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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Sensoren und Wandler und in speziellen Ausführungsformen auf ein System und ein Verfahren für eine Schallwandler- und Umgebungssensorbaugruppe.
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HINTERGRUND
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Wandler setzen Signale von einem Bereich in einen anderen um und werden häufig in Sensoren verwendet. Ein weit verbreiteter Sensor mit einem Wandler, der im alltäglichen Leben zu sehen ist, ist ein Mikrofon, das Schallwellen in elektrische Signale umsetzt. Ein weiteres Beispiel eines verbreiteten Sensors ist ein Thermometer. Verschiedene Wandler existieren, die durch Umwandeln von Temperatursignalen in elektrische Signale als Thermometer dienen.
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Auf mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) basierende Sensoren enthalten eine Familie von Wandlern, die unter Verwendung von Mikrobearbeitungstechniken produziert werden. MEMS, wie z. B. ein MEMS-Mikrofon, sammeln Informationen aus der Umgebung durch Messen der Änderung eines physikalischen Zustands in dem Wandler und Übertragen eines umgewandelten Signals zu Verarbeitungselektronik, die mit dem MEMS-Sensor verbunden ist. MEMS-Vorrichtungen können unter Verwendung von Mikrobearbeitungsherstellungstechniken ähnlich denjenigen, die für integrierte Schaltungen verwendet werden, hergestellt werden.
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MEMS-Vorrichtungen können konstruiert sein, um beispielsweise als Oszillatoren, Resonatoren, Beschleunigungsmesser, Gyroskope, Drucksensoren, Mikrofone und Mikrospiegel zu funktionieren. Viele MEMS-Vorrichtungen verwenden kapazitive Sensortechniken zum Umwandeln des physikalischen Phänomens in elektrische Signale. In solchen Anwendungen wird die Kapazitätsänderung in dem Sensor unter Verwendung von Schnittstellenschaltungen in ein Spannungssignal umgesetzt.
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Eine solche kapazitive Sensorvorrichtung ist ein MEMS-Mikrofon. Ein MEMS-Mikrofon weist im Allgemeinen eine biegsame Membran auf, die von einer starren Gegenelektrode durch einen kleinen Abstand getrennt ist. In Reaktion auf eine Schalldruckwelle, die auf die Membran auftrifft, verbiegt sie sich zu der Gegenelektrode hin oder von ihr weg und ändert dadurch den trennenden Abstand zwischen der Membran und der Gegenelektrode. Im Allgemeinen sind die Membran und die Gegenelektrode aus leitfähigen Materialien hergestellt und bilden „Platten“ eines Kondensators. Somit, da sich der Abstand, der die Membran und die Gegenelektrode trennt, in Reaktion auf die auftreffende Schallwelle ändert, ändert sich die Kapazität zwischen den „Platten“, und ein elektrisches Signal wird erzeugt.
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MEMS-Mikrofone werden häufig in mobiler Elektronik verwendet, wie z. B. Tablet-Computern oder Mobiltelefonen. In einigen Anwendungen kann es wünschenswert sein, die Funktionalität dieser MEMS-Mikrofone zu erweitern, um zusätzliche oder verbesserte Funktionalität für das elektronische System, das das MEMS-Mikrofon enthält, bereitzustellen, wie beispielsweise für einen Tablet-Computer oder ein Mobiltelefon.
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Aus der nachveröffentlichten
WO 2015/ 172 070 A1 ist ein integriertes Package bekannt, bei dem ein MEMS-Akustiksensor über einer Durchlassöffnung eines Substrats angeordnet ist, wobei ein Umgebungssensor an der Durchlassöffnung angeordnet ist.
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Aus der nachveröffentlichten
EP 3 228 095 B1 ist ein in ein Mikrophon-Package integrierter Temperatursensor bekannt, wobei der Temperatursensor in eine Platine integriert ist, die in eine Substratöffnung des Mikrophon-Package ragt.
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Aus der
US 8 571 239 B2 ist ein Mikrophon-Package bekannt, bei dem ein MEMS-Sensor und eine integrierte Schaltungskomponente auf einer Platine, die eine Schallöffnung aufweist, angeordnet sind.
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Aus der
DE 10 2012 215 235 A1 ist ein Sensorbauteil bekannt, bei dem die Sensorfunktionen eines Drucksensors, eines Temperatursensors und eines Feuchtesensors sowie eine Auswerteschaltung in ein Sensorbauteil integriert sind.
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Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2014 106 220 A1 ist ein Sensorbauelement mit zwei Sensorfunktionen bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Wandlerbaugruppe nach Anspruch 1 und eine Wandlerbaugruppe nach Anspruch 3.
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Figurenliste
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Für ein vollständigeres Verstehen der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird jetzt Bezug genommen auf die folgenden Beschreibungen zusammen mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:
- 1 ein Systemblockdiagramm einer Ausführungsform einer Wandlerbaugruppe darstellt;
- 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f und 2g schematische Querschnitte weiterer Ausführungsformen von Wandlerbaugruppen darstellen;
- 3 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Wandlersystems darstellt;
- 4a, 4b, 4c und 4d schematische Blockdiagramme von zusätzlichen Ausführungsformen von Wandlerbaugruppen darstellen; und
- 5 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines Wandlersystems darstellt.
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Entsprechende Bezugszeichen und Symbole in den unterschiedlichen Figuren beziehen sich im Allgemeinen auf entsprechende Teile, soweit nicht anders angegeben. Die Figuren sind gezeichnet, um die relevanten Aspekte der Ausführungsformen deutlich darzustellen und sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON ANSCHAULICHEN
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Das Herstellen und Verwenden verschiedener Ausführungsformen sind nachstehend genau diskutiert. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen auf eine große Vielzahl spezifischer Kontexte anwendbar sind. Die diskutierten spezifischen Ausführungsformen sind lediglich anschaulich für die spezifischen Arten, verschiedene Ausführungsformen herzustellen und zu verwenden, und sollten nicht in einschränkender Weise betrachtet werden.
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Die Beschreibung ist mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen einem spezifischen Kontext vorgenommen, nämlich Schall- und Umgebungswandler, und insbesondere MEMS-Wandler. Einige der verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen enthalten MEMS-Wandlersysteme, MEMS Mikrofonsysteme, MEMS-Umgebungswandler, Schnittstellenschaltungen für Wandler und MEMS-Wandlersysteme und Mehrwandlersysteme, die Schall- und Umgebungswandler enthalten. In anderen Ausführungsformen können Aspekte auch auf andere Anwendungen angewandt werden, die jeden Typ von Sensor oder Wandler gemäß jeder in der Technik bekannten Art und Weise beinhalten.
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Eine allgemeine Tendenz in der Elektronik beinhaltet zunehmende Funktionalität bei reduziertem belegtem Platz. Beispielsweise hat eine Tendenz für Mobiltelefone zunehmend dünnere Geräte mit gleichzeitig gesteigerter Funktionalität produziert. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält eine Wandlerbaugruppe einen Schallwandler, einen Umgebungswandler und eine gemeinsam verwendete integrierte Schaltung (IC), die mit dem Schallwandler und dem Umgebungswandler innerhalb der Wandlerbaugruppe gekoppelt ist. Der Umgebungswandler kann beispielsweise ein Temperatursensor, ein Drucksensor, ein Feuchtigkeitssensor oder ein Gassensor sein. Die Wandlerbaugruppe kann mehrere verschiedene Umgebungswandler enthalten. Ferner sind sowohl der Schallwandler als auch der Umgebungswandler als MEMS-Wandler unter Verwendung von Mikrobearbeitungstechniken gebildet. In solchen Ausführungsformen enthält die IC gemeinsame Verarbeitungs- oder Schnittstellenblöcke, und die Wandlerbaugruppe enthält einen gemeinsam verwendeten Durchlass. Somit kann die Wandlerbaugruppe zusätzliche Funktionalität enthalten, während sie Platzeinsparung in dem elektronischen System erreicht.
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1 stellt ein Systemblockdiagramm einer Ausführungsform einer Wandlerbaugruppe 100 dar, die das MEMS-Mikrofon 102, Umgebungssensor(en) 104, die anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) 106 und die Umhüllung 108 mit dem Durchlass 110 enthält. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen sind das MEMS-Mikrofon 102 und der/die Umgebungssensor(en) 104 mit der äußeren Umgebung durch die Umgebungskopplung 112 über den gemeinsam verwendeten Durchlass 110 in der Umhüllung 108 gekoppelt. In verschiedenen Ausführungsformen können die Positionierung und Integration des MEMS-Mikrofons 102 und des/der Umgebungssensors(en) 104 variieren, wie hier nachstehend mit Bezug zu den anderen Figuren beschrieben ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen ist die ASIC 106 mit dem MEMS-Mikrofon 102 und dem/den Umgebungssensor(en) 104 gekoppelt. Die ASIC 106 enthält eine dedizierte Mikrofonschaltung als Schnittstelle zu dem MEMS-Mikrofon 102 und eine dedizierte Sensorschaltung als Schnittstelle zu dem/den Umgebungssensor(en) 104. Ferner enthält die ASIC 106 gemeinsam verwendete Schaltungsabschnitte für das MEMS-Mikrofon 102 und den/die Umgebungssensor(en) 104. In solchen Ausführungsformen sind das MEMS-Mikrofon 102, der/die Umgebungssensor(en) 104 und die ASIC 106 mit einer gemeinsam verwendeten Platine gekoppelt und durch die Umhüllung 108 eingeschlossen. Der Durchlass 110 kann in der Platine oder in der Umhüllung 108 gebildet sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält/enthalten Umgebungssensor(en) 104 mehrere Umgebungssensoren, die irgendeinen aus einem Temperatursensor, einem Drucksensor, einem Feuchtigkeitssensor, einem Gassensor oder mehrere solcher Sensoren enthalten. In anderen Ausführungsformen enthält/enthalten Umgebungssensor(en) 104 nur einen einzigen Umgebungssensor. In einigen Ausführungsformen kann ein MEMS-Mikrofon 102 als irgendein MEMS-Schallwandler implementiert sein. Beispielsweise kann das MEMS-Mikrofon 102 ein Mikrofon oder ein Mikrolautspecher sein. In einer weiteren Ausführungsform kann für Ultraschallanwendungen der MEMS-Schallwandler sowohl als ein Lautsprecher als auch als ein Mikrofon verwendet werden. Verschiedene Ausführungsformkonfigurationen sind hier nachstehend mit Bezug auf die anderen Figuren weiter beschrieben.
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2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f und 2g stellen schematische Querschnitte weiterer Ausführungsformen von Wandlerbaugruppen dar. 2a stellt die Wandlerbaugruppe 120a dar, die das MEMS-Mikrofon 122, den Umgebungssensor 124, die ASIC 126, den Deckel 128, die Platine 129 und die Durchlassstruktur 132 enthält. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen sind das MEMS-Mikrofon 122 und der Umgebungssensor 124 mit der ASIC 126 gekoppelt, die gemeinsam verwendete Schaltungselemente und dedizierte Schaltungselemente für das MEMS-Mikrofon 122 und den Umgebungssensor 124 enthält.
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In verschiedenen Ausführungsformen enthält die Platine 129 den Durchlass 130. Gemeinsam ermöglichen der Durchlass 130 in der Platine 129 und die Durchlassstruktur 132 die Übertragung von Umgebungssignalen durch das MEMS-Mikrofon 122 und den Umgebungssensor 124. Umgebungssignale können akustische Signale, die sich über ein fluides Medium, wie z. B. Luft, ausbreiten, Temperatursignale des fluiden Mediums, Drucksignale des fluiden Mediums, Feuchtigkeitssignale, die sich auf das fluide Medium beziehen, und chemische Signale von Gasen in dem fluiden Medium enthalten. Somit ermöglichen der Durchlass 130 und die Durchlassstruktur 132 die Übertragung von Fluidsignalen von einer äußeren Umgebung zu dem MEMS-Mikrofon 122 und dem Umgebungssensor 124. In Übereinstimmung mit solchen Umgebungssignalen enthält der Umgebungssensor 124 in verschiedenen Ausführungsformen einen Temperatursensor, einen Drucksensor, einen Feuchtigkeitssensor oder einen Gassensor, wie beispielsweise einen Kohlenmonoxidsensor. In einigen Ausführungsformen enthält der Umgebungssensor 124 mehrere solche Sensoren. Beispielsweise kann der Umgebungssensor 124 einen Temperatursensor und einen Feuchtigkeitssensor enthalten. In einem weiteren Beispiel kann der Umgebungssensor 124 einen Drucksensor und einen Temperatursensor enthalten.
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Verschiedene Konfigurationen sind hier nachstehend mit Bezug auf die 4a-4d weiter beschrieben. In verschiedenen Ausführungsformen können Temperatursensoren in dem Substrat der ASIC 126 oder auf der Oberfläche der ASIC 126 platziert sein. Beispielsweise können Temperatursensoren als Polysiliziumwiderstände oder Thermoelemente enthalten sein. In einigen Ausführungsformen können thermodynamische Vorteile vorhanden sein, falls der Sensor an der Oberfläche ist. In einigen Ausführungsformen kann der Umgebungssensor 124 mehrere Temperatursensoren enthalten, die beispielsweise in dem MEMS-Mikrofon 122 und der ASIC 126 gebildet sind. Ein Drucksensor kann auch in CMOS integriert sein und getrennt auf der Platine 129 montiert oder in die ASIC 126 integriert sein. Ein Feuchtigkeitssensor kann auch in der ASIC 126 integriert sein. In der in 2a gezeigten spezifischen Ausführungsform kann der Umgebungssensor 124 beispielsweise irgendwelche derartige Sensoren enthalten und ist auf der Platine 129 in Durchlass 130 gebildet oder daran befestigt.
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In verschiedenen Ausführungsformen enthält das MEMS-Mikrofon 122 die Membran 140, die Gegenelektrode 142 und den Hohlraum 144. Die Membran 140 des MEMS-Mikrofons 122 trennt den Raum oder das Gebiet, der/das durch den Deckel 128 und die Platine 129 eingeschlossen ist, von der äußeren Umgebung, die durch den Durchlass 130 und die Durchlassstruktur 132 verfügbar ist. In solchen Ausführungsformen breiten sich akustische Signale durch die Durchlassstruktur 132 und den Durchlass 130 in den Hohlraum 144 in dem MEMS-Mikrofon 122 aus. Solche akustischen Signale verursachen, dass sich die Membran 140 verbiegt, was verursacht, dass das MEMS-Mikrofon 122 umgewandelte elektrische Signale basierend auf den auftreffenden akustischen Signalen erzeugt.
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Die Wandlerbaugruppe 120a, wie sie in 2a gezeigt ist, enthält den Umgebungssensor 124 eingebettet in der Platine 129 in dem Durchlass 130. Somit sind Umgebungssignale für den Umgebungssensor 124 durch den Durchlass 130 und die Durchlassstruktur 132 auf dieselbe Weise verfügbar, wie akustische Signale für das MEMS-Mikrofon 122 verfügbar sind. In einigen Ausführungsformen kann der Umgebungssensor 124 als ein Abschnitt der Platine 129 gebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform ist der Umgebungssensor 124 an der Platine 129 angebracht, wie z. B. unter Verwendung von Klebstoff oder einer leitfähigen Paste.
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In verschiedenen Ausführungsformen ist die Platine 129 eine Leiterplatte (PCB), die verbindende leitfähige Leitungen in der PCB enthält. Die verbindenden leitfähigen Leitungen koppeln den Umgebungssensor 124 mit der ASIC 126, wie durch die verbindende elektrische Leitung 134 gezeigt ist. Das MEMS-Mikrofon 122 ist ebenfalls über die verbindenden leitfähigen Leitungen (nicht gezeigt) in der PCB mit der ASIC 126 gekoppelt.
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In verschiedenen Ausführungsformen entspricht die Durchlassstruktur 132 einer Vorrichtungsbaugruppe, einer Umhüllung oder einem Gehäuse, die/das die Wandlerbaugruppe (120a-120f) enthält. Beispielsweise kann die Wandlerbaugruppe (120a-120f) in einem Mobiltelefon enthalten sein. Die Durchlassstruktur 132 kann ein Abschnitt des Mobiltelefongehäuses sein, der die Wandlerbaugruppe (120a-120f) mit der äußeren Umgebung koppelt. In einigen Ausführungsformen kann die Wandlerbaugruppe (120a-120f) in einem Tablet-Computer enthalten sein oder Teil eines größeren elektronischen Systems wie beispielsweise eines Automobils sein.
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2b stellt die Wandlerbaugruppe 120b dar. Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Umgebungssensor 124 auf der Platine 129 im Hohlraum 144 des MEMS-Mikrofons 122 gebildet oder platziert. Wie hier vorstehend beschrieben sind Umgebungssignale für den Umgebungssensor 124 durch die Durchlassstruktur 132 und den Durchlass 130 auf dieselbe Weise verfügbar, wie akustische Signale für das MEMS-Mikrofon 122 verfügbar sind. In einigen Ausführungsformen kann der Umgebungssensor 124 als ein Abschnitt der Platine 129 gebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform ist der Umgebungssensor 124 an der Platine 129 angebracht, wie z. B. unter Verwendung von Klebstoff oder einer leitfähigen Paste. In solchen Ausführungsformen kann der Umgebungssensor 124 an die Platine 129 auf dieselbe Weise wie die ASIC 126 oder das MEMS-Mikrofon 122 angebracht sein.
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2c stellt die Wandlerbaugruppe 120c dar. Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Umgebungssensor 124 in oder auf einer Unterseite der Platine 129 in der Durchlassstruktur 132 gebildet oder platziert. Umgebungssignale sind für den Umgebungssensor 124 über die Durchlassstruktur 132 auf dieselbe Weise verfügbar, wie akustische Signale für das MEMS-Mikrofon 122 verfügbar sind. In einigen Ausführungsformen kann der Umgebungssensor 124 als ein Abschnitt der Platine 129 gebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform ist der Umgebungssensor 124 an der Platine 129 angebracht, wie z. B. unter Verwendung von Klebstoff oder einer leitfähigen Paste.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Wandlerbaugruppe 120c außerdem die Abdeckung 136 auf der Durchlassstruktur 132 enthalten. In solchen Ausführungsformen kann die Abdeckung 136 Wasserabdichtung oder Staub- und Partikelschutz implementieren. Die Abdeckung 136 kann ein Gitter sein, das aus einem Polymer gebildet ist. In alternativen Ausführungsformen ist die Abdeckung 136 ein Gitter, das aus einem Metall oder Halbleitermaterial gebildet ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Abdeckung 136 luftdurchlässig und wasserundurchlässig sein. In einer speziellen Ausführungsform ist die Abdeckung 136 flüssigkeitsundurchlässig und gasdurchlässig. Beispielsweise kann die Abdeckung 136 verhindern, dass Staub, Partikel oder Wasser in die Durchlassstruktur 132 eintreten, während sie ermöglicht, dass Luft oder Gas in die Durchlassstruktur 132 eintreten, um durch den Umgebungssensor 124 und das MEMS-Mikrofon 122 abgefühlt zu werden. In weiteren Ausführungsformen kann die Abdeckung 136 perforiert oder mikroperforiert sein. In einer alternativen Ausführungsform ist die Abdeckung 136 flüssigkeitsundurchlässig, gasundurchlässig und durch akustische Signale oder Drucksignale biegbar. In solchen Ausführungsformen biegt sich die Abdeckung 136 und überträgt auftreffende Druckwellen wie z. B. akustische Signale oder Druckänderungen über das MEMS-Mikrofon 122 und den Umgebungssensor 124, ohne Übertragung des fluiden Mediums zu ermöglichen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Abdeckung 136 auch in irgendeiner der Wandlerbaugruppen 120a-120f enthalten sein.
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2d stellt die Wandlerbaugruppe 120d dar. Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Umgebungssensor 124 in oder auf einer Oberseite der Platine 129 benachbart dem MEMS-Mikrofon 122 und durch den Deckel 128 und die Platine 129 eingeschlossen gebildet oder platziert. In solchen Ausführungsformen trennt die Membran 140 den Raum oder das Gebiet, das durch den Deckel 128 und die Platine 129 eingeschlossen ist, von der äußeren Umgebung, die durch die Durchlassstruktur 132 und den Durchlass 130 verfügbar ist. Somit ist der Umgebungssensor 124 in dem eingeschlossenen Raum oder Gebiet gebildet und von der äußeren Umgebung durch die Membran 140 getrennt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält das MEMS-Mikrofon 122 das akustische Umleitventil 138 zum Ausgleichen des Drucks über die Membran 140. Das Umleitventil 138 kann eine Tiefpassfiltereigenschaft aufweisen, um zu ermöglichen, dass sich niederfrequente Druckänderungen über die Membran 140 ausgleichen. In solchen Ausführungsformen empfängt der Umgebungssensor 124 Umgebungssignale über das Umleitventil 138, obwohl er von der äußeren Umgebung durch die Membran 140 getrennt ist. Die Umgebungssignale, die durch den Umgebungssensor 124 gemessen werden, können aufgrund des Umleitventils 138 verzögert sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Umleitventil 138 in der Platine 129 oder in der Struktur des MEMS-Mikrofons 122 gebildet sein. Beispielsweise kann das Umleitventil 138 als eine Ventilstruktur in der Leiterplatte 129 getrennt von dem MEMS-Mikrofon 122 gebildet sein. In einem weiteren Beispiel ist das Umleitventil 138 direkt in der Membran 140 des MEMS-Mikrofons 122 gebildet.
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2e stellt die Wandlerbaugruppe 120e dar. Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Umgebungssensor 124 in der ASIC 126 integriert. In solchen Ausführungsformen sind die ASIC 126 und der Umgebungssensor 124 auf demselben mikrohergestellten Chip gebildet und an der Platine 129 angebracht. In einer alternativen Ausführungsform sind die ASIC 126 und der Umgebungssensor 124 auf getrennten mikrohergestellten Chips gebildet und auf der Platine 129 als ein Chipstapel angebracht. Wie hier vorstehend mit Bezug auf die Wandlerbaugruppe 120d in 2d beschrieben ist, kann die Wandlerbaugruppe 120e das Umleitventil 138 enthalten, das die Übertragung von Umgebungssignalen von der äußeren Umgebung zu dem Umgebungssensor 124 ermöglicht.
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2f stellt die Wandlerbaugruppe 120f dar. Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Umgebungssensor 124 in dem MEMS-Mikrofon 122 integriert. In solchen Ausführungsformen sind das MEMS-Mikrofon 122 und der Umgebungssensor 124 auf demselben mikrohergestellten Chip gebildet und an der Platine 129 angebracht. Wie hier vorstehend mit Bezug auf die Wandlerbaugruppe 120d in 2d beschrieben ist, kann die Wandlerbaugruppe 120f das Umleitventil 138 enthalten, das die Übertragung von Umgebungssignalen von der äußeren Umgebung zu dem Umgebungssensor 124 ermöglicht.
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2g stellt die Wandlerbaugruppe 120g dar. Gemäß einigen alternativen Ausführungsformen können der Durchlass 130 und die Durchlassstruktur 132 in dem Deckel 128 anstatt in der Platine 129 gebildet sein. Die Wandlerbaugruppe 120g enthält den Umgebungssensor 124, der in oder auf einer Oberseite der Platine 129 gebildet oder platziert ist. In anderen Ausführungsformen kann der Umgebungssensor 124 gebildet oder platziert sein, wie hier vorstehend mit Bezug auf eine der 2a-2f beschrieben ist, wobei der Durchlass 130 in dem Deckel 128 gebildet ist. Ferner kann der Hohlraum 144 in einigen Ausführungsformen erweitert mit einem größeren hinteren Volumen (nicht gezeigt) sein. In einigen Ausführungsformen kann auch eine Abdeckung oder ein wasserabdichtendes Gitter auf oder in der Durchlassstruktur 132 enthalten sein, wie hier vorstehend mit Bezug auf die Abdeckung 136 beschrieben ist.
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Mit Bezug auf die 2a-2g gilt die Beschreibung von gleich nummerierten Elementen für jedes Element mit einem gleichen Bezugszeichen. Somit ist die Beschreibung jedes gleich nummerierten Elements der Kürze halber nicht für jede der 2a-2g wiederholt. Obwohl die 2a-2g mit Bezug auf das MEMS-Mikrofon 122 beschrieben sind, kann in einigen Ausführungsformen auch ein MEMS-Mikrolautsprecher anstelle des oder in Kombination mit dem MEMS-Mikrofon 122 implementiert sein. Ferner kann in speziellen Ausführungsformen irgendeine der Wandlerbaugruppen 2a-2g mehrere Umgebungssensoren enthalten, der irgendeine der in den 2a-2g gezeigten Konfigurationen aufweist. Somit können verschiedene Ausführungsformen irgendeine Kombination der hier beschriebenen Ausführungsformen enthalten.
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3 stellt ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Wandlersystems 200 dar, das das MEMS-Mikrofon 202, die Umgebungssensoren 204_1-204_n, die Verstärker 206_1-206_m, den Temperatursensor 208, die Vorspannungs- und Referenzschaltung 212, den Multiplexer 214, den Analog/Digital-Umsetzer (ADC) 216, den ADC 218, den Zustandsautomaten 220, den Datenpuffer 222, den Serialisierer 224, den Kalibrierungsdatenspeicher 226 und die Schnittstellenschaltung 228 enthält. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist das Wandlersystem 200 in einer einzelnen Wandlerbaugruppe enthalten, wie beispielsweise vorstehend mit Bezug auf die 1 und 2a-2g beschrieben ist, und kann auf einem ersten mikrohergestellten Chip mit Schaltungselementen und einem zweiten mikrohergestellten Chip mit Sensorelementen implementiert sein. Einige Sensorelemente können auf demselben mikrohergestellten Chip wie die Schaltungselemente gebildet sein. In verschiedenen Ausführungsformen werden einige Schaltungsblöcke durch die Umgebungssensoren 201_1-204_n und das MEMS-Mikrofon 202 gemeinsam verwendet.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ermöglicht der Durchlass 210 die Übertragung von Umgebungssignalen von der äußeren Umgebung zu den Umgebungssensoren 204_1-204_n, dem MEMS-Mikrofon 202 und dem Temperatursensor 208. Das Wandlersystem 200 kann irgendeine Anzahl n von Umgebungssensoren 204_1-204_n enthalten. In Ausführungsformen, in denen nur ein einzelner Umgebungssensor 204_1 enthalten ist, sind die anderen Umgebungssensoren und entsprechenden Verstärker 206_2-206_(m-1) weggelassen. Die Verstärker 206_2-206_m sind mit den Sensoren 204_1-204_n und dem MEMS-Mikrofon 202 gekoppelt und verstärken umgewandelte Signale aus den Sensoren 204_1-204_n und dem MEMS-Mikrofon 202. Das Wandlersystem 200 kann irgendeine Anzahl m von Verstärkern 206_1-206_m enthalten. Beispielsweise kann m gleich n + 1 eingestellt sein, um einen Verstärker für jeden Umgebungssensor 204_1-204_n und das MEMS-Mikrofon 202 bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen ist der Verstärker 206_1 mit einem Ausgang des Multiplexers 214 gekoppelt, und die Verstärker 206_2-206_(m-1) sind weggelassen. In solchen Ausführungsformen wird die Verstärkung nach dem Multiplexen der Signale aus den Umgebungssensoren 204_1-204_n ausgeführt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen empfängt der Multiplexer 214 umgewandelte und verstärkte Signale sowohl von dem Umgebungssensor 204_1-204_n als auch ein umgewandeltes Temperatursignal von dem Temperatursensor 208. In alternativen Ausführungsformen kann der Temperatursensor 208 weggelassen sein. Der Multiplexer 214 empfängt ein Auswahlsignal von dem Zustandsautomaten 220, um eines der Signale von dem Umgebungssensor 204_1-204_n und dem Temperatursensor 208 auszuwählen und das ausgewählte Signal zu dem ADC 216 auszugeben. Der ADC 218 empfängt außerdem ein umgewandeltes und verstärktes Signal von dem MEMS-Mikrofon 202 und dem Verstärker 206_m. Sowohl der ADC 216 als auch der ADC 218 setzten die umgewandelten analogen Signale in digitale Signale um. Der ADC 216 stellt ein digitales Ausgangssignal für den Datenpuffer 222 bereit, der eine Schnittstelle zu der Schnittstellenschaltung 228 aufweist. In einigen Ausführungsformen kann der Datenpuffer 222 ein „First in first out“-Puffer (FIFO-Puffer) sein. Ähnlich stellt der ADC 218 ein digitales Ausgangssignal für den Serialisierer 224 bereit, der eine ebenfalls Schnittstelle zu der Schnittstellenschaltung 228 aufweist. In einigen Ausführungsformen kann der Serialisierer 224 die digitalen Daten in einen seriellen Datenstrom mit Impulsdichtemodulation (PDM) anordnen. In verschiedenen Ausführungsformen können andere Herangehensweisen für Schnittstellen zwischen dem ADC 216 und dem ADC 218 und der Schnittstellenschaltung 228 verwendet werden.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann die Schnittstellenschaltung 228 irgendeine Anzahl von seriellen oder parallelen Schnittstellen enthalten. Beispielsweise ist eine serielle Schnittstelle gezeigt, die eine Datenleitung DATA und eine getrennte synchrone Taktleitung CLK aufweist. Die Schnittstellenschaltung 228 kann Daten aus den Umgebungssensoren 204_1-204_n und dem Temperatursensor 208 zu einer ersten Verarbeitungsschaltung (nicht gezeigt) ausgeben und kann Daten von dem MEMS-Mikrofon 202 zu einer zweiten Verarbeitungsschaltung (nicht gezeigt) ausgeben. Beispielsweise kann die erste Verarbeitungsschaltung eine Umgebungsüberwachungs- und Verarbeitungsschaltung sein, während die zweite Verarbeitungsschaltung eine Audio-Verarbeitungsschaltung wie z. B. ein CODEC sein kann. In anderen Ausführungsformen kann eine einzelne Verarbeitungsschaltung wie z. B. ein digitaler Signalprozessor (DSP) Umgebungssignale und akustische Signale verarbeiten.
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In verschiedenen Ausführungsformen stellt der Zustandsautomat 220 Auswahlsignale für den Multiplexer 214, Steuersignale für den Datenpuffer 222 und Vorspannungs-und Referenzsteuerung, BRCTL, für die Vorspannungs- und Referenzschaltung 212 bereit. Der Kalibrierungsdatenspeicher 226 ist ein Speicherblock, der Kalibrierungsdaten zum Kalibrieren des Wandlersystems 200 speichert. Der Kalibrierungsdatenspeicher 226 kann als ein nichtflüchtiger Speicherblock (NVM-Block) implementiert sein. In verschiedenen Ausführungsformen kommuniziert der Kalibrierungsdatenspeicher 226 Kalibrierungsdaten mit dem Zustandsautomaten 220 und der Schnittstellenschaltung 228. Die Umgebungssensoren 204_1-204_n können unter Verwendung der synchronen Taktleitung, CLK, und der Datenleitung, DATA, von der Schnittstellenschaltung 228, den Kalibrierungsdaten 226 und dem Zustandsautomaten 220 konfiguriert sein. In solchen Ausführungsformen kann das Wandlersystem 200 in unterschiedlichen Betriebsarten arbeiten, wie z. B. Abschalten, niedrige Leistung, hohe Datenrate, niedrige Datenrate, Einzelmessung, und anderen. Die synchrone Taktleitung, CLK, und die Datenleitung, DATA, können verwendet werden, um in solchen Ausführungsformen die Betriebsarten zu spezifizieren.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwenden die Umgebungssensoren 204_1-204_n, das MEMS-Mikrofon 202, der ADC 216 und der ADC 218 die Vorspannungs-und Referenzschaltung 212, den Zustandsautomaten 220, den Kalibrierungsdatenspeicher 226 und die Schnittstellenschaltung 228 gemeinsam. Ferner verwenden der Temperatursensor 208 und die Umgebungssensoren 204_1-204_n den ADC 216 und den Datenpuffer 222 gemeinsam. Das kann zu einer verminderten Platznutzung für das Wandlersystem 200 der Ausführungsform führen. In einigen Ausführungsformen sind der ADC 216 und der ADC 218 getrennt gehalten, um eine höhere Datenrate in dem MEMS-Mikrofon 202 im Vergleich zu den Umgebungssensoren 204_1-204_n und dem Temperatursensor 208 ermöglichen. In anderen Ausführungsformen können das MEMS-Mikrofon 202 und der Verstärker 206_m auch mit dem Multiplexer 214 gekoppelt sein, und der ADC 218 kann weggelassen sein, was in weiteren Platzeinsparungen resultiert. In einer weiteren Ausführungsform kann ein analoges Eingangssignal aus dem Ausgang des Verstärkers 206_m als eine Ausgabe des Wandlersystems 200 bereitgestellt sein. In solchen Ausführungsformen können der ADC 218 und der Serialisierer 224 weggelassen sein. In einigen Ausführungsformen kann das Wandlersystem 200 analoge Ausgänge zusätzlich zu einer digitalen Schnittstelle aufweisen.
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4a, 4b, 4c und 4d stellen schematische Blockdiagramme zusätzlicher Ausführungsformen der Wandlerbaugruppen 150a, 150b, 150c und 150d mit Ausführungsformen von Sensorkonfigurationen dar. 4a stellt die Wandlerbaugruppe 150a dar, die das MEMS-Mikrofon 152 und die ASIC 154 enthält, die an der Platine 156 angebracht sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält die ASIC 154 den Umgebungssensor 158, den Drucksensor 162, die Sensorschaltung 164 und die Mikrofonschaltung 160. Das MEMS-Mikrofon 152 ist mit der ASIC 154 über die Platine 156 gekoppelt. In solchen Ausführungsformen sind der Umgebungssensor 158 und der Drucksensor 162 in der ASIC 164 mit der Mikrofonschaltung 160 und der Sensorschaltung 164 monolithisch integriert. Beispielsweise kann der Umgebungssensor 158 wie hier vorstehend mit Bezug auf den Umgebungssensor 124 in 2e beschrieben implementiert sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält die Sensorschaltung 164 Schaltungsblöcke, die durch den Umgebungssensor 158 und den Drucksensor 162 gemeinsam verwendet werden. Ferner kann das MEMS-Mikrofon 152 ebenfalls Schaltungsblöcke aus der Sensorschaltung 164 gemeinsam verwenden. Die Mikrofonschaltung 160 enthält Schaltungsblöcke, die für das MEMS-Mikrofon 152 dediziert sind und nicht gemeinsam verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Umgebungssensor 158 beispielsweise einen Feuchtigkeitssensor oder einen Gassensor enthalten. In anderen Ausführungsformen ist der Umgebungssensor 158 ein Temperatursensor.
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4b stellt die Wandlerbaugruppe 150b dar, die das MEMS-Mikrofon 170 und die ASIC 166 enthält, die an der Platine 156 angebracht sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Umgebungssensor 168 neben dem, unterhalb des oder integriert in das MEMS-Mikrofon 170. In solchen Ausführungsformen befinden sich das MEMS-Mikrofon 170 und der Umgebungssensor 168 nahe einem gemeinsam verwendeten Durchlass in der Platine 156. Beispielsweise kann der Umgebungssensor 168 implementiert sein wie hier vorstehend mit Bezug auf den Umgebungssensor 124 in den 2a, 2b, 2c, 2d und 2f beschrieben ist. Die ASIC 166 enthält die Mikrofonschaltung 160, den monolithisch integrierten Drucksensor 162 und die Sensorschaltung 164. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Umgebungssensor 168 beispielsweise einen Feuchtigkeitssensor oder einen Gassensor enthalten. In anderen Ausführungsformen ist der Umgebungssensor 168 ein Temperatursensor.
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4c stellt eine Wandlerbaugruppe 150c dar, die das MEMS-Mikrofon 170, die ASIC 172 und den Drucksensor 174, die an der Platine 156 angebracht sind, enthält. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Drucksensor 174 als ein getrennter mikrohergestellter Chip gebildet und an der Platine 156 angebracht. In solchen Ausführungsformen befinden sich der Drucksensor 174, das MEMS-Mikrofon 170 und der Umgebungssensor 168 nahe einem gemeinsam verwendeten Durchlass in der Platine 156. Die ASIC 172 enthält die Mikrofonschaltung 160 und die Sensorschaltung 164.
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4d stellt eine Wandlerbaugruppe 150d dar, die das MEMS-Mikrofon 170, die ASIC 172 und den Drucksensor 174, die an der Platine 156 angebracht sind, enthält. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Wandlerbaugruppe 150d ähnlich der Wandlerbaugruppe 150c, mit den hinzugefügten Temperatursensoren 176, 178, 180 und 182. In einigen Ausführungsformen kann irgendeine Anzahl von Temperatursensoren enthalten sein, und einige der Temperatursensoren 176, 178, 180 und 182 können weggelassen sein.
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Beispielsweise sind in einer Ausführungsform der Temperatursensor 180 in der ASIC 172 und der Temperatursensor 176 in dem MEMS-Mikrofon 170 enthalten, während der Temperatursensor 178 in dem Drucksensor 174 und der Temperatursensor 182 auf der Platine 156 weggelassen sind. Die Temperatursensoren 176, 178 und 180 können monolithisch integrierte Temperatursensoren sein, die in mikrohergestellten Chips mit dem MEMS-Mikrofon 170, dem Drucksensor 174 bzw. der ASIC 172 gebildet sind.
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In verschiedenen Ausführungsformen sind zahlreiche Konfigurationen und Integrationen von Umgebungssensoren und Schallwandlern möglich. Beispielsweise können mehrere Umgebungssensoren verwendet werden und in einer ASIC integriert sein, in einem MEMS-Mikrofon integriert sein oder getrennt auf einer gemeinsam verwendeten Platine unterhalb des oder benachbart dem MEMS-Mikrofon angebracht sein. In anderen Ausführungsformen wird ein MEMS-Mikrolautsprecher zusätzlich zu dem oder anstelle des MEMS-Mikrofons verwendet. Die Beschreibung jedes gleich nummerierten Elements ist der Kürze halber nicht für jede der 4a-4d wiederholt, da jede Beschreibung für jedes Element mit einem gleichen Bezugszeichen gilt.
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5 stellt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben 300 für ein Wandlersystem dar. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist das Verfahren zum Betreiben 300 ein Verfahren zum Betreiben eines Wandlersystems, das die Schritte 302, 304, 306, 308 und 310 enthält. Schritt 302 enthält Umwandeln eines akustischen Signals in ein erstes elektrisches Signal in einem Schallwandler. Schritt 304 enthält Umwandeln von mehreren Umgebungssignalen in mehrere analoge elektrische Signale in mehreren Umgebungswandlern. In verschiedenen Ausführungsformen enthält Schritt 306, nachfolgend zu den Schritten 302 und 304, Umsetzen des ersten analogen elektrischen Signals in ein erstes digitales Signal in einem ersten Analog/Digital-Umsetzer (ADC). In anderen Ausführungsformen kann Schritt 306 zusammen mit dem ersten ADC weggelassen sein. In solchen Ausführungsformen kann das erste analoge elektrische Signal eine analoge Ausgabe sein. Beispielsweise kann das umgewandelte akustische Signal verstärkt werden und ohne digitale Umsetzung zu einer Verarbeitungsvorrichtung als ein verstärktes analoges Signal ausgegeben werden. Schritt 308 enthält Auswählen eines analogen elektrischen Signals aus den mehreren analogen elektrischen Signalen in einem Multiplexer. Schritt 310 enthält Umsetzen des einen analogen elektrischen Signals in ein zweites digitales Signal in einem zweiten ADC. Das erste und das zweite digitale Signal können dann durch eine Schnittstellenschaltung für einen Anwendungsprozessor oder einen digitalen Signalprozessor (DSP) bereitgestellt werden. In Ausführungsformen, die Schritt 306 weglassen, kann das erste analoge elektrische Signal mit dem zweiten digitalen Signal ausgegeben werden, und somit wird ein analoges akustisches Ausgangssignal und ein digitales Umgebungsausgangssignal bereitgestellt. Der Multiplexer kann unterschiedliche Signale aus den mehreren analogen elektrischen Signalen auswählen, um die Signale aus den mehreren Umgebungswandlern mit der Zeit zyklisch zu durchlaufen. In anderen Ausführungsformen kann der Schritt 306 weggelassen sein. In solchen Ausführungsformen enthalten die Ausgaben ein analoges akustisches Signal und eine digitale Repräsentation eines oder mehrerer Umgebungssignale.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält eine Wandlerbaugruppe eine Platine, die einen Durchlass, einen Deckel, der über dem Durchlass angeordnet ist, einen Schallwandler, der über dem Durchlass angeordnet ist und eine Membran enthält, und einen Umgebungswandler, der an der Platine in dem Durchlass angeordnet ist. Der Deckel schließt ein erstes Gebiet ein, und die Membran trennt den Durchlass von dem ersten Gebiet. Andere Ausführungsformen enthalten entsprechende Systeme, Vorrichtungen und Strukturen, von denen jede/s konfiguriert ist, Aktionen oder Schritte entsprechender Verfahren von Ausführungsformen auszuführen.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann der Umgebungswandler auf einer Oberseite der Platine in einem Hohlraum des Schallwandlers angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen kann der Umgebungswandler in der Platine angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen enthält die Wandlerbaugruppe ferner eine Gehäusestruktur, die mit der Platine gekoppelt ist, wobei der Durchlass mit einer äußeren Umgebung über eine Öffnung in der Gehäusestruktur strömungstechnisch gekoppelt ist. In solchen Ausführungsformen kann die Wandlerbaugruppe ferner eine Schutzstruktur enthalten, die in der Öffnung in der Gehäusestruktur zwischen dem Durchlass und der äußeren Umgebung angeordnet ist. Die Schutzstruktur enthält in einigen Ausführungsformen ein Gitter, das wasserundurchlässig ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen enthält die Wandlerbaugruppe ferner eine integrierte Schaltung, die auf der Platine angeordnet und mit dem Schallwandler und dem Umgebungswandler gekoppelt ist. Die integrierte Schaltung kann gemeinsam verwendete Schaltungsblöcke enthalten, die mit sowohl dem Schallwandler als auch dem Umgebungswandler gekoppelt sind, und dedizierte Schaltungsblöcke, die nur mit dem Schallwandler gekoppelt sind. In einigen Ausführungsformen enthält der Umgebungswandler mehrere Umgebungswandler. Der Umgebungswandler kann einen Sensor enthalten, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die einen Feuchtigkeitssensor, einen Drucksensor, einen Temperatursensor und einen Gassensor enthält.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält ein Wandlersystem einen Schallwandler in strömungstechnischer Kommunikation mit einem externen Durchlass, mehrere Umgebungswandler in strömungstechnischer Kommunikation mit dem externen Durchlass, einen analogen Verstärker, der mit dem Schallwandler gekoppelt ist, einen ersten Analog/Digital-Umsetzer (ADC) und einen Multiplexer mit mehreren Eingängen und einem Ausgang. Die mehreren Eingänge sind jeweils mit den mehreren Umgebungswandlern gekoppelt, und der Ausgang ist mit dem ersten ADC gekoppelt. Andere Ausführungsformen enthalten entsprechende Systeme, Vorrichtungen und Strukturen, von denen jede/s konfiguriert ist, Aktionen oder Schritte entsprechender Verfahren von Ausführungsformen auszuführen.
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In verschiedenen Ausführungsformen enthält das Wandlersystem ferner einen zweiten ADC, der mit dem analogen Verstärker gekoppelt ist. Das Wandlersystem kann ferner eine einzelne Referenzspannungsschaltung enthalten, die mit dem Schallwandler und den mehreren Umgebungswandlern gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen sind der erste ADC, der zweite ADC, der Multiplexer und die einzelne Referenzspannungsschaltung auf derselben integrierten Schaltung gebildet. In solchen Ausführungsformen kann ein Umgebungswandler aus den mehreren Umgebungswandlern auf derselben integrierten Schaltung gebildet sein.
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In verschiedenen Ausführungsformen enthält das Wandlersystem ferner eine Schnittstellenschaltung, wobei die Schnittstellenschaltung konfiguriert ist, ein analoges akustisches Signal aus dem analogen Verstärker und ein digitales Umgebungssignal aus dem ersten ADC auszugeben. In einigen Ausführungsformen enthält der Schallwandler ein MEMS-Mikrofon. Jeder Umgebungswandler aus den mehreren Umgebungswandlern enthält einen Sensor, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die einen mikrohergestellten Feuchtigkeitssensor, einen mikrohergestellten Drucksensor, einen mikrohergestellten Temperatursensor und einen mikrohergestellten Gassensor enthält.
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In verschiedenen Ausführungsformen enthält das Wandlersystem ferner eine Leiterplatte (PCB), wobei die PCB einen Durchlass enthält, der in der PCB gebildet ist und der in strömungstechnischer Kommunikation mit dem externen Durchlass ist, und wobei der Schallwandler über dem Durchlass in der PCB angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen ist ein Umgebungswandler aus den mehreren Umgebungswandlern direkt an der PCB angebracht. In einer spezifischen Ausführungsform ist der Umgebungswandler aus den mehreren Umgebungswandlern direkt an der PCB in dem Durchlass der PCB angebracht. In weiteren Ausführungsformen ist ein Umgebungswandler aus den mehreren Umgebungswandlern in den Schallwandler integriert.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält ein Verfahren zum Betreiben eines Wandlersystems Umwandeln eines akustischen Signals in ein erstes analoges elektrisches Signal in einem Schallwandler, Umwandeln von mehreren Umgebungssignalen in mehrere analoge elektrische Signale in mehreren Umgebungswandlern, Auswählen eines analogen elektrischen Signals aus den mehreren analogen elektrischen Signalen in einem Multiplexer und Umsetzen des einen analogen elektrischen Signals in ein erstes digitales Signal in einem ersten Analog/Digital-Umsetzer (ADC). Andere Ausführungsformen enthalten entsprechende Systeme, Vorrichtungen und Strukturen, von denen jede/s konfiguriert ist, Aktionen oder Schritte entsprechender Verfahren von Ausführungsformen auszuführen.
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In verschiedenen Ausführungsformen enthält das Verfahren ferner Umsetzen des ersten analogen elektrischen Signals in ein zweites digitales Signal in einem zweiten ADC. In anderen Ausführungsformen enthält das Verfahren ferner Bereitstellen des ersten analogen elektrischen Signals an einem analogen Ausgang und Bereitstellen des ersten digitalen Signals an einem digitalen Ausgang. In einigen Ausführungsformen enthält das Umwandeln von mehreren Umgebungssignalen Abfühlen von mehreren Umgebungssignalen aus einer Gruppe, die Feuchtigkeitssignale, Drucksignale, Temperatursignale und Gassignale enthält, und Erzeugen der mehreren analogen elektrischen Signale basierend auf den mehreren Umgebungssignalen.
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In verschiedenen Ausführungsformen enthält das Verfahren ferner Erhalten des akustischen Signals und der mehreren Umgebungssignale über einen gemeinsam verwendeten Durchlass. Das Verfahren kann ferner Verstärken des ersten analogen elektrischen Signals und der mehreren analogen elektrischen Signale enthalten. In einigen Ausführungsformen enthält das Verfahren ferner Vorspannen des Schallwandlers und der mehreren Umgebungswandler mit einer Vorspannungsschaltung in einer gemeinsam verwendeten integrierten Schnittstellenschaltung.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält eine Wandlerbaugruppe eine Platine, einen Deckel, der auf der Platine angeordnet ist, einen Durchlass, der in der Platine oder dem Deckel gebildet ist, einen Schallwandler, der auf der Platine angeordnet ist und eine Membran enthält, und einen integrierte Schaltungs-Chip, der auf der Platine angeordnet ist. Die Membran ist über den Durchlass in strömungstechnischer Kommunikation mit einer äußeren Umgebung. In solchen Ausführungsformen enthält der integrierte Schaltungs-Chip einen Umgebungswandler, der in dem integrierten Schaltungs-Chip gebildet ist, eine gemeinsam verwendete Schnittstellenschaltung, die mit dem Umgebungswandler und dem Schallwandler gekoppelt ist, und eine akustische Schaltung, die nur mit dem Schallwandler gekoppelt ist. Der Umgebungswandler ist über den Durchlass in strömungstechnischer Kommunikation mit der äußeren Umgebung. Andere Ausführungsformen enthalten entsprechende Systeme, Vorrichtungen und Strukturen, von denen jede/s konfiguriert ist, Aktionen oder Schritte entsprechender Verfahren von Ausführungsformen auszuführen.
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In verschiedenen Ausführungsformen enthält der Umgebungswandler einen Drucksensor. Der Umgebungswandler kann ferner einen Temperatursensor, einen Feuchtigkeitssensor oder einen Gassensor enthalten. In einigen Ausführungsformen enthält die Wandlerbaugruppe ferner eine Schutzstruktur, die zwischen dem Durchlass und der äußeren Umgebung angeordnet ist. Die Schutzstruktur kann ein Gitter enthalten, das wasserundurchlässig ist.
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Gemäß verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen können Vorteile Platzeinsparungen zusammen mit zusätzlicher Funktionalität in Wandlersystemen enthalten. In einigen Ausführungsformen verwenden mehrerer Wandler Schaltungsblöcke in einer entsprechenden ASIC gemeinsam, was zu Halbleiterplatzeinsparung führt. In verschiedenen Ausführungsformen sind mehrere Wandler in eine einzelnen Wandlerbaugruppe paketiert und verwenden einen gemeinsamen Durchlass in der Baugruppe gemeinsam, was zu Platzeinsparung auf der Platine und reduzierten Paketierungsaufwänden, die mit mehreren Durchlässen verbunden sind, führt. In verschiedenen Ausführungsformen verwenden die Sensoren gemeinsam die Öffnung der Baugruppe und die Öffnung in der Vorrichtung, wie beispielsweise eines Telefons, Tablet oder einer anderen Vorrichtung. Vorteiler solcher Ausführungsformen können reduzierte Kosten für Platz und verbesserte Robustheit der Vorrichtung enthalten. Beispielsweise können gemeinsam verwendete Öffnungen insbesondere ein Vorteil für wasserdichte Vorrichtungen sein.
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Obwohl diese Erfindung mit Bezug auf anschauliche Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist nicht beabsichtigt, dass diese Beschreibung in einem einschränkenden Sinn gedeutet werden soll. Sowohl verschiedene Modifikationen und Kombinationen der anschaulichen Ausführungsformen als auch andere Ausführungsformen der Erfindung werden für Fachleute durch Bezug auf die Beschreibung offensichtlich.
