 als eine Funktion von Daten und einem Versorgungssignal verarbeiten, die über die Schnittstellenkomponente 108 bereitgestellt werden.
Die Schnittstellenkomponente 108 kann einen einzigen Versorgungsanschluss umfassen, der arbeitet, um ein Versorgungssignal (z.B. eine Versorgungsspannung oder -strom) an einer oder mehreren Komponenten des Systems für eine Spannungszufuhr bereitzustellen. Beispielsweise kann die Schnittstellenkomponente 108 eine V_DD-Schnittstelle umfassen, die das System 100 von einer internen oder externen Quelle wie einer Strom- oder einer Spannungsquelle aus zum Betreiben der Sensorkomponente 104 oder einer Komponente der Datenpfadkomponente 110 mit einer Versorgungsspannung versorgt.
Die Datenpfadkomponente 110 kann eine oder mehrere verschiedene Komponenten für das Verarbeiten von Signalen umfassen. Beispielsweise kann die Datenpfadkomponente 110 ein Hochimpedanz-Vorspannungsnetzwerk und einen Puffer, Verstärker oder Abschwächer zum Puffern des MEMS-Signals oder eines anderen Sensorsignals in einen Datenverarbeitungspfad der Datenpfadkomponente 110 umfassen. Einschränkungen bei Spannungshüben können z.B. durch das ausreichend hohe Einstellen des Versorgungspegels einer MEMS-Schnittstellenschaltung z.B. durch die Verwendung einer internen Vervielfachung einer geregelten Versorgungsspannung überwunden werden. Die Datenpfadkomponente 110 kann dann betrieben werden, um das elektrische Signal, das von der Sensorkomponente 104 erzeugt wurde, zu verarbeiten, um ein Ausgangssignal an einem Ausgangsanschluss 116 an ein externes System oder eine Vorrichtung wie einem CODEC 112 an einem digitalen Signalprozessor 114 zu erzeugen, in dem der CODEC 112 eine Vorrichtung oder ein Computerprogramm sein kann, das einen digitalen Datenstrom oder ein Signal über den digitalen Signalprozessor 114 kodiert oder dekodiert. Das System 100 kann ferner einen Prozessor 118 und einen Speicher 120 umfassen, der ausführbare Befehle speichert, die von dem Prozessor 118 auszuführen sind.
In einem Aspekt umfasst die Schnittstellenkomponente 108 einen Versorgungsanschluss, der konfiguriert ist, ein Versorgungssignal von einer Spannungsquelle zu empfangen, um die Sensorkomponente 104 oder die Datenpfadkomponente 110 mit einem Spannungssignal (z.B. eine Spannungsversorgung oder eine Stromversorgung) zu versorgen. Die Schnittstellenkomponente 108 ist konfiguriert, gleichzeitig einen oder mehrere Datenbefehle zu empfangen oder zu senden, um einen oder mehrere Parameter, die mit der Sensorkomponente oder der Datenpfadkomponente in Zusammenhang stehen, gleichzeitig oder zur selben Zeit wie das Empfangen oder Senden von Daten zu kommunizieren. Die Daten können z.B. kommuniziert werden, um einen Parameter oder eine Einstellung einer oder mehrerer Komponenten anzugeben (z.B. eine Verstärkungseinstellung oder ein Verstärkungsparameter), während die Schnittstellenkomponente 108 an demselben Anschluss oder Kontaktstift (z.B. dem V_DD oder dem Versorgungsanschluss) auch eine Versorgungsspannung empfängt.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Schnittstellenkomponente 108 als bidirektionale Schnittstelle betrieben werden, die in zwei verschiedene Richtungen zum Senden oder Empfangen von Daten kommuniziert. Beispielsweise kann der Schnittstellenanschluss oder der Kontaktstift der Schnittstellenkomponente 108 verwendet werden, um das System 100 mit einer Spannungsquelle sowie mit Daten zu versorgen. Die Daten können z.B. als eine Funktion von Versorgungsspannungspegeländerungen in der Versorgungsspannung an der Schnittstellenkomponente 108 detektiert werden. Die Schnittstellenkomponente 108 kann Daten von den Spannungshüben ableiten und kann Informationen, Befehle, Parameter, Einstellungen oder andere solcher Daten an Komponenten des Mikrofons oder Audiosystems 100 übertragen, um ein betriebliches Verarbeiten von Mikrofonsignalen zu konfigurieren. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Schnittstellenkomponente 108 Informationen basierend auf Stromverbrauchsänderungen über denselben Anschluss kommunizieren. Die Strompegelveränderungen können durch die Schnittstellenkomponente 108 als eine Funktion von Verbrauchsänderungen in einer Komponente des Systems oder des Systems als Ganzes detektiert werden. Die Schnittstellenkomponente 108 kann in einer digitalen oder analogen Silicium-Mikrofonvorrichtung/einem -System betrieben werden, ohne dabei die Funktionalität der Sensorkomponente 104, der Datenpfadkomponente 108 oder jeglicher anderer Schnittstelle wie einer zugewiesenen Datenschnittstelle, Taktschnittstelle oder anderen Schnittstelle zu beeinträchtigen.
Die Schnittstellenkomponente 108 arbeitet, um Befehle zum Betreiben der Sensorkomponente 104 oder einer oder mehrerer Komponenten zum Verarbeiten von Audiosignalen über die Datenpfadkomponente 110 zu empfangen oder zu senden. Zusätzlich dazu bestimmt die Schnittstellenkomponente 108 einen oder mehrere Parameter aus den Befehlen. Die Parameter können z.B. zumindest eine Kalibrationseinstellung, eine Spannungsvorspannung, einen Vorstrom, eine Verstärkungseinstellung für eine Komponente mit einer Verstärkersteuerung, einen Zeitgeberwert, eine Stärkeeinstellung eines Schnittstellentreibers, einen digitalen Oszillatorpegel, eine internen lokalen Oszillator-Frequenz oder -Phase, einen Rückkopplungswert, einen Pull-in-Spannungswert (z.B. für ein Ausmaß eines Spannungsmembran-Pull-ins), einen Membranempfindlichkeitspegel, einen Mobilvorrichtungs-Frontend-Funktionstestwert (z.B. für Genauigkeit über Temperatur oder Prozessvariationen) eines Mobilvorrichtungs-Frontends, andere Parameter und/oder Betriebseinstellungen umfassen. Ein Frontend kann eine Kommunikationsplattform umfassen, die elektronische Komponenten und zugehörige Schaltungsanordnungen z.B. zum Verarbeiten, Manipulieren oder Formen der empfangenen oder gesendeten Signale über einen oder mehrere Empfänger, Sender oder eine andere Komponente einer Mobilkommunikation bereitstellt.
Die Schnittstellenkomponente 108 ist konfiguriert, die Parameter von einem oder mehreren Befehlen abzuleiten, die aus Änderungen in der Versorgungsspannung des Versorgungssignals detektiert werden. Die Schnittstellenkomponente 108 erzeugt ferner ein digitales Signal basierend auf dem einen oder die mehreren Parametern, die von den Befehlen abgeleitet wurden und erleichtert einen Satz von Vorgängen der Sensorkomponente oder der Datenpfadkomponente mit dem digitalen Signal, das von den Parametern oder den Befehlen abgeleitet wurde. Diese Vorgänge können z.B. einen Kalibrationsvorgang umfassen, der eine Prozesseinstellung an der Sensorkomponente oder der Datenpfadkomponente wie eine Verstärkungseinstellung, eine Vorspannungseinstellung, einen internen Stromverbrauch, eine lokale Oszillatorfrequenzeinstellung oder einen weiteren Parameter auslöst, der eine Einstellung an der Datenpfadkomponente 110 kalibrieren oder steuern kann. Die Vorgänge können auch einen Konfigurationsvorgang umfassen, der einen Betriebsmodus, einen Empfindlichkeitspegel des Sensors oder einer anderen Komponente basierend auf einem Spannungsreaktionspegel (z.B. für eine Membranempfindlichkeit in einem MEMS), einen Taktzyklus, einen Zählerwert, eine Abfolge von Prozessen oder eine Algorithmusauslösung wie verschiedene Strompegelmodi des Betriebs, einen Sicherheitsmodus des Betriebs, der einen Satz aus Kommunikationsprotokollen über einen anderen Modus mit einer anderen Anzahl von Datenbits, einer Rate oder eines Zeitraums zum Kommunizieren von redundanten Daten, einen Vorspannungspegel (z.B. eine Spannungsvorspannung, Vorstrom) oder einen Prozessparameterpegel an der Sensorkomponente oder der Datenpfadkomponente erzeugt oder programmiert. Zusätzlich dazu kann der Betrieb einen Testvorgang umfassen, der einen Wert eines Rückkopplungspfads, einen charakteristischen Wert oder einen Testpegel der Sensorkomponente oder der Datenpfadkomponente erzeugt. Die Schnittstellenkomponente 108 kann somit eine Kommunikation oder einen Befehl von dem Spannungssignal oder einem anderen Versorgungssignal über einen Versorgungsanschluss empfangen und bestimmen, um einen Kalibrationsvorgang, einen Konfigurationsvorgang oder einen Testvorgang zu erleichtern, ohne dabei die Funktionalität des Mikrofonsystems 100 zu beeinträchtigen, wie ein Ausgeben von digitalen Daten als Antwort auf ein abgefühltes Audiosignal.
In einem weiteren Aspekt kann die Schnittstellenkomponente 108 Schreibdaten von Spannungshüben ableiten, um Schreibvorgänge auf einer oder mehreren Komponenten des Mikrofonsystems 100 durchzuführen. Zusätzlich dazu können Lesevorgänge über denselben Schnittstellenanschluss basierend auf Stromhüben erzeugt werden. Andere Befehle können auch über die Schnittstellenkomponente 108 erzeugt werden, wie z.B. ein Löschbefehl, Überschreiben, Schnittstellen-Abschaltung oder andere Systembefehle.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Mikrofon- oder Audiosystem dargestellt, um Daten und ein Versorgungssignal über einen Schnittstellenanschluss in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten zu kommunizieren. Das System 200 umfasst ähnliche Komponenten wie oben besprochen, und umfasst ferner eine Kommunikationseingangskomponente 202, eine Kommunikationsausgangskomponente 204, eine Logikkomponente 206 und einen Versorgungsanschluss 208.
Das System 200 kann eine Mikrofonvorrichtung oder eine akustische Vorrichtung 201 umfassen, die als eine analoge Mikrofonvorrichtung oder eine digitale Mikrofonvorrichtung betrieben werden kann, in der die Komponenten der Vorrichtung 201 so betrieben werden, um in einer analogen Domäne, in einer digitalen Domäne oder einer Kombination aus einer analogen oder digitalen Domäne zu empfangen und zu kommunizieren. Beispielsweise kann die Schnittstellenkomponente den Versorgungsanschluss 208 umfassen und kann ferner zusätzliche analoge Schnittstellenanschlüsse oder digitale Anschlüsse zur Eingabe oder Ausgabe eines oder mehrerer Signale oder Daten mit Komponenten der Mikrofonvorrichtung 201 umfassen. Der Versorgungsanschluss 208 kann einen einzigen Anschluss oder Kontaktstift zum Empfangen eines Versorgungssignals wie einem analogen Spannungssignal zum Versorgen einer oder mehrerer Komponenten der Datenpfadkomponente 110 oder der Sensorkomponente 104 mit Strom umfassen. Der Versorgungsanschluss 208 kann es der Schnittstellenkomponente 108 ermöglichen, als bidirektionale Schnittstelle zu arbeiten, die konfiguriert ist, den einen oder die mehreren Befehle basierend auf Signalhüben zu empfangen und zu senden. Befehlsdaten z.B. können somit gleichzeitig über den Versorgungsanschluss 208 empfangen oder kommuniziert werden, während eine Versorgungsspannung als ein Versorgungssignal empfangen wird.
Die Mikrofonsystemkomponenten können in einem Spannungsbereich betrieben werden, in dem z.B. Einschränkungen von Spannungshüben durch Einstellen des Versorgungspegels einer MEMS-Schnittstellenschaltung durch Verwenden einer internen Vervielfachung einer geregelten Versorgungsspannung überwunden werden. Die Spannungsversorgung kann somit innerhalb eines Spannungsbereichs betrieben werden, die es ermöglicht, dass Hübe erzeugt werden, ohne den Betrieb zu beeinträchtigen und auch um Daten zum Programmieren von Vorgängen innerhalb des Systems zu kommunizieren.
Die Eingangskomponente 202 kann z.B. so betrieben werden, um Kommunikationen von einer oder mehreren Vorrichtungen zu erleichtern, die extern zu dem System 200 sind oder von internen Komponenten des Systems 200. Die Eingangskomponente 202 ist z.B. konfiguriert, die Datenbefehle basierend auf einer Änderung eines Spannungspegels des empfangenen Versorgungssignals an dem Versorgungsanschluss 208 der Schnittstellenkomponente zu bestimmen oder abzuleiten. Die Eingangskomponente 202 kann Spannungshübe an dem Versorgungsanschluss 208 detektieren und kann auch betrieben werden, Befehle basierend auf den detektierten Spannungshüben abzuleiten. Die Eingangskomponente 202 und die Logikkomponente 206 arbeiten, um Parameter aus den Befehlen zu bestimmen und die Parameter an die Sensorkomponente 104 oder die Datenpfadkomponente 110 zu kommunizieren, um eine Steuereinstellung, einen Betriebsparameter oder einen Programmiervorgang für das Verarbeiten von Signalen, die von dem Mikrofonsystem 200 erzeugt werden, zu erleichtern.
Die Eingangskomponente 202 kann einen Komparator (nicht dargestellt) umfassen, der mit der Logikkomponente 206 gekoppelt ist, um ein Spannungshubausmaß mit einer Referenz zu vergleichen. Beispielsweise kann die Eingangskomponente 202 Spannungshüben mit einer vorbestimmten Schwelle oder einem Referenzpegel vergleichen. Basierend darauf, ob eine Bedingung der vorbestimmten Schwelle erfüllt wird, können dem Spannungshub ein oder mehrere Bits zugewiesen werden. Beispielsweise kann ein Spannungshub über der vorbestimmten Schwelle mit einer Eins gleichgesetzt werden, während ein Spannungshub unter der vorbestimmten Schwelle mit einer Null gleichgesetzt werden kann. Die Eingangskomponente 202 kann auch das Gegenteil implementieren, bei dem eine Angabe unter der Schwelle eine Eins ist, während die über der Schwelle eine Null ist. Die Eingangskomponente 202 wird ferner betrieben, um den Vergleich an der Logikkomponente 206 bereitzustellen, die dann einen oder mehrere Befehle, die z.B. von den Versorgungssignalschwankungen, -Änderungen oder -Hübe in einem Satz von Logikbits abgeleitet wurde, erleichtert. Die Logikkomponente 206 kommuniziert den Befehl, einen Betriebsparameter oder eine Einstellung innerhalb der Bits z.B. an eine zugehörige Komponente der Datenpfadkomponente 110 oder der Sensorkomponente 104. Die Logikkomponente 206 wird somit betrieben, um einen oder mehrere Signalprozesse oder -Vorgänge in Bezug auf eine Komponente der Datenpfadkomponente 110 oder der Sensorkomponente 104 für die Signalverarbeitung, -Konfiguration, -Kalibration oder -Testen zu steuern.
Die Ausgangskomponente 204 arbeitet, um Informationen in Bezug auf die Sensorkomponente oder die Datenpfadkomponente zu bestimmen und die Informationen in dem einen oder die mehreren Befehlen über den Versorgungsanschluss 208 der Schnittstellenkomponente 108 zu übertragen. Beispielsweise kann die Ausgangskomponente 204 einen Stromverbrauch von einer oder mehreren Komponenten detektieren und Daten, die von den Stromveränderungen abgeleitet wurden, über den Versorgungsanschluss 208 kommunizieren. Die Logikkomponente 206 kann einen oder mehrere Befehle oder Datensignale von den detektierten Stromschwankungen oder -Veränderungen ableiten. Die Daten können dann über den Versorgungsanschluss 208 kommuniziert werden, während an demselben Anschluss auch eine Versorgungsspannung empfangen wird.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Beispiel für Kommunikationen 300 dargestellt, die von der Schnittstellenkomponente 108 empfangen werden. Wie oben besprochen, arbeitet die Eingangskomponente 202, um Datenbefehle basierend auf einer Änderung eines Spannungspegels des empfangenen Versorgungssignals, das gleichzeitig eine oder mehrere Komponenten einer Mikrofonvorrichtung mit Spannung versorgt, zu erzeugen. Beispielsweise kann die Versorgungsspannung etwa 2 Volt betragen, wobei die Versorgungsspannung zwischen 2 V und 2,8 V schwanken kann, oder die Versorgungsspannung könnte innerhalb eines anderen Bereichs betrieben werden, abhängig von der Konfiguration der Komponenten. Eine vorbestimmte Schwelle kann den Bereich von 2 V bis 2,8 V oder einen speziellen Schwellenpegel umfassen, wie z.B. etwa 2,5 V oder 2,9 V, wobei die vorbestimmte Schwelle als eine Trennung dienen kann, um Hübe, die Daten kommunizieren und einem normalen Betriebsspannungshub zu trennen oder zwischen diesen zu unterscheiden. Als Antwort auf die Versorgungssignalamplitude, die für einen bestimmten Zeitraum über oder unter der Schwelle liegt, kann z.B. eine logische Eins für ein erstes Bit detektiert werden und als Antwort darauf, dass sie für einen anderen Zeitraum über oder unter der Schwelle liegt, kann z.B. eine logische Null bestimmt werden.
In einem Beispiel kann eine Spannungssequenz 302 z.B. innerhalb eines vorbestimmten Schwellenbereichs oder eines vorbestimmten Spannungsbereichs ausgelöst werden, wobei die Sequenz über die Eingangskomponente 202 empfangen und detektiert wird und ferner z.B. in der Logikkomponente 206 zur Kommunikation innerhalb des Mikrofonsystems erzeugt werden. Die Spannungssequenz 302 kann z.B. als eine niedrige Signalflanke ausgelöst werden. Als Antwort darauf, dass ein Spannungshub eine Bedingung der vorbestimmten Schwelle erfüllt, wie Übersteigen des Spannungsbereichs, wird ein Eins- oder ein Null-Bit für den Befehl erzeugt. Ein Befehl kann z.B. eine festgesetzte Anzahl von N Bits umfassen wie vier Bits, acht Bits oder eine andere Anzahl von Bits (z.B. 16 Bits), in der N eine ganze Zahl ist, die größer ist als eins. Ein Zähler (nicht dargestellt) oder ein Zeitgeber kann einen Zeitpunkt angeben, zu der der Spannungshub den Schwellenbereich erfüllt oder diesen überschreitet. Als Antwort darauf, dass eine erste Zeit länger ist als eine zweite Zeit kann z.B. eine Eins als das erste Bit erzeugt werden, das ein Bit mit dem höchsten Stellenwert (MSB) oder ein Bit mit dem niedrigsten Stellenwert (LSB) sein kann. Als Antwort darauf, dass die zweite Zeit kürzer ist als die erste Zeit kann z.B. eine Null als das zweite Bit erzeugt werden, das ein LSB oder ein MSB sein kann.
Andere Beispiele zum Ableiten der Befehle von den Signalhüben an dem Versorgungsanschluss können ebenfalls erdacht werden. Beispielsweise kann ein Erfüllen des Schwellenspannungsbereichs oder -Pegels auf einem Spannungshub basieren, der zu bestimmten Zeiten geringer ist als ein Spannungsbereich. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Spannungsbereich einen konstanten Spannungspegel umfassen, wobei ein Abfallen unter die Schwelle eine Eins oder eine Null für ein Bit eines Befehls angibt oder ein Überschreiten der Schwelle eine Eins oder eine Null für ein Bit eines Befehls angibt. Eine Befehlssequenz kann mit einer niedrigen Spannungsflanke oder einer Spannung innerhalb des für das Bestimmen der Kommunikationen angegebenen Pegels oder Frequenzbereichs enden. Eine Pause 306 oder eine NIEDRIG-Signalperiode während eines bestimmten Zeitraums kann z.B. das Ende eines Befehls sowie eine Bestimmung einer bestimmten Anzahl von Bits für eine fixierte Befehlslänge angeben.
Zusätzlich dazu kann der Befehl in Abschnitte unterteilt werden, die einen oder mehrere verschiedene Parameter, Vorgänge, Konfigurations-, Kalibrations- oder Test-Prozesse angeben, die zu implementieren sind. Ein Befehl kann z.B. ein digitales Datenwort, ein Byte oder ein anderes Format von Bits sein, das einen Befehlscodeabschnitt, einen Adressabschnitt und einen Datenabschnitt umfasst. Der Befehlscodeabschnitt kann einen Vorgang (z.B. Schreiben, Löschen, Abfühlen, Speichern, Anhalten etc. oder ein anderes Verfahren in Bezug auf eine bestimmte Signalverarbeitungskomponente) identifizieren. Eine Einstellung kann z.B. ein Wert oder ein Modusbetrieb, wie oben besprochen, oder eine Auslösung eines Betriebsprozesses zusammen mit einem Einstellwert sein. Der Befehl kann einen Vorgang oder eine Vielzahl von Vorgängen für einen Testprozess oder einen Kalibrationsprozess auslösen. Der Befehl kann ebenfalls eine Konfiguration einer Komponente bereitstellen, damit diese z.B. nebenher oder in diesem Gebiet in einem bestimmten Modus oder einem bestimmten Frequenzbereich oder einem Spannungsbereich zum Testen, Kalibrieren oder Einstellen der Komponente betrieben werden kann. Der Adressabschnitt kann identifizieren, wo der Befehl zu implementieren ist oder wohin er zu kommunizieren ist und der Datenabschnitt kann einen oder mehrere Werte, Verstärkungseinstellungen, Modussteuerdaten zum Einleiten von Vorgängen, Konfigurationen oder Testen von Komponenten umfassen.
Die Ausgangskomponente 204 bestimmt Informationen in Bezug auf die Sensorkomponente 104 oder die Datenpfadkomponente 110 auf ähnliche Weise wie oben in Bezug auf die Eingangskomponente besprochen, basiert jedoch auf Stromschwankungen oder -Hüben von Komponenten innerhalb des Mikrofonsystems, wie z.B. von der ASIC 106 oder der Datenpfadkomponente 110. Die Stromhübe werden von der Ausgangskomponente 204 z.B. verwendet, um die Befehle für die Kommunikation zum Abfühlen der Hübe in Bezug auf eine bestimmte Stromverbrauchsschwelle oder Stromverbrauchsbereich oder -Pegel abzuleiten. Die Logikkomponente 206 kann einen oder mehrere Befehle von der detektierten Strompegelveränderung erzeugen und eine externe Kommunikation der Befehle über den Versorgungsanschluss 208 ermöglichen. Dementsprechend ist der Versorgungsanschluss 208 ein bidirektionaler Anschluss, der Datenbefehle empfängt und sendet, während er ein Versorgungssignal empfängt, das das Mikrofonsystem mit Spannung versorgt.
In einem Beispiel kann eine Stromkommunikation oder eine Ausgangskommunikation 304 auf einem Strompegel und einer Stromänderung oder -Hub basieren. Der Strompegel kann z.B. 200 µA umfassen, wobei 800 µA hinzugefügt werden könnten, um einen höheren Strom über einem Schwellenpegel anzugeben. Als Antwort darauf, dass der Strom über die Schwelle ansteigt, könnte eine Eins in einem Bit-Slot angegeben werden, was einem bestimmten Zeitraum entsprechen kann. Als Antwort darauf, dass der Strom nicht über der Schwelle liegt, könnte der Stromhub dann eine Null für ein Bit innerhalb eines bestimmten Zeitraums angeben. Alternativ oder zusätzlich dazu könnten auch andere Protokolle oder Variationen erdacht werden, wie oben in Bezug auf die Spannungsbefehle besprochen wurde.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Schwelle zum Bestimmen einer Stromänderung oder einer Spannungsänderung in Bezug auf das Empfangen bzw. das Senden von Daten von einem Frequenzbereich zu einem anderen Frequenzbereich modifiziert werden. Das System oder Komponenten des Systems können programmiert werden, um über die von dem Versorgungsanschluss kommunizierten Daten mit einer anderen Spannungseinstellung zu arbeiten. Als Antwort darauf, dass eine Versorgungseinstellung oder -Konfiguration eingegeben wird, kann das System oder die Komponente mit einer zweiten, anderen Schwelle zum Bestimmen von Kommunikationen basierend auf Spannungshüben oder Stromhüben in Bezug auf die zweite Schwelle arbeiten, während sie auch mit einem anderen Spannungsbereich arbeitet, wie in verschiedenen Spannungsmodi für unterschiedliche Bereiche. Die Konfigurationen oder Einstellungen (z.B. eine Verstärkung oder eine Vorspannungseinstellung) können unabhängig von einer Übermittelung von Datenbefehlen durch den Versorgungsanschluss 208 verändert werden, um z.B. den Systemausgang an dem Ausgangsanschluss 116 zu modifizieren, während das System 200 auch dynamisch modifiziert werden kann, um Datenbefehle bei verschiedenen Hubschwellen zu bestimmen, wenn z.B. es mit unterschiedlichen Spannungspegeln betrieben wird. Bezugnehmend auf 4 ist ein weiteres Beispiel für ein Mikrofonsystem 400 in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten dargestellt. Das System 400 umfasst ähnliche Komponenten, wie oben besprochen, sowie zusätzliche Komponenten. Die Schnittstellenkomponente 108 z.B. umfasst ferner eine Hochfahrkomponente 402, eine Prüfsummenkomponente 404 und eine Zeitlimitkomponente 406. Die Datenpfadkomponente 110 umfasst z.B. eine Ladungspumpe 408, Eingangsvorspannungsschaltung 410 und eine Verarbeitungskomponente 412.
Die Datenpfadkomponente 110 kann eine oder mehrere Verarbeitungskomponenten zum Erzeugen eines Ausgangs basierend auf detektierten akustischen oder Audiosignalen umfassen. Das Audiosystem 400 kann ein Differenz-Audiosystem sein, das ein Mikrofon (z.B. ein digitales Silicium-Mikrofon) umfasst, das eine MEMS-Sensorkomponente 104 und eine Datenpfadkomponente 110 umfasst, das die Verarbeitungskomponente 412 umfasst. Die Verarbeitungskomponente 412 kann z.B. eine zeitkontinuierliche MEMS-Schnittstelle, einen geschalteten Kondensator-Delta-Sigma-Modulator, einen Spannungsvervielfacher oder andere Signalverarbeitungskomponenten umfassen.
Die Datenpfadkomponente 110 der ASIC (nicht dargestellt) kann die Sensorkomponente 104 über eine Ladungspumpe 408 mit einer Hochspannungs-Vorspannung beaufschlagen, die basierend auf einem oder mehreren Befehlen eingestellt oder vorgespannt werden kann, die über den Versorgungsanschluss 208 empfangen werden. Die Sensorkomponente 104 stellt ein Spannungssignal als ein Differenzsignal oder als Einzelendsignal über die Datenpfadkomponente 110 an den Auslesekomponenten der ASIC bereit, das einen Differenzverarbeitungspfad oder einen Einzlend-Verarbeitungspfad umfassen kann, der die darin enthaltenen Komponenten koppelt. Zusätzlich dazu kann die Sensorkomponente 104 z.B. einen Doppelrückseitenplatten-MEMS oder andere Sensorelemente zum Detektieren eines oder mehrerer physikalischen Parameter umfassen. Die Vorspannungsspannung wird über die Ladungspumpe 408 an die Membran der Sensorkomponente 104 weitergeleitet, die z.B. über einen Befehl, der von der Schnittstellenkomponente 108 empfangen wird, kalibriert oder eingestellt werden kann.
Zusätzlich dazu kann eine Eingangsvorspannungsschaltung 410 z.B. eine Giga-Ohm-Vorspannungsschaltung oder eine andere Vorspannungsschaltung umfassen, die die Datenpfadkomponente 110 ferner mit einer Spannung oder einem Strombetriebspunkt beaufschlägt. Am Ende einer Ladungsphase, in der die Ladungspumpe 408 sowie die Vorspannungsschaltung 410 auf eine niedrige Impedanz eingestellt werden, werden beide Komponenten in den Hochimpedanz-Modus geschaltet und somit kann eine Ladung (z.B. als eine Empfindlichkeitsspannung oder V-Pull-in) z.B. auf beiden MEMS-Kapazitäten der Sensorkomponente 104 eingefangen werden. Mit einer Bewegung der Membran ändern sich die Kondensatorwerte und eine Spannung kann an dem ASIC-Eingang z.B. unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungskomponenten 412 wie einem MEMS-Puffer, gelesen werden, der so betrieben werden kann, um einen Modulator anzutreiben, der ferner einen Schleifenfilter, einen Quantisierer (z.B. eine Verfolgungs-ADC) oder eine andere Komponente zum Bereitstellen eines Ausgangs umfassen kann.
In einem Aspekt kann die Eingangskomponente 202 einen Komparator 414 umfassen, der einen Spannungshub mit einer Spannungsreferenz als Schwelle vergleicht und basierend auf der Differenz kann der Komparator 414 z.B. einen Bit-Wert erzeugen oder ein Vergleichsergebnis an der Logikkomponente 206 bereitstellen, um eine Kommunikation mit einem Bit-Befehl zu erzeugen. Ein Ausgangsstromhub kann dann ferner von einer oder mehreren variablen Stromquellen 416 sowie für die Kommunikation außerhalb des Versorgungsanschlusses 208 basierend auf einem oder mehreren Strombefehlen erzeugt werden, die von der Ausgangskomponente 204 und der Logikkomponente 206 abgeleitet wurden.
Die Ausgangskomponente 204 kann auch einen oder mehrere Transistorschalter umfassen, die in einer Stromspiegelschaltung 418 oder einer anderen Konfiguration konfiguriert sein können, die mit einer Stromquelle, einem Schalter oder anderen Komponenten gekoppelt werden kann, um Änderungen des Stroms (z.B. I_DD) zu lesen und Daten in Bezug auf die Stromhübe zu erzeugen. Die Ausgangskomponente 204 kann betrieben werden, um ein Stromsignal basierend auf einem Stromverbrauchspegel wie ein hoher I_DD oder ein niedriger I_DD zu alternieren und die Daten an der Logikkomponente 206 bereitzustellen. Die Logikkomponente kommuniziert die Daten ferner als ein Ausgang über den Anschluss 208, der Befehlsdaten oder Lesedaten in Bezug auf die Komponenten des Systems 400 umfasst.
Die Ausgangskomponente 204 kann auch konfiguriert sein, die Strompegeländerungen aus dem System 400 oder einer oder mehrerer Komponenten des Systems zu detektieren oder daraus zu erzeugen. Die Ausgangskomponente 204 stellt dann ferner einen Datenausgang an der Logikkomponente 206 bereit, der Befehlsdaten über den Versorgungsanschluss 208 erzeugt. Die Logikkomponente 206 wird somit so betrieben, dass sie Schreibbefehle an den Komponenten des Systems 400 basierend auf der Eingangskomponente 202 bereitstellt und Lesebefehle gemäß der Ausgangskomponente 204 erzeugt.
In einem weiteren Aspekt umfasst die Schnittstellenkomponente 108 aus 4 die Hochfahrkomponente 402, die Prüfsummenkomponente 404 und die Zeitlimitkomponente 406. Die Hochfahrkomponente 402 ist konfiguriert, eine Versorgungsphase der Sensorkomponente oder einer Komponente der Datenpfadkomponente 110 wie der Ladungspumpe 408, der Eingangsvorspannungsschaltung 410, der Verarbeitungskomponente 412 oder einer anderen Komponente des Systems 400 zu detektieren. Die Hochfahrkomponente 402 arbeitet, um die Schnittstellenkomponente 108 als Antwort auf eine detektierte Versorgungsphase zu aktivieren und die Schnittstellenkomponente 108 als Antwort auf einen Abschluss der Versorgungsphase zu deaktivieren. Die Versorgungsphase kann z.B. ein Einschalten der Mikrofonvorrichtung 102 sein, das die Hochfahrkomponente 402 detektiert. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Hochfahrkomponente 402 ferner eine Abwesenheit des einen oder der mehreren Befehle in dem Versorgungssignal detektieren. Die Hochfahrkomponente 402 kann ferner als Antwort auf das Detektieren, dass Daten z.B. nicht für einen angegebenen Zeitraum oder nach Abschluss einer Versorgungsphase kommuniziert wurden, einen Schlafmodus mit minimaler Spannung an der Schnittstellenkomponente 108 von dem Versorgungsanschluss 208 inaktivieren, ausschalten oder betreiben. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Hochfahrkomponente 402 z.B. einen Spannungsmodus einer oder mehrerer Komponenten des Systems oder eine Schwelle für die Detektion von Daten basierend auf einem Signalhub verglichen mit der Schwelle verändern.
Die Prüfsummenkomponente 404 ist konfiguriert, einen Prüfsummenvorgang an dem einen oder die mehreren Befehlen zu erzeugen und zu detektieren, ob Bits des einen oder der mehreren Befehlen eine erste vorbestimmte Schwelle in Bezug auf einen Datenintegritätsausmaß erfüllen. Beispielsweise könnte ein Satz aus Prüfsummenbits innerhalb des Befehls integriert werden, der von einer externen Komponente über den Versorgungsanschluss 208 oder mit Kommunikationen mit einer oder mehreren Komponenten des Systems 400 empfangen wird. Zusätzlich dazu ist die Zeitlimitkomponente 406 z.B. konfiguriert, eine Zeitlimitsequenz zu erzeugen, der Befehle zugeordnet sind, die in der Schnittstellenkomponente 108 verarbeitet werden und den einen oder die mehreren Befehle als Antwort darauf, dass die Zeitlimitsequenz eine Zeitschwelle erfüllt, abbricht. Somit kann das Schnittstellenprotokoll auf eine Art implementiert werden, so dass „falsche“ Befehle (Schutz durch Prüfsumme etc.) oder nicht angemessen kommunizierte Befehle keinen ungewollten Informationstransfer verursachen würden. Durch Implementieren eines Zeitlimits kann die Zeitlimitkomponente 406 z.B. auch einen „Stillstand“ oder Prozessausfall in der Kommunikation durch zeitliches Begrenzen, dass eine Befehlssequenz ausgeführt wird, verhindern.
Bezugnehmend auf 5 ist ein weiteres Beispiel für ein Mikrofonsystem dargestellt, dass betrieben werden kann, Daten und ein Versorgungssignal über dieselbe Schnittstelle 208 zu kommunizieren. Das System 500 kann z.B. ein digitales System, ein analoges System oder beides mit digitalen und analogen Komponenten sein. Die Mikrofonvorrichtung 102 kann einen Versorgungsanschluss 208, einen Masseanschluss 502 und einen Ausgangsanschluss 504 umfassen. Der Ausgangsanschluss 504 kann ein Differenzausgang zum Kommunizieren eines Differenzsignals oder ein Einzelendausgang zum Kommunizieren eines Einzelendsignals sein. Im Fall einer digitalen Implementierung kann der Ausgangsanschluss einen Datenanschluss oder -Kontaktstift zum Kommunizieren von Daten in Bezug auf das Mikrofon wie Sprachdaten oder andere Daten zusätzlich oder getrennt von der Schnittstellenkomponente 108 umfassen. Der Ausgangsanschluss 504 kann z.B. einen Zeitgeberkontaktstift zum Kommunizieren eines Zeitgeberwerts oder einen Links-/Rechts-Anschluss zum Kommunizieren digitaler Daten in Bezug auf linke oder rechte Geräusche oder Lautsprecherinformationen umfassen.
Zusätzlich dazu kann die Datenpfadkomponente 110 einen Modulator oder eine Modulatorkomponente 506 zum Modulieren eines oder mehrerer elektrischer Signale umfassen. In Mikrofonanwendungen ist der zu verarbeitende Spannungshub relativ klein, so dass ein Spannungshub, der an dem Modulator vorhanden ist und die Spannungsdifferenz an dem Eingang direkt in Zusammenhang mit dem Schalldruckpegel (SPL) steht, den ein Mikrofon einfangen kann. Typische Gespräche weisen einen SPL unter einem Pegel von etwa 94 dB SPL auf. Jedoch können laute Kommunikationen wie laute Musik einen Pegel bis etwa 120 dB SPL erreichen, was abhängig davon variieren kann, wie die MEMS-Empfindlichkeit für Spannungen in dem Bereich einiger weniger hundert Millivolt einer Spitzendifferenz, die aus dem MEMS herauskommt, eingestellt ist. Sogar mit einer Versorgung von 1,5 Volt und einer Niedrig-Spannungsanwendung ist die Schaltung dazu in der Lage, diese Spannungen verarbeiten. Falls jedoch ein sehr lautes Geräusch (z.B. ein SPL von bis zu 140 dB-SPL) verarbeitet werden soll, dann erhöht sich der Spannungspegel um 20 dB und somit kann der Signalhub am MEMS mehrere Volt erreichen. Durch Beaufschlagen einer oder mehreren Komponenten der Datenpfadkomponente 110 mit einer kalibrierten Einstellung oder Spannung, können die Signale, die an die Modulatorkomponente 506 weitergeleitet werden, variieren und somit kann auch der dynamische Frequenzbereich des Mikrofons variieren. In einem Beispiel kann eine Rückkopplungsschleife ausgelöst werden, die Befehle, die über den Versorgungsanschluss 208 kommuniziert werden, basierend auf den Eingangssignalen, die an einem Eingang des Systems 500 empfangen werden, variiert. Im Gegenzug dazu können Befehle erzeugt werden, die z.B. eine oder mehrere Einstellungen, Parameter, Vorgänge oder Modi des Sensors 104 oder der Datenpfadkomponente 110 verändern.
Während die innerhalb dieser Offenbarung beschriebenen Verfahren hierin als eine Abfolge von Aktionen oder Ereignissen beschrieben wurden, gilt anzuerkennen, dass die dargestellte Reihenfolge solcher Aktionen oder Ereignisse nicht in beschränkendem Sinne auszulegen ist. Beispielsweise können manche Aktionen in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Aktionen oder Ereignissen, abgesehen von jenen, die hierin dargestellt und/oder beschrieben sind, auftreten können. Zusätzlich dazu müssen nicht alle der dargestellten Aktionen einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der hierin dargelegten Beschreibung implementieren. Ferner kann einer oder können mehrere der hierin dargestellten Aktionen in einer oder mehreren getrennten Aktionen und/oder Phasen durchgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf 6 ist ein Verfahren 600 dargestellt, das eine Kommunikation mit einer Mikrofonvorrichtung mit einem Sensorsystem auf einem Chip über einen einzigen Versorgungsanschluss in Übereinstimmung mit verschiedenen Aspekten ermöglicht. Bei 602 wird eine analoge Eingangsspannung von der Mikrofonvorrichtung (z.B. Vorrichtung 102) auf einem Chip über einen Versorgungsanschluss (z.B. Versorgungsanschluss 208) empfangen.
Bei 604 detektiert ein Sensor (z.B. Sensorkomponente 104) ein Audiosignal und erzeugt ein elektrisches Signal basierend auf dem detektierten Audiosignal.
Bei 606 verarbeitet ein Sensordatenpfad (z.B. Datenpfadkomponente 110) das elektrische Signal, das von dem Sensor abgeleitet wurde, um ein moduliertes Ausgangssignal an einem Ausgangsanschluss zu erzeugen.
Bei 608 empfängt eine Schnittstellenkomponente (z.B. Schnittstellenkomponente 108), die den Versorgungsanschluss umfasst, eine analoge Eingangsspannung über den Versorgungsanschluss, um den Sensordatenpfad mit der analogen Eingangsspannung zu versorgen und detektiert einen Satz von Befehlen aus der analogen Eingangsspannung. Die Schnittstellenkomponente 208 ist ferner konfiguriert, einen oder mehrere Parameterwerte aus dem Satz von Befehlen abzuleiten und den einen oder die mehreren Parameterwerte an eine Ladungspumpe oder eine Verarbeitungskomponente des Sensordatenpfads zu kommunizieren. Die Schnittstellenkomponente 208 ist z.B. ferner konfiguriert, einen Schreibvorgang oder einen Lesevorgang von Daten basierend auf den Befehlen, die über den Versorgungsanschluss empfangen werden, an einem Speicher zu erzeugen.
Nunmehr bezugnehmend auf 7 ist ein weiteres Beispiel für ein Verfahren 700 für ein Mikrofonsystem mit einem akustischen Sensorsystem auf einem Chip dargestellt. Das Verfahren beginnt bei 702 damit, dass ein Mikrofon eine Versorgungsspannung an einem analogen Eingangsanschluss eines Sensors auf einem Chip empfängt. Bei 704 umfasst das Verfahren 700 Detektieren eines Datenbefehls von dem analogen Eingangsanschluss basierend auf der Versorgungsspannung über eine Schnittstellenkomponente des Sensorsystems auf dem Chip.
Das Verfahren kann ferner ein Erzeugen (z.B. der Logikkomponente 206) eines Satzes von Daten in Bezug auf einen Betriebsparameter des Sensorsystems auf dem Chip und Übertragen des Satzes von Daten in Bezug auf den Betriebsparameter über den analogen Eingangsanschluss umfassen.
Zusätzlich oder alternativ dazu umfasst das Verfahren Ableiten eines Parameterwerts von dem Datenbefehl basierend auf einer Veränderung einer Amplitude oder eines anderen Signalparameters (z.B. einer Frequenz) der Versorgungsspannung wie über die Eingangskomponente 202. Der Datenbefehl kann eine Kalibration, eine Konfiguration oder ein Testen einer Verarbeitungskomponente eines Sensordatenpfads oder eine Ladungspumpe 408 an einem Sensor des Sensorsystems auf dem Chip erleichtern. Die Schnittstellenkomponente 108 kann ferner arbeiten, um eine bidirektionale Kommunikation über den analogen Eingangsanschluss zu erzeugen während die Versorgungsspannung empfangen wird. Ein Satz von Daten in Bezug auf einen Betriebsparameter des Sensorsystems auf dem Chip kann ferner basierend auf einer Veränderung in einem Strom, der an der Schnittstellenkomponente empfangen wird, erzeugt und dann über den analogen Eingangsanschluss übermittelt werden. Der Parameter kann z.B. Daten zum Kommunizieren von Testdaten, Betriebsdaten oder Konfigurationsdaten zum Erleichtern von Operationen in Bezug auf ein testen, einen Vorgang oder eine Konfiguration der Signalverarbeitungskomponenten des Systems umfassen.
Die obige Beschreibung von dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, einschließlich der Beschreibung in der Zusammenfassung, soll nicht erschöpfend sein oder die offenbarten Ausführungsformen auf die genauen offenbarten Formen beschränken. Während spezielle Ausführungsformen und Beispiele hierin nur für illustrative Zwecke beschrieben sind, sind verschiedene Modifikationen möglich, die als von dem Schutzumfang solcher Ausführungsformen und Beispiele umfasst anzusehen sind, wie Fachleute anerkennen werden. Während der offenbarte Gegenstand in dieser Hinsicht in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen und entsprechenden Figuren beschrieben wurde, falls anwendbar, gilt zu verstehen, dass andere ähnliche Ausführungsformen verwendet oder Modifikationen und Hinzufügungen an den beschriebenen Ausführungsformen zum Durchführen derselben, einer ähnlichen, einer alternativen oder gleichwertigen Funktion des Gegenstands vorgenommen werden können, ohne dabei davon abzuweichen. Deshalb sollte der offenbarte Gegenstand nicht auf irgendeine einzelne hierin beschriebene Ausführungsform beschränkt werden, sondern sollte vielmehr in ihrer Breite und ihrem Schutzumfang in Übereinstimmung mit den beigefügten nachstehenden Patentansprüchen ausgelegt werden.
In besonderer Hinsicht auf die verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Anordnungen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systemen etc.) durchgeführt werden, sollen die Begriffe (einschließlich eines Verweises auf ein „Mittel“), die verwendet werden, um solche Komponenten zu beschreiben, jeder Komponente oder Struktur entsprechen, die die angegebene Funktion der beschriebenen Komponente durchführt (z.B. die funktionsäquivalent ist), auch wenn sie nicht strukturell äquivalent mit der offenbarten Struktur ist, die die Funktion in den hierin beispielhaft dargestellten Implementierungen der Erfindung ausführt. Während zusätzlich dazu ein bestimmtes Merkmal in Bezug auf nur eine von mehreren Implementierungen offenbart wurde, kann ein solches Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen je nach Wunsch und falls dies für jede gegebene Anwendung vorteilhaft ist, kombiniert werden.

Claims

Mikrofonsystem, das Folgendes umfasst: eine Sensorkomponente, die eingerichtet ist, ein Audiosignal basierend auf einem elektrischen Signal zu detektieren, das aufgrund einer Veränderung einer Membran erzeugt wurde; eine Datenpfadkomponente, die eingerichtet ist, das elektrische Signal von der Sensorkomponente zu verarbeiten, um ein Ausgangssignal an einem Ausgangsanschluss zu erzeugen; und eine Schnittstellenkomponente, die einen Versorgungsanschluss umfasst, der eingerichtet ist, ein Versorgungssignal von einer Spannungsquelle zu empfangen und gleichzeitig einen oder mehrere Datenbefehle zu empfangen oder zu senden, um einen oder mehrere Parameter, die sich auf die Sensorkomponente oder die Datenpfadkomponente beziehen, zu kommunizieren.
Mikrofonsystem nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: eine Kommunikationseingangskomponente, die eingerichtet ist, den einen oder die mehreren Datenbefehle basierend auf einer Veränderung eines Spannungspegels des empfangenen Versorgungssignals zu bestimmen, den einen oder die mehreren Parameter aus dem einen oder den mehreren Datenbefehlen zu bestimmen und den einen oder die mehreren Parameter an die Sensorkomponente oder die Datenpfadkomponente zu kommunizieren.
Mikrofonsystem nach Anspruch 1 oder 2, das ferner Folgendes umfasst: eine Kommunikationsausgangskomponente, die eingerichtet ist, Informationen bezüglich der Sensorkomponente oder der Datenpfadkomponente zu bestimmen und die Informationen in dem einen oder den mehreren Befehlen über den Versorgungsanschluss der Schnittstellenkomponente zu übertragen.
Mikrofonsystem nach Anspruch 3, wobei die Kommunikationskomponente ferner eingerichtet ist, den einen oder die mehreren Befehle basierend auf Veränderungen eines Stromverbrauchs der Sensorkomponente oder der Datenpfadkomponente zu erzeugen.
Mikrofonsystem nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Schnittstellenkomponente eine bidirektionale Schnittstelle umfasst, die eingerichtet ist, den einen oder die mehreren Befehle über den Versorgungsanschluss zu übertragen, während gleichzeitig eine Versorgungsspannung als das Versorgungssignal empfangen wird, um die Sensorkomponente oder die Datenpfadkomponente mit Spannung zu versorgen.
Mikrofonsystem nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Schnittstellenkomponente ferner eingerichtet ist, den einen oder die mehreren Parameter aus dem einen oder den mehreren Befehlen zu bestimmen, die eine Kalibrationseinstellung, eine Vorspannung, einen Vorstrom, einen Oszillator-Zeitgeberwert, eine Größeneinstellung eines Schnittstellentreibers, einen digitalen Oszillatorpegel, einen Rückkopplungswert, einen Pull-in-Spannungswert und/oder einen funktionellen Frontendtestwert umfassen.
Mikrofonsystem nach einem der Ansprüche 1–6, das ferner Folgendes umfasst: eine Logikkomponente, die eingerichtet ist, den einen oder die mehreren Parameter aus dem einen oder den mehreren Befehlen aus Veränderungen basierend auf einer Vielzahl von Veränderungen einer Versorgungsspannung des Versorgungssignals zu bestimmen, ein digitales Signal basierend auf dem einen oder den mehreren Parametern zu erzeugen und eine Gruppe von Vorgängen der Sensorkomponente oder der Datenpfadkomponente mit dem digitalen Signal zu erzeugen.
Mikrofonsystem nach Anspruch 7, wobei die Gruppe von Vorgängen einen Kalibrationsvorgang, der eine Prozesseinstellung an der Sensorkomponente oder der Datenpfadkomponente auslöst, einen Konfigurationsvorgang, der einen Vorspannungspegel oder einen Prozessparameterpegel an der Sensorkomponente oder der Datenpfadkomponente erzeugt, und/oder einen Testvorgang, der einen Wert eines Rückkopplungspfads, einen charakteristischen Wert oder einen Testwert der Sensorkomponente oder der Datenpfadkomponente erzeugt, umfasst.
Mikrofonsystem nach einem der Ansprüche 1–8, das ferner Folgendes umfasst: eine Hochfahrkomponente, die eingerichtet ist, eine Versorgungsphase der Sensorkomponente oder der Datenpfadkomponente zu detektieren, die Schnittstellenkomponente als Antwort auf die detektierte Versorgungsphase zu aktivieren und die Schnittstellenkomponente als Antwort auf eine Beendigung der Versorgungsphase oder einer Detektion einer Abwesenheit des einen oder der mehreren der Befehle von dem Versorgungssignal zu deaktivieren.
Mikrofonsystem nach einem der Ansprüche 1–9, das ferner Folgendes umfasst: eine Prüfsummenkomponente, die eingerichtet ist, einen Prüfsummenvorgang an dem einen oder den mehreren Befehlen zu erzeugen, und zu detektieren, ob Bits des einen oder der mehreren der Befehle eine erste vorbestimmte Schwelle eines Datenintegritätsmaßes erfüllen; und eine Zeitlimitkomponente, die eingerichtet ist, eine Zeitlimitsequenz, die dem einen oder die mehreren Befehlen zugewiesen ist, zu erzeugen und den einen oder die mehreren Befehle als Antwort darauf abzubrechen, dass die Zeitlimitsequenz die eine zweite vorbestimmte Schwelle erfüllt.
Mikrofonvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Sensor, der eingerichtet ist, ein Audiosignal zu detektieren und ein elektrisches Signal basierend auf dem Audiosignal zu erzeugen; einen Sensordatenpfad, der eingerichtet ist, das elektrische Signal, das von dem Sensor erzeugt wurde, zu verarbeiten, um ein moduliertes Ausgangssignal an einem Ausgangsanschluss zu erzeugen; und eine Schnittstellenkomponente, die einen Versorgungsanschluss umfasst und eingerichtet ist, eine analoge Eingangsspannung über den Versorgungsanschluss zu empfangen, um den Sensordatenpfad mit der analogen Eingangsspannung zu versorgen und eine Gruppe von Befehlen aus der analogen Eingangsspannung zu detektieren.
Mikrofonvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Schnittstellenkomponente ferner eingerichtet ist, einen oder mehrere Parameterwerte aus der Gruppe von Befehlen abzuleiten und den einen oder die mehreren Parameterwerte an eine Ladungspumpe oder eine Verarbeitungskomponente des Sensordatenpfads zu kommunizieren.
Mikrofonvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Schnittstellenkomponente ferner eingerichtet ist, eine Kalibration, eine Konfiguration oder ein Testen des Sensordatenpfads mit einem oder mehreren Parameterwerten, die aus der Gruppe von Befehlen abgeleitet wurden, zu erzeugen und einen Wert basierend auf der Kalibration, der Konfiguration oder dem Testen des Sensordatenpfads von der Schnittstellenkomponente über den Versorgungsanschluss zu kommunizieren.
Mikrofonvorrichtung nach einem der Ansprüche 11–13, wobei der Sensor einen mikroelektromechanischen Sensor umfasst, der eingerichtet ist, das Audiosignal zu detektieren und das elektrische Signal basierend auf einer Veränderung einer Membran zu erzeugen und wobei der Sensordatenpfad eine Verarbeitungskomponente, die das elektrische Signal, das von dem Sensor erzeugt wurde, verarbeitet, und eine Ladungspumpe umfasst, die eingerichtet ist, den mikroelektromechanischen Sensor oder die Verarbeitungskomponente basierend auf der analogen Eingangsspannung und der Gruppe von Befehlen von dem Versorgungsanschluss mit einer Versorgungsspannung zu versorgen.
Mikrofonvorrichtung nach einem der Ansprüche 11–14, wobei die Schnittstellenkomponente ferner eingerichtet ist, die Gruppe von Befehlen basierend auf einer Veränderung der analogen Eingangsspannung zu detektieren und zumindest einen Parameterwert, der aus der Gruppe von Befehlen abgeleitet wurde, an den Sensor oder eine Verarbeitungskomponente des Sensordatenpfads zu kommunizieren.
Mikrofonvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Schnittstellenkomponente ferner eingerichtet ist, Daten, die mit dem Sensor oder der Verarbeitungskomponente in Zusammenhang stehen, basierend auf einer Veränderung eines Stroms von dem Sensor oder der Verarbeitungskomponente über den Versorgungsanschluss zu übertragen.
Mikrofonvorrichtung nach einem der Ansprüche 11–16, wobei die Schnittstellenkomponente ferner eingerichtet ist, einen Schreibvorgang oder einen Lesevorgang von Daten an einem Speicher basierend auf den über den Versorgungsanschluss empfangenen Befehlen zu erzeugen.
Verfahren für ein Mikrofonsystem, das Folgendes umfasst: Empfangen einer Versorgungsspannung an einem analogen Eingangsanschluss eines akustischen Sensorsystems auf einem Chip; und Detektieren, über eine Schnittstellenkomponente des Sensorsystems auf dem Chip, eines Datenbefehls von dem analogen Eingangsanschluss basierend auf der Versorgungsspannung.
Verfahren nach Anspruch 18, das ferner Folgendes umfasst: Erzeugen eines Datensatzes, der mit einem Betriebsparameter des Sensorsystems auf dem Chip in Zusammenhang steht; und Übertragen des Datensatzes, der mit dem Betriebsparameter in Zusammenhang steht, über den analogen Eingangsanschluss.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, das ferner Folgendes umfasst: Bestimmen eines Parameterwerts von dem Datenbefehl basierend auf einer Veränderung in einer Amplitude der Versorgungsspannung; und Erleichtern einer Kalibration, einer Konfiguration oder eines Testens einer Verarbeitungskomponente eines Sensordatenpfads oder einer Ladungspumpe an einem Sensor des Sensorsystems auf dem Chip.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–20, das ferner Folgendes umfasst: Erzeugen eines Datensatzes, der mit einem Betriebsparameter des Sensorsystems auf dem Chip in Zusammenhang steht, basierend auf einer Veränderung eines Stroms, der an der Schnittstellenkomponente empfangen wird; und Übertragen des Datensatzes, der mit dem Betriebsparameter in Zusammenhang steht, über den analogen Eingangsanschluss.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–21, das ferner Folgendes umfasst: Erzeugen einer bidirektionalen Kommunikation über den analogen Eingangsanschluss, während die Versorgungsspannung über den analogen Eingangsanschluss empfangen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–22, das ferner Folgendes umfasst: Kommunizieren einer Verstärkungseinstellung an eine Verarbeitungskomponente eines Sensordatenpfads des Sensorsystems auf dem Chip basierend auf dem detektierten Datenbefehl von dem analogen Eingangsanschluss.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–23, das ferner Folgendes umfasst: Versorgen des Sensorsystems auf dem Chip mit der Versorgungsspannung von dem analogen Eingangsanschluss; Erzeugen eines digitalen Datenworts basierend auf Veränderungen der Versorgungsspannung an dem analogen Eingangsanschluss; und Kommunizieren des digitalen Datenworts an das Sensorsystem auf dem Chip, um zumindest einen Betriebsparameter zu konfigurieren, der das Verarbeiten eines Audiosignals erleichtert, das von einem Sensor des Sensorsystems auf dem Chip detektiert wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–24, das ferner Folgendes umfasst: Kommunizieren von Testdaten aus einem Testvorgang, der von dem Datenbefehl erleichtert wurde, über den analogen Eingangsanschluss an das Sensorsystem auf dem Chip.