DE60315819T2

DE60315819T2 - Mikrofonanordnung

Info

Publication number: DE60315819T2
Application number: DE60315819T
Authority: DE
Inventors: Michael Deruginsky; Jens Kristian Poulsen; Jozef Johannes Bosch
Original assignee: Sonion AS
Current assignee: Sonion AS
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: ATE371355T1; US20030223592A1; AU2003226937A1; WO2003088709A1; DK1493303T3; EP1493303B1; EP1493303A1; DE60315819D1

Description

ANWENDUNGSGEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrofonanordnung und besonders eine Mikrofonanordnung, umfassend einen Umwandler, Vorverstärker, steuerbare Schaltmittel und einen Analog-zu-Digital(A/D)-Umformer.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Zurzeit formt eine in tragbaren Telefonen (z.B. Handys oder Funktelefonen) oder in Hörgeräten angewendete, typische Mikrofonanordnung akustische Signale in analoge Audiosignale um, die von der Mikrofonanordnung entlang einer Signalleitung zu einem externen A/D-Umformer für Digitalisierung übertragen werden.
Während die analogen Audiosignale sich von der Mikrofonanordnung zum A/D-Umformer bewegen, sind sie gegenüber elektromagnetischer Störung (EMI), die durch die Anwesenheit von Hochfrequenzsignalen (normalerweise ungefähr 1-2 GHz) verursacht ist, unerwünscht empfänglich. Um die Auswirkungen von EMI zu reduzieren, wird in der Mobiltelefon-Industrie gegenwärtig praktiziert, externe Kondensatoren anzuwenden, um das Hochfrequenzsignal zu entkoppeln, um die analogen Audiosignale vor der Digitalisierung zu „reinigen". Nach Digitalisierung sind die resultierenden Digitalausgangssignale weitgehend sensibel gegenüber EMI. Demgemäß ist es wünschenswert, die akustischen Signale in Digitalausgangssignale so schnell wie möglich umzuformen – z.B. durch Integrieren oder Einbauen des A/D-Umformers innerhalb des Mikrofongehäuses – um zu verhindern, dass EMI die Signalintegrität verringert.
DE 195 44 546 beschreibt eine Mikrofonanordnung, umfassend einen Umwandler zum Empfang von akustischen Wellen durch eine Schalleinlassöffnung und zum Umformen von empfangenen akustischen Wellen in analoge Audiosignale, wobei für jede der Audioquellen ein zugehöriger A/D-Umformer bereitgestellt ist.
US 5796848 beschreibt ein digitales Hörgerät mit einem Mikrofon. Um EMI zu verhindern, ist ein A/D-Umformer innerhalb des Mikrofongehäuses angebracht, wobei der A/D-Umformer gegen EMI abgeschirmt wird.
Die Patentanmeldung US 2002/0106091 A1 beschreibt eine digitale Mikrofonanordnung zur Anwendung z.B. in einem Mobiltelefon. Das Digitalausgangssignal der digitalen Mikrofonanordnung wird wirksam gegen EMI abgeschirmt. Um Platz zu sparen, ist es möglich, alle elektrischen Teile der Mikrofonanordnung monolithisch auf einem Chip einzubauen.
Mikrofonanordnungen mit integrierten A/D-Umformern, wie z.B. in US 5796848 und US 2002/0106091 A1 beschrieben, sind somit in Bezug auf geringe Empfindlichkeit gegenüber EMI sowie Platzeinsparung vorteilhaft. In Fällen, wo externe analoge Quellen, wie z.B. Headsets, mit z.B. einem tragbaren Telefon verbunden werden sollen, ist ein getrennter A/D-Umformer jedoch notwendig, um das analoge Audiosignal vom Headset zu digitalisieren. In Hörgeräten kann ein ähnlicher Bedarf an einem getrennten A/D-Umformer in Fällen entstehen, wo ein analoges Signal, z.B. von einer Telespuleneinheit, als eine Alternative zu Einbaumikrofonen in den Hörgeräten ausgewählt werden soll. In Hörgeräten kann es auch von Interesse sein, analoge elektrische Signale von HiFi-Ausstattung, wie z.B. einem CD-Player, mit einem Hörgerät zu verbinden. Ein solcher getrennter A/D-Umformer erhöht die Herstellungskosten der tragbaren Einrichtung und macht somit die tragbare Einrichtung weniger attraktiv für potentielle Kunden. Zusätzlich erhöht die Anwesenheit eines zweiten A/D-Umformers den Stromverbrauch.
Deshalb gibt es einen Bedarf an einer Mikrofonanordnung, die den Einbau-A/D-Umformer zum Umformen analoger Signale verwendet, die durch externe analoge Einrichtungen – wie z.B. Headsets, Telespuleneinheiten oder andere Audioausstattungen, wie z.B. HiFi-Geräte, erzeugt sind. Auf diese Weise kann die Anwendung von zusätzlichen externen A/D-Umformern verhindert werden. Dies widerspricht jedoch dem Anspruch an digitale Mikrofonanordnungen mit einer reduzierten Anzahl von Terminalen. Die Anzahl der Terminale ist entscheidend bezüglich Herstellungskosten und Anspruch an Platz, der für die Mikrofonanordnung innerhalb der eigentlichen Applikation zur Verfügung steht.
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche Mikrofonanordnung bereitzustellen – d.h. eine Mikrofonanordnung, die imstande ist, extern erzeugte analoge Audiosignale mit einer so niedrigen Anzahl von Terminalen wie möglich zu bearbeiten und digitalisieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der obenerwähnte Zweck wird dadurch erfüllt, dass in einem ersten Aspekt eine Mikrofonanordnung bereitgestellt wird, umfassend

– einen Umwandler zum Empfangen von akustischen Wellen durch eine Schalleinlassöffnung und zum Umformen von empfangenen akustischen Wellen in analoge Audiosignale,
– einen Vorverstärker mit einem Eingangsterminal und einem Ausgangsterminal, wobei das Eingangsterminal mit dem Umwandler verbunden ist, um analoge Audiosignale vom Umwandler zu empfangen,
– Schaltmittel mit einem oder mehreren Eingangsterminal(en) und einem Ausgangsterminal, wobei ein erstes Eingangsterminal von dem einen Eingangsterminal oder den mehreren Eingangsterminalen mit dem Ausgangsterminal des Vorverstärkers verbunden ist, um verstärkte analoge Audiosignale vom Vorverstärker zu empfangen, und
– einen Analog-zu-Digital-Umformer mit einem Eingangs- und einem Eingangs-/Ausgangsterminal, wobei das Eingangsterminal mit dem Ausgangsterminal des Schaltmittels verbunden ist, um empfangene analoge Audiosignale in digitale Audiosignale umzuformen.

Das Schaltmittel ist vorzugsweise wie elektronische Schaltmittel konfiguriert.
Der Umwandler ist vorzugsweise ein Silizium-basierter Umwandler, umfassend eine Siliziumrückplatte, die angrenzend an und im wesentlichen parallel zu einer flexiblen Membran angebracht ist, die vorzugsweise aus Silizium hergestellt ist. Die Siliziummembran und die Siliziumrückplatte können zusammen einen Kondensator bilden, um ein Kondensatormikrofon zu bilden.
Das Schaltmittel kann zwei Eingangsterminale umfassen, wo ein zweites Eingangssignal des Schaltmittels eingerichtet ist, um ein analoges Hilfsaudiosignal zu empfangen. Individuelle Signalverarbeitungseinheiten/-kreisläufe können mit jedem Eingangsterminal verbunden werden, wobei z.B. analoge Hilfsaudiosignale mit verschiedenen Kennwerten (z.B. verschiedene Signalpegel) zu den Eingangsterminalen geliefert werden können. Das analoge Hilfsaudiosignal kann alternativ auf einem Versorgungsspannungsniveau, das zur Mikrofonanordnung geliefert wird, überlagert werden. In der letzteren Ausführungsform ist kein spezifisches "Hilfs"-Terminal erfordert. Dies kann ein wichtiger Kernpunkt sein, um Platz und Terminalverbindungen zu sparen und damit Kosten zu reduzieren.
Das Schaltmittel kann durch ein elektrisches Signal, das in einem getrennten externen Terminal empfangen wird, gesteuert/hin und her geschaltet werden. Bevorzugter kann das Schaltmittel jedoch dadurch gesteuert/hin und her geschaltet werden, dass ein vorbestimmtes Versorgungsspannungsniveau zur Mikrofonanordnung geliefert wird. Alternativ kann das Schaltmittel durch ein Steuersignal gesteuert/hin und her geschaltet werden, das auf einem Versorgungsspannungsniveau, das zur Mikrofonanordnung geliefert wird, überlagert ist.
Ein Vorteil der obenerwähnten Ausführungsformen, die das Versorgungsspannungsterminal verwenden, ist, dass kein spezifisches "Steuersignalterminal" erfordert wird – und somit können bedeutender Platz und Kosten gespart werden.
Wenn das Schaltmittel mehr als zwei Eingangsterminale hat, kann jedes des einen Eingangsterminals oder der mehreren Eingangsterminale, das nicht das erste Eingangssignal ist, eingerichtet werden, um ein analoges Hilfsaudiosignal zu empfangen.
Das Schaltmittel kann durch einen Kennwert eines empfangenen analogen Hilfsaudiosignals gesteuert werden. Dieser Kennwert kann ein DC-Spannungsniveau (Gleichspannungsniveau) des empfangenen analogen Hilfsaudiosignals sein. Alternativ kann dieser Kennwert eine AC-Signalniveauamplitude (Wechselstromsignalniveauamplitude) des empfangenen analogen Audiosignals sein. Eine AC-Signalniveauamplitude, die einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, kann bedeuten, dass die Quelle des analogen Hilfssignals aktiv ist und daher vom Schaltmittel statt des Signals vom Mikrofonvorverstärker ausgewählt werden sollte.
Alternativ kann das Schaltmittel durch Kennwerte eines Eingangs/Ausgangssignals, das zum Eingangs/Ausgangsterminal des Analog-zu-Digital-Umformer geliefert wird, gesteuert werden. Ein digitaler Datenbus kann dieses Eingangs/Ausgangssignal erzeugen.
Unabhängig von der Anzahl der Eingangssignale kann das Schaltmittel durch ein kodiertes Taktsignal gesteuert werden, das zur Mikrofonanordnung geliefert wird. Das Kodieren des Taktsignals kann z.B. dadurch durchgeführt werden, dass das Taktsignal (zu gleich Null oder Ein eingestellt) über einer vorbestimmten Zeitspanne konstant gehalten wird.
Die Mikrofonanordnung kann weiterhin Filtermittel umfassen, z.B. ein Hochpassfilter, zwischen dem Umwandler und dem Analog-zu-Digital-Umformer. Dieses Filter kann zwischen dem Vorverstärker und dem Schaltmittel angebracht werden, um verstärkte analoge Audiosignale zu filtern. Alternativ kann das Filtermittel zwischen dem Schaltmittel und dem Analog-zu-Digital-Umformer angebracht werden. Alternativ kann das Filtermittel zwischen dem Hilfseingang und dem Schaltmittel angebracht werden.
Der Analog-zu-Digital-Umformer kann einen Sigma-Delta-Modulator umfassen.
Um Platz zu sparen und Kosten zu reduzieren, werden der Vorverstärker, das Schaltmittel und der Sigma-Delta-Modulator vorzugsweise auf einem monolithischen Chip eingebaut, um einen integrierten Kreislauf zu bilden. Teil des Filtermittels kann auch auf dem Chip integriert werden.
Alternativ können der Vorverstärker, das Schaltmittel, der Analog-zu-Digital-Umformer und mindestens Teil des Filtermittels auf getrennten Chips eingebaut werden, um getrennte elektronische Kreisläufe zu bilden.
Die Mikrofonanordnung kann weiterhin ein Digitalfilter, wie ein digitales dezimierendes Tiefpassfilter, umfassen, das mit dem Ausgangsterminal des Sigma-Delta-Modulators verbunden ist, wobei das Digitalfilter einen Teil des monolithisch integrierten Kreislaufes bildet.
Die Mikrofonanordnung kann ein Tiefpassfilter zwischen dem Vorverstärker und dem Schaltmittel umfassen, um verstärkte analoge Audiosignale tiefpasszufiltern. Ein Bandpassfilter kann auch oder zusätzlich dazu zwischen dem Vorverstärker und dem Schaltmittel angebracht werden.
Die Mikrofonanordnung kann weiterhin einen Verstärker zwischen dem Filtermittel und dem Schaltmittel umfassen, um die gefilterten analogen Audiosignale zu verstärken. Der Verstärker kann einen Teil eines monolithisch integrierten Kreislaufs bilden, der weiterhin den Vorverstärker, das Schaltmittel, das Filtermittel und den Analog-zu-Digital-Umformer umfasst.
Die Mikrofonanordnung kann weiterhin einen Kondensator umfassen, wobei der Kondensator dafür eingerichtet ist, durch ein Taktsignal, das zur Mikrofonanordnung geliefert wird, aufgeladen zu werden, sowie die Mikrofonanordnung mit Strom zu versorgen. Die Versorgung von Strom zur Mikrofonanordnung wird eingeleitet, wenn eine ausreichende Energiemenge zum Kondensator geliefert worden ist. Nach dieser Stufe wird der Kondensator fortlaufend durch ein Taktsignal aufgeladen. Auf diese Weise ist es möglich, die Anzahl von externen Terminalen der Mikrofonanordnung mit einem zu reduzieren, da Strom und Takt durch ein einziges externes Terminal bereitgestellt werden kann.
Die Mikrofonanordnung kann durch das Eingangs/Ausgangsterminal des Analog-zu-Digital-Umformers mit einem rein digitalen Signalprozessor (DSP) zur weiteren Signalverarbeitung verbunden werden.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine tragbare Einheit, umfassend eine Mikrofonanordnung gemäß dem ersten Aspekt. Diese tragbare Einheit kann aus der Gruppe bestehend aus Hörgeräten, Hilfsabhörgeräten, mobilen Aufnahmeeinheiten, wie z.B. MP3- und minidiskrekordern; und mobilen Kommunikationseinheiten, wie z.B. Handys oder Funktelefonen, ausgewählt werden.
Die Kombination des digitalen Mikrofons, das einen integrierten elektronischen Schalter hat, und eines integrierten A/D-Umformers und eventuell eines rein digitalen Signalprozessors überwindet mehrere der zuvor erwähnten Nachteile, die mit den Systemen des Standes der Technik verbunden sind, wo ein getrennter A/D-Umformer für jede externe Komponente erforderlich ist, die mit der Einrichtung/Einheit, die die Mikrofonanordnung gemäß der Erfindung unterbringt, verbunden werden soll. Durch Mikrofone mit integrierten Schaltern und A/D-Umformern wird Flexibilität dadurch gefördert, dass eine einzige Mikrofonanordnung analoge Signale von mehreren externen analogen Komponenten digitalisieren kann.
Zusätzlich vereinfacht die Anwendung eines rein digitalen Signalprozessors die Gestaltung eines Mobiltelefons und senkt die Herstellungskosten, da rein digitale Signalprozessoren kostengünstiger hergestellt werden können als digitale Signalprozessoren, die auch eine analoge Schaltungstechnik umfassen.
Moderne Mobiltelefone sind auf digitaler Signalverarbeitung basiert, d.h. das Mikrofonsignal wird in ein digitales Signal zur weiteren Verarbeitung umgeformt. Die vorliegende Erfindung ist sehr geeignet für die Anwendung in solchen Mobiltelefonen, da eine Mehrheit dieser Mobiltelefone eine Schnittstelle für einfache kostengünstige Headsets von analoger Art, die auf analogen Mikrofonen basiert sind, benötigt. Unter Anwendung der vorliegenden Erfindung wird die Anwendung von getrennten A/D-Umformern vermieden, da die Mikrofonanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung die Umformung in die digitale Domäne erledigt.
Moderne Hörgeräte sind auch auf digitaler Signalverarbeitung eines Signals von einem integrierten Mikrofon basiert, das im Hörgerät angebracht ist. Es ist jedoch immer noch üblich diese Hörgeräte in Kombination mit einer analogen Telespuleneinheit oder direkt mit HiFi-Geräten verbunden anzuwenden. Mit einer Mikrofonanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wird A/D-Umformung eines analogen Signals von solcher Ausstattung durch die Mikrofonanordnung bereitgestellt, womit den Bedarf an einem getrennten A/D-Umformer beseitigt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obenerwähnten und andere Vorteile der Erfindung werden ersichtlich, wenn man die folgende ausführliche Beschreibung liest, und unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen, wo
1 eine funktionelle Darstellung eines Mobiltelefons, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterbringt, ist,
2 eine funktionelle Darstellung eines Hörgeräts ist, umfassend eine Telespuleneinheit, die mit einer Mikrofonanordnung gemäß der Erfindung verbunden ist,
3a eine Kurve mit einem Beispiel einer analogen Eingangsspannung zur Mikrofonanordnung aus 2 in einen aktiven Zustand der Telespuleneinheit zeigt, und
3b dieselbe Kurve wie in 3a zeigt, aber in einem nicht-aktiven Zustand der Telespuleneinheit.
Da die Erfindung gegenüber verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen empfänglich ist, werden spezifische Ausführungsformen hierin in Einzelheiten durch Beispiele beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten beschriebenen Formen begrenzt werden sollte. Die Erfindung soll stattdessen alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die innerhalb des Rahmens der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, fallen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt ein Beispiel der Anwendung der Mikrofonanordnung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Ein in 1 gezeigtes Mobiltelefon 2 umfasst im allgemeinen eine Mikrofonanordnung 3, einen rein digitalen Signalprozessor (rein digitaler DSP) 14, eine Lautsprecheranordnung 30, eine RF-Empfängereinheit 32, eine RF-Sendereinheit 34 und eine Antenne 36. Die Mikrofonanordnung 3 umfasst ein Mikrofonanordnungsgehäuse 4, das den Umwandler 8, den Mikrofonvorverstärker 10 und den Analog-zu-Digital-(A/D)Umformer 12 unterbringt. Zusätzlich zur Bereitstellung struktureller Integrität zur ganzen Mikrofonanordnung 3 schirmt oder schützt das Mikrofonanordnungsgehäuse 4 den Umwandler 8, den Mikrofonvorverstärker 10 und den A/D-Umformer 12 gegen unerwünschte Hochfrequenz-EMI ab. Das Mikrofonanordnungsgehäuse 4 ist vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material, wie Stahl oder Aluminium, oder einem metallisierten nichtleitenden Material, wie metalpartikelüberzogenem Kunststoff, hergestellt.
Akustische Energie wird durch die Schalleinlassöffnung 6 vom Umwandler 8 empfangen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Umwandler 8 eine Elektretanordnung, die eine flexible Membran umfasst, die in Erwiderung auf akustische Energie bewegt. Die Bewegung der flexiblen Membran ergibt ein elektrisches Signal, und somit formt der Umwandler 8 die akustische Energie in elektrische Energie um. Diese elektrische Energie wird als analoge Audiosignale zum Mikrofonvorverstärker 10, der die analogen Audiosignale zu einem passenden Niveau für den A/D-Umformer 12 verstärkt, bereitgestellt. Vorverstärker 10 kann mehr als eine Verstärkungsstufe umfassen. A/D-Umformer 12 formt die analogen Audiosignale in digitale Ausgangssignale um.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der A/D-Umformer 12 als ein Sigma-Delta-Modulator eingebaut, der die analogen Audiosignale in einen seriellen digitalen Bitstrom umformt. Alternativ kann der A/D-Umformer 12 z.B. ein Flash- oder Pipeline-Umformer, ein sukzessiver Approximationsumformer oder irgendeiner anderen passenden A/D-Umformer sein. Der serielle digitale Bitstrom kann auf Leitung 20 zum rein digitalen DSP 14 zur weiteren Verarbeitung übertragen werden. Rein digitaler DSP 14 enthält keine analoge Schaltungstechnik und bereitet keine analoge Signale auf. Im Gegenteil enthält der rein digitale DSP 14 nur digitale Schaltungstechnik (Schaltungstechnik, die eingerichtet ist, um nur digitale Signale aufzubereiten) und bereitet nur digitale Signale auf. Somit sind die Eingangssignale auf Leitung 20 und 24 zu und die Ausgangssignale auf Leitung 22 und 26 von dem rein digitalen DSP 14 nur in einem digitalen Format.
Mobiltelefon 2 in 1 ist mit einem analogen Hilfseingangsterminal, Analog Aux In vorgesehen. Dieses analoge Hilfseingangsterminal ist eingerichtet, um ein analoges Hilfssignal zu empfangen. Das Eingangsterminal ist mit einem Eingangsterminal auf dem Schaltmittel 11 verbunden, das zwischen dem Vorverstärkerausgangssignal und einem vorgesehenen analogen Hilfssignal schalten kann, – z.B. von einem Headset mit einem analogen Mikrofon.
In 1 das ist Schaltmittel 11 mit zwei Eingangsterminalen gezeigt, ein Terminal ist mit dem Vorverstärker 10 verbunden, und das andere Terminal ist mit dem analogen Hilfseingangsterminal (Analog Aux In) des Mobiltelefons 2 verbunden. Es gibt im Prinzip keine Begrenzung bezüglich der Anzahl von Eingangsterminalen. Somit kann das Schaltmittel 11 mit N Eingangsterminalen vorgesehen werden – wobei jedes davon dafür eingerichtet ist, ein analoges Hilfssignal zu empfangen. Alternativ und statt eines getrennten Eingangsterminals bereitzustellen, kann ein analoges Eingangsterminal mit einem Stromversorgungsterminal auf der Mikrofonanordnung kombiniert werden. Auf diese Weise kann Platz für ein Terminal gespart werden.
Wie früher erwähnt, kann das Schaltmittel 11 auf verschiedene Weisen gesteuert werden, da das Schaltmittel durch Bereitstellen eines vorbestimmten Versorgungsspannungsniveaus zur Mikrofonanordnung gesteuert werden kann. Somit kann das Schaltmittel 11 hin und her geschaltet werden, wenn das Niveau des Versorgungsniveaus innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eines vorbestimmten Spannungsniveaus liegt.
Alternativ kann das Schaltmittel 11 durch ein Steuersignal gesteuert werden, das auf einem Versorgungsspannungsniveau, das zur Mikrofonanordnung geliefert wird, überlagert ist.
In einer anderen Ausführungsform kann das Schaltmittel durch einen Kennwert eines empfangenen analogen Hilfsaudiosignals gesteuert werden. Dieser Kennwert kann ein DC- oder AC-Spannungsniveau des empfangenen analogen Hilfsaudiosignals sein.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann das Schaltmittel 11 auch durch Kennwerte eines digitalen Datenbussignals gesteuert werden, das zum Eingangs/Ausgangsterminal des Analog-zu-Digital-Umformers geliefert wird. Noch weiter kann das Schaltmittel 11 durch ein kodiertes Taktsignal, das zur Mikrofonanordnung geliefert wird, gesteuert werden. Das Kodieren des Taktsignals kann z.B. dadurch durchgeführt werden, dass das Taktsignal konstant gehalten wird (zu gleich Null oder Ein eingestellt) über einer vorbestimmten Zeitspanne.
Der rein digitale DSP 14 verarbeitet die digitalen Ausgangssignale von Leitung 20 und stellt digitale Signale für Übertragung auf Leitung 26 zur RF-Sendereinheit 34 bereit. Die RF-Sendereinheit 34 formt die digitalen Signale für die Übertragung in RF-Signale, die durch die Antenne 36 gesendet werden, um. Ähnlich stellt die Antenne 36 RF-Signale für die RF-Empfängereinheit 32 bereit, die empfangene digitale Signale auf Leitung 24 zum rein digitalen DSP 14 bereitstellt. Der rein digitale DSP 14 verarbeitet die empfangenen digitalen Signalen und stellt digitale Audioausgangssignale auf Leitung 22 zur Lautsprecheranordnung 30 bereit. Die digitalen Audioausgangssignale auf Leitung 22 können PDM- oder PWM-kodierte Signale sein. Die Lautsprecheranordnung 30 formt die digitalen Audioausgangssignale in akustische Signale, die vom Bediener gehört werden, um.
Das in 1 gezeigte Mobiltelefon 2 ist nicht die einzige Einrichtung, in der die vorliegende Erfindung betriebsfähig ist. Das Mobiltelefon 2 wurde nur für illustrative Zwecke ausgewählt, und die vorliegende Erfindung zieht neben Mobiltelefonen viele andere Einrichtungen in Erwägung. Beispiele für andere Einrichtungen umfassen ohne Begrenzung tragbare Telefone, tragbare Audio- oder Videoaufnahmesysteme, Hörgeräte, Minicomputer, tragbare Mikrofone (mit oder ohne Kabel) und jede andere Einrichtung, die ein Mikrofon erfordert, das Miniaturgröße hat, und die einen unverarbeiteten oder formatierten digitalen Audiooutput erfordert.
Die Mikrofonanordnung nach der vorliegenden Erfindung kann weiterhin ein Hochpassfilter (nicht gezeigt) umfassen, das zwischen dem Mikrofonvorverstärker und dem Schaltmittel verbunden ist. Das Hochpassfilter blockiert DC-Komponenten in den Signalen zwischen dem Mikrofonvorverstärker und dem Schaltmittel. Das Hochpassfilter reduziert auch das gesamte Geräuschniveau in der Mikrofonanordnung durch Herausfiltrieren von niedrigen Frequenzen. Ein zusätzlicher Verstärker (nicht gezeigt) kann zwischen dem Hochpassfilter und dem Schaltmittel verbunden werden. Dieser zusätzliche Verstärker kann ein Buffer oder ein Differenzial-Umformer, wie ein Einzeleinheit-Differenzial-Umformer, sein.
Ein Tiefpassfilter (nicht gezeigt) kann zwischen dem Vorverstärker und dem Schaltmittel verbunden werden. Dieses Filter verhindert unerwünschte Aliasing-Auswirkungen durch Begrenzen des Frequenzgehalts der Signale, bevor sie zum Schaltmittel geliefert werden und dabei vor sie zum A/D-Umformer geliefert werden. Das Hochpassfilter und das Tiefpassfilter werden vorzugsweise in den Mikrofonvorverstärker eingebaut, obwohl als Alternative das Hochpassfilter und das Tiefpassfilter eventuell vom Mikrofonvorverstärker getrennt sein können.
Die digitalen Ausgangssignale auf Leitung 20 sind unverarbeitete Signale in der Bedeutung, dass sie gemäß irgendeinem Standardaudioformat nicht formatiert worden sind. Die unverarbeiteten digitalen Ausgangssignale auf Leitung 20 werden zum rein digitalen DSP 14 für weitere digitale Verarbeitung gesendet.
Ein Formatierungskreislauf (nicht gezeigt) kann zwischen dem A/D-Umformer 12 und dem rein digitalen DSP 14 verbunden werden. Der Formatierungskreislauf formatiert die Signale vom A/D-Umformer 12 in Übereinstimmung mit einem digitalen Audiostandard, wie z.B. S/PDIF, AES/EBU, I²S oder irgendeinem anderen passenden digitalen Audiostandard. Alternativ kann die Formatierung durch den rein digitalen DSP 14 ausgeführt werden. Der Formatierungskreislauf wird vorzugsweise in den A/D-Umformer 12 eingebaut und kann weiterhin ein Digitalfilter umfassen. Der Vorverstärker 10 kann eventuell ein Hochpassfilter und/oder ein Tiefpassfilter wie die obenbeschriebenen umfassen.
Die formatierten digitalen Ausgangssignale können auf Leitung 20 zum rein digitalen DSP 14 für weitere Verarbeitung gesendet werden oder, da die digitalen Ausgangssignale in Übereinstimmung mit einem digitalen Audiostandard formatiert werden, in eine Einrichtung eingesteckt oder direkt eingebaut werden, die mit einem solchen digitalen Audiostandard konform ist, wie z.B. ein tragbares Audio- oder Videogerät.
Das Hochpassfilter (nicht gezeigt) umfasst typischerweise einen Kondensator und einen Widerstand. Die Ausfilterungswirkung des Hochpassfilters wird durch Auswählen von Kondensator- und Widerstandswerten minimiert, die τ so groß wie möglich machen oder mit anderen Worten eine sehr niedrige Grenzfrequenz des Hochpassfilters sichern. Weiterhin ist es entscheidend, das Geräusch vom Hochpassfilter selbst zu minimieren. Dies kann dadurch erreicht werden, dass eine große Kapazität ausgewählt wird, da das elektronische Geräusch von einem Kondensator durch kT/C gegeben wird, wo C die Kapazität, T die Temperatur und k Plancksches Wirkungsquantum ist. Es versteht sich, dass das elektronische Geräusch vom Kondensator mit einer kleineren Kapazität ansteigt.
Ein Digitalfilter (nicht gezeigt) kann zwischen dem A/D-Umformer, der vorzugsweise ein Sigma-Delta-Modulator ist, und dem rein digitalen DSP angebracht sein. Das Digitalfilter entfernt das Hochfrequenzgeräusch vom digitalen Bitstrom. Vorzugsweise ist das Digitalfilter ein digitales dezimierendes Tiefpassfilter, das Out-of-Band-Quantisierungsgeräusch entfernt. Das Digitalfilter kann in einen rein digitalen DSP 14 oder in den A/D-Umformer 12 eingebaut werden.
2 zeigt eine Darstellung einer Mikrofonanordnung 103 für Hörgerätanwendungen. Verbindungen zwischen der Mikrofonanordnung 103 und einer Telespuleneinheit 40 sind angezeigt. Das Prinzip der Mikrofonanordnung 103 entspricht der Mikrofonanordnung 3 in 1. Die Mikrofonanordnung 103 umfasst ein Mikrofonanordnungsgehäuse 104, das den Umwandler 108, den Mikrofonvorverstärker 110, den A/D-Umformer 112 und das Schaltmittel 111 unterbringt. Als Beispiel ist der A/D-Umformer 112 angezeigt als ein Sigma-Delta-Umformertyp zu sein. Akustische Signale werden vom Mikrofon 108 via eine akustische Öffnung 106 erfasst. Die Mikrofonanordnung 103 hat vier extern erreichbare Terminale: Stromversorgungsspannung (VDD), Bezugspotenzial (GND), analoges Hilfseingangsterminal (AUX) und digitaler Ausgang (DOUT).
Die Telespuleneinheit 40 in 1 umfasst eine Telespule 41, die mit einem Telespulenverstärker 42 verbunden ist. Der Telespulenverstärker 42 hat ein Ausgangsterminal 43, das verwendet wird, um ein analoges elektrisches Signal gemäß einem Signal, das von der Telespule 41 empfangen wird, bereitzustellen. Das Ausgangsterminal 43 der Telespuleneinheit 40 ist mit der Mikrofonanordnung 103 via ihrem Hilfseingangsterminal verbunden. Das Hilfsterminal ist mit dem Schaltmittel 111 verbunden, das eingerichtet ist, um zu wählen, ob entweder ein analoges Signal vom Mikrofonvorverstärker 110 oder ob ein Signal von der Telespuleneinheit 40 mit dem A/D-Umformer 112 verbunden ist. Dabei ist das Schaltmittel eingerichtet, um auszuwählen, welche der beiden analogen Signalquellen, Mikrofon oder Telespule, zum A/D-Umformer beschickt und dabei in ein digitales Signal, das auf dem DOUT-Terminal 120 der Mikrofonanordnung erscheint, umgeformt werden soll.
Ein Schalter mit zwei Positionen 51 wird verwendet, um ein Stromversorgungsterminal (VDD) des Telespulenverstärkers 42 zu einer Stromleitung 50, die mit einer Stromversorgungsquelle (PWR) verbunden ist, entweder ein- oder auszuschalten. Das VDD-Terminal der Mikrofonanordnung 103 ist dauerhaft mit der Stromleitung 50 verbunden, um dauerhaft den Vorverstärker 110, das Schaltmittel 111 und den A/D-Umformer 112 mit Versorgungsspannung zu versorgen.
Der Schalter 51 wird verwendet, um zwischen der Telespuleneinheit 40 und dem Mikrofon 108 als Signalquelle zu wählen. In einer Position verbindet der Schalter 51 den Telespulenverstärker 42 mit der Stromleitung 50. Die Telespuleneinheit 40 wird hierbei aktiv, und der Telespulenverstärker 42 ist eingerichtet, um ein AC-Signal gemäß einem Signal, das von der Telespule 41 auf ihrem Ausgangsterminal 43 empfangen wird, bereitzustellen. Der Telespulenverstärker 42 ist eingerichtet, um dieses AC-Signal auf einem DC-Signal zu überlagern. Das Schaltmittel 111 ist eingerichtet, um ein DC-Spannungsniveau, das dem AUX-Terminal aufgebracht wird, zu erfassen und hierbei den AUX-Eingang zu aktivieren, wenn das DC-Spannungsniveau über einem festgelegten Schwellenwert liegt. In einer anderen Position des Schalters 51 gibt es keine Verbindung zwischen der Stromleitung 50 und dem VDD-Terminal des Telespulenverstärkers 42. Folglich ist der Telespulenverstärker 42 inaktiv, und es gibt ein sehr niedriges Spannungsniveau auf seinen Ausgangsterminal 43.
3a zeigt eine Kurve mit einem Beispiel von einer Spannung 61, die dem AUX-Terminal der Mikrofonanordnung 103 in 2 aufgebracht wird. Der DC-Spannungsgrenzwert TH zum Aktivieren des AUX-Eingangs ist auf der Kurve mit einer punktierten Linie 60 skizziert. Wie in 3a gezeigt, übersteigt das Spannungsniveau 61 deutlich den Grenzwert 60, und damit aktiviert das Schaltmittel 111 den AUX-Eingang und deaktiviert gleichzeitig das Signal vom Mikrofonvorverstärker 110. Folglich befindet sich die Telespuleneinheit 40 in einem aktivierten Modus, wogegen sich das Mikrofon in einem deaktivierten Modus befindet.
3b zeigt ein Schaubild, das dem des 3a entspricht. In dieser Situation ist eine Spannung 62, die dem AUX aufgebracht wird, unter dem Spannungsgrenzwert 60. Das Schaltmittel 111 deaktiviert somit den AUX-Eingang und aktiviert das Signal vom Mikrofonverstärker 110. Folglich befindet sich die Telespuleneinheit 40 in einem deaktivierten Modus, wogegen sich das Mikrofon in einem aktivierten Modus befindet.
Mit der obenerwähnten Art von Auswahl zwischen Mikrofon- und Telespulensignal für Hörgeräte ist es möglich, die Anzahl der externen Terminale der Mikrofonanordnung 103 auf vier zu reduzieren. Dies ist möglich, da das AUX-Terminal als analoges Eingangsterminal sowie Steuerterminal zum Auswählen, welche Eingangssignalquelle aktiv sein soll, fungiert.
Wird mehr als ein analoger Hilfseingang bevorzugt, gibt es eine Anzahl von verschiedenen Strategien zum Auswählen, welche der Signalquellen aktiv sein soll. Ein Beispiel für eine solche Strategie ist die folgende. Das Schaltmittel ist eingerichtet, um ein DC-Signal- oder ein AC-Signalniveau der mehr als ein empfangenen analogen Hilfseingangssignale, wie früher beschrieben zu erfassen. Wird keine der Hilfssignalquellen als aktiv erfasst, wird das Schaltmittel das Signal vom integrierten Mikrofon wählen. Wird eine der Hilfssignalquellen als aktiv erfasst, wird diese Hilfssignalquelle vom Schaltmittel gewählt. Werden zwei oder mehrere Hilfssignalquellen als aktiv erfasst, können die analogen Hilfseingänge eine vorgewählte Prioritätenfolge haben, damit das aktive analoge Hilfssignal mit der höchsten Priorität das ist, das durch das Schaltmittel zu wählen ist.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann, dass in dieser Verbindung viele Änderungen gemacht werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Jede dieser Ausführungsformen und offenbare Variationen davon werden betrachtet als innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung zu liegen, der in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist.

Claims

Mikrofonanordnung, umfassend – einen Umwandler (8) zum Empfangen von akustischen Wellen durch eine Schalleinlassöffnung (6) und zum Umformen von empfangenen akustischen Wellen in analoge Audiosignale, – einen Vorverstärker (10) mit einem Eingangsterminal und einem Ausgangsterminal, wobei das Eingangsterminal mit dem Umwandler (8) verbunden ist, um analoge Audiosignale vom Umwandler (8) zu empfangen, – Schaltmittel (11) mit einem oder mehreren Eingangsterminal(en) und einem Ausgangsterminal, wobei ein erstes Eingangsterminal von dem einen Eingangsterminal oder den mehreren Eingangsterminalen mit dem Ausgangsterminal des Vorverstärkers (10) verbunden ist, um verstärkte analoge Audiosignale vom Vorverstärker zu empfangen, und – einen Analog-zu-Digital-Umformer (12) mit einem Eingangs- und einem Eingangs-/Ausgangsterminal, wobei das Eingangsterminal mit dem Ausgangsterminal des Schaltmittels verbunden ist, um empfangene analoge Audiosignale in digitale Audiosignale umzuformen.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 1, worin das Schaltmittel (11) als ein elektronisches Schaltmittel konfiguriert ist.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 2, worin das Schaltmittel (11) zwei Eingangsterminale umfasst, und worin ein zweites Eingangsterminal des Schaltmittels dafür geeignet ist, ein analoges Hilfsaudiosignal zu empfangen.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 2, worin jedes von dem einen Eingangsterminal oder den mehreren Eingangsterminalen, das anders als das erste Eingangsterminal ist, dafür geeignet ist/sind, analoge Hilfsaudiosignale zu empfangen.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 3 oder 4, worin das Schaltmittel (11) so konfiguriert ist, um von einem Kennwert eines empfangenen analogen Hilfsaudiosignal gesteuert zu werden.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 5, worin der Kennwert, der den Schalter steuert, ein DC-Spannungsniveau des empfangenen analogen Hilfsaudiosignals betrifft.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 1, worin das Schaltmittel (11) so konfiguriert ist, um von Kennwerten eines Eingangs-/Ausgangssignals, die zum Eingangs-/Ausgangsterminal des Analog-zu-Digital-Umformers geliefert werden, gesteuert zu werden.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 7, worin das Eingangs-/Ausgangssignal, das zum Eingangs-/Ausgangsterminal des Analog-zu-Digital-Umformers (12) geliefert wird, ein digitaler Datenbus ist.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 3, worin das Schaltmittel (11) so konfiguriert ist, um durch Liefern eines vorbestimmten Versorgungsspannungsniveaus zur Mikrofonanordnung gesteuert zu werden.
Mikrofonanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 1-4, worin das Schaltmittel (11) so konfiguriert ist, um von einem kodierten Taktsignal, das zur Mikrofonanordnung geliefert wird, gesteuert zu werden.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 10, worin das kodierte Taktsignal dadurch kodiert wird, das Taktsignal während einer vorbestimmten Zeitspanne konstant zu halten.
Mikrofonanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 1-3, worin das Schaltmittel (11) so konfiguriert ist, um von einem, dem Versorgungsspannungsniveau überlagerten Steuerungssignal, das zur Mikrofonanordnung geliefert wird, gesteuert zu werden.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 1 oder 2, worin ein analoges Hilfsaudiosignal einem Versorgungsspannungsniveau überlagert ist, das zur Mikrofonanordnung geliefert ist.
Mikrofonanordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend Filtermittel zwischen dem Umwandler und dem Analog-zu-Digital-Umformer.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 14, worin das Filtermittel zwischen dem Vorverstärker und dem Schaltmittel angeordnet ist, um verstärkte analoge Audiosignale zu filtern.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 14, worin das Filtermittel zwischen dem Schaltmittel und dem Analog-zu-Digital-Umformer angeordnet ist.
Mikrofonanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 14-16, worin das Filtermittel ein Hochpassfilter umfasst.
Mikrofonanordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Analog-zu-Digital-Umformer (12) einen Sigma-Delta-Modulator umfasst.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 18, worin der Vorverstärker, das Schaltmittel (11) und der Sigma-Delta-Modulator auf einem Chip integriert sind, um einen monolithisch integrierten Kreislauf zu bilden.
Mikrofonanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 14-17, worin der Vorverstärker (10), das Schaltmittel (11), der Analog-zu-Digital-Umformer (12) und mindestens ein Teil des Filtermittels auf einem Chip integriert sind, um einen monolithisch integrierten Kreislauf zu bilden.
Mikrofonanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 14-17, worin der Vorverstärker (10), das Schaltmittel (11), der Analog-zu-Digital-Umformer (12) und mindestens ein Teil des Filtermittels auf getrennten Chips implementiert sind, um getrennte elektronische Kreisläufe zu bilden.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 19, weiterhin umfassend ein Digitalfilter, das mit dem Ausgangsterminal des Sigma-Delta-Modulators verbunden ist, wobei das Digitalfilter einen Teil des monolithisch integrierten Kreislaufs bildet.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 22, worin das Digitalfilter ein digitales dezimierendes Tiefpassfilter ist.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Tiefpassfilter zwischen dem Vorverstärker und dem Schaltmittel, um verstärkte analoge Audiosignale tiefpasszufiltern.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Bandpassfilter zwischen dem Vorverstärker und dem Schaltmittel, um verstärkte analoge Audiosignale bandpasszufiltern.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 14, weiterhin umfassend einen Verstärker zwischen dem Filtermittel und dem Schaltmittel, um die gefilterten analogen Audiosignale zu verstärken.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 26, worin der Verstärker einen Teil eines monolithisch integrierten Kreislaufs bildet, weiterhin umfassend den Vorverstärker, das Schaltmittel, das Filtermittel und den Analog-zu-Digital-Umformer.
Mikrofonanordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Umwandler ein auf Silicium basierter Umwandler ist.
Mikrofonanordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Kondensator, wobei der Kondensator dafür angepasst ist, mit Energie geladen zu werden, die in einem Taktsignal vorkommt, das zur Mikrofonanordnung geliefert ist, und dafür angepasst ist, die Mikrofonanordnung mit Strom zu versorgen, wobei der Kondensator fortlaufend von dem gelieferten Taktsignal wiedergeladen wird.
Mikrofonanordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrofonanordnung, via das Eingangs-/Ausgangsterminal des Analog-zu-Digital-Umformers, mit einem rein digital Signalprozessor für weitere Signalverarbeitung verbunden ist.
Tragbare Einheit, umfassend eine Mikrofonanordnung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche.
Tragbare Einheit nach Anspruch 31, worin die tragbare Einheit aus der Gruppe bestehend aus Hörgeräten, Hilfsabhörgeräten, mobilen Aufnahmeeinheiten, wie z.B. MP3- und minidiskrekordern; und mobilen Kommunikationseinheiten, wie z.B. Handys oder Funktelefonen, gewählt ist.