JP2009545260A - 低電力オンチップヘッドセットスイッチの検出 - Google Patents

低電力オンチップヘッドセットスイッチの検出 Download PDF

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Abstract

携帯電話機内の集積回路はウェイクモード及びスリープモードを有する。ウェイクモードにおいて、電圧調整器は調整された電圧をMIC BIAS端子へ供給する。この電圧は携帯電話機へ結合されたヘッドセット/マイクロホン・アクセサリのマイクロホンをバイアスする。ユーザがアクセサリ上のスイッチを押下すると、MIC BIAS端子から大きな電流が引き出される。このスイッチ押下状態は集積回路内のADCによって検出される。スリープモードにおいて、調整器及びADCは電力を節約するために動作不能にされる。新規なスイッチ検出回路はMIC BIAS端子からの電流を調整されない電圧で供給する。ユーザがスイッチを押下すると、MIC BIAS端子から供給された電流は増加する。このスイッチ押下状態はスイッチ検出回路内の特別のインバータにより、温度、電圧、及びプロセス状態にわたって検出される。
【選択図】 図1

Description

開示された実施形態は、ヘッドセットのスイッチ(headset switch)の押下検出に関する。
携帯電話機は、しばしばヘッドセット/マイクロホン・アクセサリ(headset/microphone accessory)を有する。ヘッドセット/マイクロホン・アクセサリは、典型的には、左耳用と右耳用の2つのスピーカ(speaker)を伴う。スピーカは、携帯電話機から出力される音声(audio)を聴くために使用可能である。また、ヘッドセット/マイクロホン・アクセサリは、マイクロホンを有する。ユーザは、携帯電話機本体のマイクロホンに向かって話すのではなく、アクセサリ上のマイクロホンに向かって話すことができる。したがって、アクセサリは携帯電話機のハンズフリー(hands free)動作に有用である。
ユーザがアクセサリ上のマイクロホンに向かって話すとき、マイクロホンの実効抵抗値が変動する。固定抵抗の抵抗器がマイクロホンと直列に設けられて分圧器を形成し、この変化するマイクロホン抵抗は、大地電位(ground potential)と分圧器の中央タップ(tap)上の電圧との間の変化電圧へ変換される。変化電圧は、携帯電話機内の集積回路によって検出されるオーディオ入力信号である。集積回路は、調整された電圧を、集積回路のマイクロホン・バイアス(MIC BIAS)端子と呼ばれる端子へ供給する電圧調整器を含む。分圧器は、MIC BIAS端子へ結合され、調整されたMIC BIAS電圧は分圧器を適切にバイアス(bias)する。
ヘッドセット/マイクロホン・アクセサリは、音をオーディオ入力信号へ変換するために使用できることに加えて、押しボタンスイッチ(pushbutton switch)を含んでいてもよい。携帯電話機のユーザは押しボタンスイッチを押下して、制御信号を携帯電話機へ送ることができる。制御信号の機能は、典型的には、携帯電話機の動作モードに依存する。例えば、携帯電話機が鳴ったとき、ある携帯電話機は、ユーザが押しボタンスイッチを押下することによって呼をピックアップ(pick up)することを許可する。押しボタンスイッチが押下されると、スイッチはマイクロホンを有効にショートアウト(short out)する。スイッチ押下状態の間、ユーザからの音声は有用なオーディオ入力信号へ変換されないが、ヘッドセット/マイクロホン・アクセサリは制御信号を携帯電話機へ通信するために使用されているため、これは許容される(acceptable)。スイッチが押下されると、非常に大量の電流が、非常に長い時間、MIC BIAS端子から引き出される。この高電流状態は、集積回路によりスイッチ押下状態として検出される。この高電流状態は高電圧状態へ変換され、高電圧状態はオンチップアナログ/ディジタルコンバータ(ADC)によって検出される。携帯電話機は、例えば、スイッチ押下状態を、呼をピックアップする希望と解釈し、それに従って応答する。
携帯電話機が呼のために使用されていないとき、集積回路は低電力スリープ状態へ電力を落とされる。この低電力スリープ状態は、携帯電話機の電力消費を低減するために大部分の時間の間維持される。携帯電話機は、周期的により高い電力状態へ一時的にウェイクアップし、着信する呼があるかどうかを確認する。呼がないと見なすと、携帯電話機はスリープ状態へ戻る。このようにして、電圧調整器及びADCを含む集積回路は、着信する呼を確認するために周期的に電力を上げられるが、それ以外のときは低電力スリープモードに保たれる。
しかしながら、携帯電話機がスイッチ押下状態を検出するためには、MIC BIAS電圧調整器及びADCは電力を与えられて機能していなければならない。しかしながら、携帯電話機が低電力スリープモードにあるときは、電圧調整器及びADC回路は電力を与えられず機能していない。したがって、スイッチ検出動作が実行されるべきである場合、現在のスリープモードサイクル(cycle)の終わりまでの待機期間がなければならないか、又は、集積回路はスイッチ検出動作を行うためだけに一時的且つ周期的に電力を上げられなければならない。
例えば、図2は携帯電話機本体上のジャック203へ差し込まれたヘッドセット/マイクロホン・アクセサリ202を有する携帯電話機201の簡略図である。アナログ集積回路205内の電圧調整器204はMIC BIAS電圧をMIC BIAS端子206に供給する。この電圧はヘッドセット/マイクロホン・アクセサリ202のマイクロホンをバイアスする。押しボタン207が押下されると、非常に大きな電流がMIC BIAS端子206から引き出される。この状態は、カレントミラー(current mirror)208、抵抗器209、及びアナログ/ディジタルコンバータ(ADC)210を用いて検出される。電圧調整器、カレントミラー、及びADCが集積回路205の低電力スリープモードにおいて電力を与えられないときは、図2の回路はスイッチ押下状態を検出することができない。
携帯電話機及び集積回路が低電力スリープ状態にあるときでも、スイッチ検出動作を実行することができる代案が望まれている。
携帯電話機内の集積回路は、ウェイクモード(wake mode)及びスリープモード(sleep mode)で動作することができる。ウェイクモードにおいて、電圧調整器は調整された電圧をMIC BIAS端子へ供給する。この電圧は携帯電話機へ結合されたヘッドセット/マイクロホン・アクセサリのマイクロホンをバイアスする。ユーザがヘッドセット/マイクロホン・アクセサリ上の手動スイッチを閉じると(例えば、押しボタンを押下すると)、非常に大きな電流が、非常に長い時間、MIC BIAS端子から引き出される。この大きな電流状態はスイッチ押下状態として検出される。
スリープモードでは、電圧調整器は電力を節約するため動作不能にされる。ウェイクモードの間にスイッチ押下状態を検出するために、従来も使用される他の回路(カレントミラー及びハウスキーパー(housekeeper)アナログ/ディジタルコンバータなど)もまた、電力を節約するため動作不能にされる。新規な低電力スイッチ検出回路は、MIC BIAS端子から電流を供給する。スリープモードにおいては、MIC BIAS端子上の電圧は調整された電圧ではない。所与の動作状態セットにおいて、ヘッドセット/マイクロホン・アクセサリ上のスイッチが押下されないと第1の電流量がMIC BIAS端子から供給され、一方、ユーザがヘッドセット/マイクロホン・アクセサリ上のスイッチを押下すると、より大きな電流量がMIC BIAS端子から供給される。
MIC BIAS端子から供給された電流は、低電力スイッチ検出回路内で鏡映(mirror)され、鏡映された電流はオンチップ抵抗器を流れる。したがって、MIC BIAS端子から供給された電流は、対応する電圧へ変換される。スイッチが押下されない場合、オンチップ抵抗器を通って降下された電圧は第1の電圧量を有する。スイッチが押下された場合、オンチップ抵抗器を通って降下された電圧は、より高い第2の電圧量を有する。低電力スイッチ検出回路内の特殊インバータ(special inverter)は、第1及び第2の電圧量の間の入力切替え閾値電圧を有する。オンチップ抵抗器を通って降下された電圧が特殊インバータの入力切替え閾値電圧を超過する場合、特殊インバータはスイッチ押下状態を表すディジタル値を有するディジタル信号を出力する。低電力スイッチ検出回路の特殊インバータは、あらゆる所望の温度、電圧、及びプロセス(process)状態にわたって、第1及び第2の電圧量の間で、適切にある入力切替え閾値電圧を有するような構成である。
一実施形態において、ディジタル信号は低域フィルタを通過され、少なくとも或る持続時間のスイッチ押下状態だけが、スイッチ押下状態を表すディジタル値を有するディジタル信号を生じる結果となる。低域フィルタは、携帯電話機のプリント回路基板上に配置され、スリープモードでは使用されないディスクリート・コンデンサを含む。低電力スイッチ検出回路のアナログ・マルチプレクサは、スリープモードにおいてこのディスクリート・コンデンサを低域フィルタへ結合し、ディスクリート・コンデンサが低域フィルタの一部分として機能できるようにする。
したがって、新規な低電力スイッチ検出回路は、集積回路がスリープモードにある間、及びウェイクモードでスイッチ押下状態を検出するために従来使用される回路(電圧調整器、カレントミラー、及びハウスキーパーADC)が動作不能にされている間に、スイッチ押下状態を検出する。
上記は概要であり、したがって、必要に応じて細部の簡約化、一般化、及び省略を含む。結果として、概要は例証に過ぎず、決して限定を意図したものではないことは当業者に理解されるであろう。ここで説明される装置及び/又はプロセスの他の態様、発明の特徴、及び利点は、特許請求の範囲のみによって定義されるように、ここに記載される非限定的な詳細な説明の中で明らかになるであろう。
図1は、新規な一態様に係る移動通信装置(例えば、携帯電話機)の簡単な概略図である。 図2(先行技術)は、携帯電話機の簡略図である。 図3は、図1の低電力スイッチ検出回路122のフィルタ150を示す図である。 図4は、図1の低電力スイッチ検出回路122のインバータ149を示す図である。 図5は、押しボタン115が押下されたときのVOUT電圧と、押しボタンが押下されないときのVOUT電圧との間で、インバータ149の入力切替え閾値電圧がどのように十分特定されるかを説明する表である。 図6は、新規な一態様に係る方法を説明する簡単なフローチャートである。
発明の詳細な説明
図1は、新規な一態様に係る移動通信装置100の簡単な概略線図である。プリント回路基板101は、移動通信装置100の本体内に配置されている。集積回路パッケージ102並びにディスクリート抵抗器103、2つのディスクリート・コンデンサ104及び105、及びアクセサリ・コネクタ(accessory connector)106は、プリント回路基板101上に配置されている。コネクタ106は、ヘッドセット/マイクロホン・アクセサリ107のような付属品(accessory)が、移動通信装置100へ取り外し可能に結合され得るように設けられる。
図1の例において、移動通信装置100は携帯電話機であり、コネクタ106はジャックである。ヘッドセット/マイクロホン・アクセサリ107のコード(cord)109の端部のプラグ108をジャック106へ差し込むことによって、携帯電話機は「ハンズフリー」で使用されることができる。携帯電話機100は、コード109内の2つのコネクタ(図示されず)上でヘッドセット/マイクロホン・アクセサリ107の対応するスピーカ(図示されず)から音声が放出されるように信号を駆動することができる。スピーカは音声を携帯電話機のユーザへ放出して、ユーザは携帯電話機での会話における他方の通話音声を聴くことができ、又は携帯電話機から出力された音楽又は他の音声を聴くことができる。
ユーザは、ヘッドセット/マイクロホン・アクセサリ107のマイクロホン110に向かって話すこともできる。ユーザがマイクロホン110に向かって話すと、コード109のマイクロホン導体111とコード109の共通接地導体112との間の実効抵抗値が変化する。1つの例において、マイクロホンは容量性ダイアフラム(capacitive diaphragm)を伴う型である。ユーザが話すと、ユーザの声における空気圧力波が容量性ダイアフラムを押下し、マイクロホンの2つの板の間の距離を変化させる。板の上の所与の電荷量のために、ノード(node)113への電圧出力が変化する。この電圧は電界効果トランジスタ(FET)素子114のゲートへ供給され、これにより容量性ダイアフラムが受けた空気圧力に対してFETのソース・ドレイン間の導電率を変化させる。FET素子114のドレインはマイクロホン導体111へ結合され、FET素子114のソースは接地導体112へ結合され、したがってプラグ108がジャック106へ差し込まれると、ジャック106の2つの接点間に、変化するソース・ドレイン間FET導電率が存在する。
ヘッドセット/マイクロホン・アクセサリ107は、また、ユーザが操作できる手動スイッチ115を含む。本例において、スイッチは押しボタンである。スイッチが押下された状態にないとき、スイッチは開状態である。しかしながら、ユーザがスイッチを押下すると、スイッチは閉じられる。スイッチはFET素子114と並列に接続されているため、スイッチ115が押下されると、マイクロホン導体111と接地導体112との間の抵抗はゼロオーム(zero ohm)であるか、ゼロオームに非常に近い。スイッチ115が押下されない場合、マイクロホン導体111と接地導体112との間の抵抗は、マイクロホンのFET素子114の、より高いソース・ドレイン抵抗である。
本例において、集積回路パッケージ102は、ある量のアナログ信号調整回路並びにディジタルベースバンドプロセッサ(digital baseband processor)を含む。アナログ信号調整回路は、アナログ集積回路116に集積される。ディジタルベースバンドプロセッサ回路は、ディジタルベースバンドプロセッサ集積回路117に集積される。図1に示すように、集積回路116及び117は共に同じ集積回路パッケージ102内に配置され、併せて移動局モデム(Mobile Station Modem:MSM)と呼んでもよい。
携帯電話機100は、高電力モード(ここでは「ウェイクモード」という)又は低電力モード(ここでは「スリープモード」という)で動作することができる。スリープモードは、「待ち受けモード」と呼ばれることもある。携帯電話機がウェイクモードにあるとき、「低電力モード」ディジタル信号(LPM)はディジタル低値(digital low value)を有する。しかしながら、携帯電話機がスリープモードにある場合、LPM信号はディジタル高値(digital high value)を有する。携帯電話機内の他の回路(図示されず)はLPM信号をアサート(assert)して、アナログ集積回路116を適切なモード(即ち、ウェイクモード又はスリープモードのいずれか)にする。
ウェイクモード動作
ウェイクモードでは、ユーザは携帯電話呼において通信するために携帯電話機を使用することができる。アナログ集積回路116内の回路は電力を与えられる。集積回路116内の回路は、電圧調整器118、電流源回路119、抵抗器120、及びハウスキーパーアナログ/ディジタルコンバータ(ADC)121を含む。また、集積回路116は、新規な低電力スイッチ検出回路122を含み、新規なアナログ・マルチプレクサ123を含む。
ウェイクモードでは、LPMが低いため電流源回路119が動作可能にされる。したがって、インバータ124はLPMB(low power mode “bar”(低電力モード「バー」))を強制的にディジタル高値にする。したがって、Pチャネルトランジスタ125は導通しない。したがって、カレントミラーのノード126はVDD供給導体127へショートされず、カレントミラーの2つの主なPチャネルトランジスタ128及び129がカレントミラーとして動作することができる。
差動増幅器130及びNチャネルトランジスタ131は、共同で電圧調整器118を形成する。信号LPMBは差動増幅器の動作可能入力リード線(lead)132へ供給される。LPMBはディジタル高であるため、差動増幅器は動作可能にされる。電圧調整器118は、調整された1.8ボルト(V)の電圧をパッケージ102の端子133へ供給する。この電圧は、しばしば「マイクロホン・バイアス電圧」又はMIC BIAS電圧と呼ばれる。MIC BIAS電圧は、ヘッドセット/マイクロホン・アクセサリ107のマイクロホンを適切にバイアスするために必要なバイアス電圧である。端子133は、「MIC BIAS」端子と呼ばれることもある。ディスクリート抵抗器103及びコード109の導体111と112との間のヘッドセット/マイクロホン・アクセサリ107の抵抗は、共同で抵抗分圧器を形成する。ヘッドセット/マイクロホン・アクセサリ107の抵抗の変化に伴って導体111と112との間の抵抗が変化し、分圧器の中央ノード134の電圧が変化する。
ウェイクモードにおいて、低電力モード(LPM)信号はディジタル低(digital low)である。したがって、アナログ・マルチプレクサ123の選択入力リード線へ供給されるLPMB信号は、ディジタル高(digital high)である。したがって、MIC2N端子135は、アナログ・マルチプレクサ123を介して差動増幅器(図示されず)の一方の入力リード線へ結合される。差動増幅器は、マイクロホンからのオーディオ入力信号を増幅及びバッファリング(buffer)する。MIC2P端子136は、差動増幅器の他方の入力リード線へ結合される。ユーザがマイクロホンに向かって話すと、MIC2N端子135及びMIC2P端子136の間に存在する電圧は、差動増幅器によって受信され、アナログ集積回路116に供給されるオーディオ入力信号である。
携帯電話機がウェイクモードでハンズフリーで使用されているとき、ユーザは電話呼の相手と通信するためにマイクロホンに向かって話してもよい。VDD供給電圧が2.7ボルトで、ディスクリート抵抗器103の抵抗が2.2(kΩ)である1つの例において、MIC BIAS端子133から流れる電流137は、温度にわたって360マイクロアンペア(μA)の最大DC量を有する。
携帯電話機がウェイクモードでハンズフリーで使用されているときに、ユーザが押しボタン115を押下したいこともある。押しボタン115の押下は携帯電話機によって検出され、所定の機能を実行するコマンドとして解釈される。一般的に、機能は、スイッチ押下事象が起こるときの携帯電話機の動作モードに依存する。例えば、ユーザが呼に参加しており、ユーザが押しボタン115を押下した場合、携帯電話機は、スイッチ押下を、呼を終了するコマンドとして解釈する。例えば、携帯電話機が鳴っており、ユーザが押しボタン115を押下した場合、携帯電話機は、スイッチ押下を、呼をピックアップするコマンドとして解釈する。図1の例において、押しボタン115が押下されると、押しボタン115はマイクロホンを有効にショートアウトし、コード109の導体111と112との間の抵抗は約ゼロオームへ降下する。MIC BIAS端子133と大地電位との間の総抵抗は2.2kオーム(kΩ)へ降下する。スイッチ押下事象中のMIC BIAS端子133から流れる電流137は、非スイッチ押下状態における電流フロー(flow)の約2倍である。
非スイッチ押下状態の電流とスイッチ押下状態の電流との間の差は次のように検出される。カレントミラー119は2つの脚(leg)を有する。第1の脚はPチャネルトランジスタ128のドレインである。第2の脚はPチャネルトランジスタ129のドレインである。トランジスタ128は、トランジスタ129の約4倍のサイズ(size)にされる。電流137は、カレントミラー119の第1の脚を介して鏡映される。カレントミラー119の動作に起因して、電流137の約1/4の大きさである鏡映された電流138がカレントミラーの第2の脚から供給される。この電流138は抵抗器120に導通され、ノード139上の対応する電圧に変換される。したがって、スイッチ押下状態の間のノード139上の電圧は、非スイッチ押下状態におけるノード139上の電圧のほぼ2倍である。ハウスキーパーADC121は、秒当たり約8回のA/D変換を実行し、ノード139上の電圧に大きな変化があるかどうかを判定する。大きな変化が検出された場合、ハウスキーパーADC121はスイッチ押下状態の表示をディジタルベースバンドプロセッサ集積回路117へ送る。スイッチ押下状態の表示はディジタル符号の形態で送られる。このディジタル符号は、端子140を介し、特定並列インタフェース(special parallel interface)141を通り、ディジタルベースバンドプロセッサ集積回路117の端子142へ伝達される。ディジタルベースバンドプロセッサ集積回路117がスイッチ押下情報をどのように使用するかは、実装によって特定される。上述したように、スイッチ押下情報は呼をピックアップする、又は呼を終了するコマンドとして解釈されてもよい。
上述したウェイクモードにおいて、新規な低電力スイッチ検出回路122は動作不能にされる。低電力モード信号LPMはディジタル低である。したがって、Pチャネルトランジスタ143は導通し、カレントミラーのPチャネルトランジスタ144及び145のゲートは、VDD供給電圧導体127へ結合される。Pチャネルトランジスタ144及び145及び抵抗器146は、カレントミラーを形成する。このカレントミラーは、トランジスタ144及び145のゲートがVDD供給電圧導体127へ結合されているため、動作不能にされる。トランジスタ145は導通せず、電流は抵抗器147を流れず、ノード148上の出力電圧VOUTはディジタル低である。インバータ149はディジタル高を出力する。このディジタル高信号は非インバータ低域フィルタ150を通過し、端子151上にディジタル高信号(押しボタン「バー」(push button “bar”)又はPBB)が存在する。このディジタル高信号は、導体152を通ってディジタルベースバンドプロセッサ集積回路117の端子153へ伝達される。ディジタルベースバンドプロセッサ集積回路117は、ウェイクモードの間、低電力スイッチ検出回路が動作不能にされているため、端子153上の信号を無視する。
スリープモード動作
スリープモードにおいて、電圧調整器118、カレントミラー119、及びハウスキーパーADC121は、電流消費を低減するため動作不能にされる。スリープモードの間、MIC BIAS端子133上の電圧は調整された電圧ではない。新規な一態様において、アナログ集積回路116はスリープモードでスイッチ押下状態を検出することができる。図1の例において、電圧調整器118、カレントミラー119、及びハウスキーパーADC121が動作不能にされているという事実にも拘わらず、スイッチ押下状態が検出される。図2の従来の回路では、携帯電話機201が能動的に使用されていないときに押しボタンスイッチ207の状態を監視することができるようにするためだけに、アナログ集積回路205の全体が周期的間隔でスリープモード動作を中断されなければならないのに対し、図1のアナログ集積回路116は、スリープモードの間に、電圧調整器118、カレントミラー119、及びハウスキーパーADC121の電力を上げることなく、押しボタン押下状態を検出することができる。
スリープモードにおいて、LPM信号はディジタル高であり、LPMB信号はディジタル低である。LPMB信号はカレントミラー119のPチャネルトランジスタ125へ供給される。Pチャネルトランジスタ125は導通し、これによってノード126をVDD供給導体127へ結合し、カレントミラー119を動作不能にする。Pチャネルトランジスタ129は導通せず、抵抗器120に電流は流れない。信号LPMBは、ハウスキーパーADC121の動作可能入力リード線へ供給される。したがって、ハウスキーパーADC121は同様に動作不能にされる。LPMB信号は、電圧調整器118の差動増幅器132の動作可能入力リード線へ供給される。したがって、電圧調整器118は動作不能にされる。電圧調整器118のトランジスタ131は導通しない。
しかしながら、低電力スイッチ検出回路122は、信号LPMがディジタル高であるため、動作可能にされる。Pチャネルトランジスタ143は導通せず、トランジスタ144及び145のゲートをVDD供給導体127へ結合していない。カレントミラー(トランジスタ144及び145及び抵抗器146を含む)は動作可能にされる。カレントミラーは2つの脚を有する。第1の脚はトランジスタ144のドレインである。第2の脚はトランジスタ145のドレインである。MIC BIAS端子133から流れる電流137は、今度は低電力スイッチ検出回路122内のカレントミラーの第1の脚から供給される。スリープモードにおけるこの電流137のこの量は、更に詳細に後述するように、温度、供給電圧、プロセスに依存して変動する。電流137は、抵抗器103を通り、ヘッドセット/マイクロホン・アクセサリ107を介して、大地電位へ流れる。温度、供給電圧、及びプロセスの状態の所与のセットにおいて、押しボタン115が押下されると、電流137は増加する。低電力スイッチ検出回路122のカレントミラーの第1の脚から流れる電流137は鏡映され、鏡映された電流154はカレントミラーの第2の脚から抵抗器147を通って大地電位へ流れる。電流154は、抵抗器147によってノード148上の対応する電圧VOUTへ変換される。したがって、温度、供給電圧、及びプロセス状態の所与のセットにおいて、押しボタン115が押下されると電圧VOUTは増加する。インバータ149の入力切替え閾値電圧は、押しボタン115が押下されないときの状態におけるノード148上の電圧と押しボタン115が押下されたときのノード148上の電圧との間である。したがって、インバータ149の出力は、押しボタン115が押下された場合ディジタル低であり、押しボタン115が押下されない場合ディジタル高である。インバータ149からのディジタル信号出力は、非反転低域フィルタ150を通過して端子151に達する。
図3は、非反転低域フィルタ150の回路図である。トランジスタ300〜303は弱プルアップ(weak pullup)回路304を形成し、Nチャネルトランジスタ307が導通せず、アナログ・マルチプレクサ123が低電力スリープモードでMIC2N端子135をノード305へ結合すると仮定すると、弱プルアップ回路304は数百ミリ秒(msec)以内でノード305を大地電位からインバータ306の閾値電圧へ充電することができる。フィルタのキャパシタンスは0.1マイクロファラッド(μF)の外部コンデンサ105によって提供される。コンデンサ105は2つの阻止コンデンサ105及び104の1つである。これらのコンデンサは、ヘッドセット/マイクロホン・アクセサリ107の導体111及び112を入力端子MIC2P及びMIC2Nへ結合するために使用され、マイクロホン・オーディオ信号がアナログ集積回路116内へ通ることができるようにする。図2の従来の回路において、阻止コンデンサ(blocking capacitor)211及び212はスリープモードでは使用されない。しかしながら、図1の回路において、信号LPMBはディジタル低であり、アナログ・マルチプレクサ123の選択入力リード線へ供給される。したがって、アナログ・マルチプレクサ123はMIC2N端子135をRCフィルタ150の残りへ結合し、コンデンサ105がフィルタ150のコンデンサとして機能する。
押しボタン115が押下されると、ノード148上の電圧VOUTは、前に説明したように、非常に長い時間、非常に大きな電圧へ上昇する。この例における非常に長い時間とは、約2百ミリ秒よりも長い。インバータ149(図1を参照)はディジタル低値を出力する。CMOSインバータ308内のトランジスタは、インバータ308が約0.9ボルトの低い入力切替え閾値電圧を有するようなサイズである。インバータ308はディジタル高を出力し、インバータ309はディジタル低を出力する。したがって、ディジタル論理低(digital logic low)は、Nチャネルトランジスタ307のゲート上にあり、Nチャネルトランジスタ307は導通しない。この状態が持続する場合、弱プルアップ回路304はノード305を大地電位からインバータ306の入力切替え閾値電圧まで充電する。インバータ306の入力切替え閾値電圧はおよそ1.8ボルトである。インバータ306はディジタル論理低を端子151へ出力する。端子151上のフィルタリング(filter)されたディジタル低論理レベル(level)信号は、導体152上を通ってディジタルベースバンドプロセッサ集積回路117の端子153へ供給される。したがって、押しボタンの押下がスリープモードで起こった場合、端子151上に存在する「押しボタンバー」信号(PBB)はディジタル低値を有し、そうでなければ、スリープモードにおいて、端子151上のPBBディジタル信号はディジタル高値を有する。1つの例において、ディジタルベースバンドプロセッサ集積回路117の端子153は、エッジ感知(edge sensitive)割込み入力端子である。
押しボタン115が十分長い時間の間押下されない場合、Nチャネルプルダウン(pulldown)トランジスタ307は、インバータ306の入力リード線上の電圧がインバータ306の入力切替え閾値電圧に達する前に再び導通する。Nチャネルトランジスタ307は弱プルアップ回路304に打ち勝ってコンデンサ105を放電し、ノード305が再び接地される。Nチャネルトランジスタ307は、ノード305がインバータ306の閾値電圧まで充電できるほど十分長く導通していたわけではないので、インバータ306は切り替わらず、端子150はディジタル論理低信号で駆動されることはない。端子151がディジタルベースバンドプロセッサ集積回路117のエッジ感知割込み入力端子へ結合される場合、割込み状態は生成されない。
インバータ149
低電力スイッチ検出回路122の上述した説明において、温度、供給電圧、及びプロセス状態の所与のセットを仮定し、インバータ149が、押しボタン115が押下されないときの状態におけるノード148上の電圧と押しボタン115が押下されたときのノード148上の電圧との間の入力切替え閾値を有することを述べた。しかしながら、図1の回路は、温度、供給電圧、及びプロセス状態の1つのセットのみにおいて適切に動作するわけではない。この回路は、セ氏マイナス20度からセ氏プラス40度の温度範囲、2.5ボルトから2.7ボルトのVDD供給電圧範囲、及び低速(SLOW)から高速(FAST)までの通常の半導体製造プロセス変動にわたって適切に動作するものである。押下及び非押下状態で抵抗器147を通って生じる電圧は、通常の論理インバータの閾値電圧があらゆる動作状態において適切に押下電圧と非押下電圧との間にあるわけではないような温度、電圧、及びプロセスにわたって変動するため、インバータ149を通常の相補型金属酸化膜半導体(CMOS)論理インバータとして実現すると、これらの温度、供給電圧、及びプロセス変動範囲でうまく働かない虞がある。温度、電圧、及びプロセスにわたる押下及び非押下電圧の変動は、多数の要因に起因する。このような要因の中には、トランジスタ144及び145の閾値電圧の変動が含まれ、抵抗器147の抵抗の変化が含まれる。抵抗器147は、10kオームの公称抵抗のオンチップ多結晶シリコン抵抗器であるが、抵抗器147の実際の抵抗は、プロセスにわたって、約7.6kオームから約12.6kオームまでの範囲で大幅に変動する。適切なインバータ149を設計するために、抵抗器147を通って生じる電圧が導き出される。
カレントミラー内でダイオード接続(diode−connected)トランジスタとして接続されたPMOS素子において、PMOS素子のドレインがオフチップ(off−chip)抵抗器Rを介して接地されたときの飽和電流の式は、次のとおりである。
Figure 2009545260
(式1)
SGはソース・ゲート間電圧である。VTPはPチャネルトランジスタの閾値電圧である。Kは(Wμox)/2Lである。式の右辺を求めると、次式を生じる。
I=K(I−2IRVEFF+VEFF ) (式2)
両辺をKで除算し、両辺からI/Kを減算すると、次式を生じる。
Figure 2009545260
(式3)
a=R、b=−(2RVEFF+1/K)、c=(VEFFであるときの二次式を使用すると、次式を生じる(シミュレーション観察(simulation observation)結果に基づいて、+/−からマイナス符号が選ばれる)。
Figure 2009545260
(式4)
Pチャネルトランジスタ145が、幅対長さ(即ち、W/L)の十分大きな比を有する場合、項1/Kは無視することができる。いくつかの台数計算段階(algebraic step)を省略すると、次式を生じる。
Figure 2009545260
(式5)
この動作に使用される前の式におけるRがオフチップであり、電流IがRONCHIPを通って、比較に使用されるオンチップ電圧VOUTを生じるとすると、ノード148上の電圧VOUTは次式のようになる。
Figure 2009545260
(式6)
ONCHIPは抵抗器147の抵抗である。ROFFCHIPは抵抗器103の抵抗である。式6から、電圧VOUT(ノード148上の電圧)とMOSプロセスコーナー(process corner)、温度、及び抵抗器147の抵抗(RONCHIP)における変動との間のはっきりとした依存性が明白である。動作の第1の極値(−40℃、高速抵抗器、低速MOSプロセス)において、ノード148上の電圧VOUTは、押しボタン115が押下されていないとき約0.6〜0.7ボルトであり、押しボタン115が押下されたとき約1.3ボルトである。動作の第2の極値(20℃、低速抵抗器、高速MOSプロセス)において、ノード148上の電圧VOUTは、押しボタン115が押下されていないとき約1.0〜1.4ボルトであり、押しボタン115が押下されたとき約2.3ボルトである。1.4ボルトが第2の極値における非押下電圧に使用された場合、2つの押下/非押下電圧範囲は重複しない。式6におけるVOUTの変動の大部分がオンチップ抵抗器147の抵抗の変動に起因し、通常のCMOSインバータの閾値がオンチップ抵抗器の抵抗変化をトラッキングしないと仮定すれば、通常のCMOS論理インバータは、プロセスコーナーにわたってFET114の低抵抗状態から押しボタン押下状態を弁別できない可能性が高い(例えば、マイクロホンへ受信される高振幅圧力波に起因して)。
図4は、図1のインバータ149の1つの例の概略図である。ノード400はインバータ149の入力リード線である。ノード401はインバータ149の出力リード線である。第1の段402は、Pチャネルプルアップトランジスタ403、多結晶シリコン抵抗器404、及びNチャネルプルダウントランジスタ405を含む。第2の段406及び第3の段407は、切替え閾値電圧がVDD/2に設定された通常のCMOS論理インバータである。第2及び第3の段は、インバータ149全体の切替え特性を強化するために設けられる。インバータ149の第1の段402は、図1の抵抗器147の抵抗の増加に伴って増加する入力切替え閾値電圧Vを有する。入力切替え閾値電圧Vは、次のようにして導出される。
インバータ149の閾値電圧は、抵抗器147を通る電圧となるように設定される。この電圧は、図4の第1の段402によって出力される電圧VをVDD/2に等しくする。この電圧の導出は、
=IPMOSONCHIP (式7)
は、VDD/2になるように設定される。
Figure 2009545260
(式8)
(図1のインバータ149の入力切替え閾値電圧)について解くと、次式を生じる。
Figure 2009545260
(式9)
式9は、RONCHIP(抵抗器147の抵抗)の変動によるVの変動が約150ミリボルト(mV)であることを示す。この変動は、1.4ボルトの公称Vに関する変動である。他の公称TVP状態においては、RONCHIPが10kオームの公称値から12.6kオームの抵抗まで増加すると、インバータ149の入力切替え閾値電圧Vは約1.55ボルトの公称Vから約1.61ボルトのVまで僅かに増加する。式9から、入力切替え閾値電圧Vは、或る程度、VTP及びKをトラッキングすることも分かる。VTPが増加するとVは減少する。Kが増加するとVは増加する。さらに、VDDが増加するとV及びVOUTは相互を全く密接にトラッキングする。しかしながら、式9の関係は簡略化されたものである。温度、電圧、及びプロセスに対するVの変化のより正確な特徴付けは、回路シミュレーションプログラム(例えば、SPICE)を使用することによって、及び/又は回路を製造し、異なる動作状態で回路の性能をテストすることによって行われる。
図5は、TVP状態の一方の極値、公称TVP状態の1つのセット、及びTVP状態の他方の極値におけるインバータ149の入力切替え閾値電圧Vを示す表である。最適閾値電圧は、極値状態1におけるよりも極値状態2において0.47ボルト高い(1.71ボルト−1.24ボルト)。実際の入力切替え閾値電圧Vは、極値状態1におけるよりも極値状態2において0.14ボルト高い(1.52ボルト−1.38ボルト)。
図1の特定の実施形態におけるコンポーネントのサイズ決定は、以下の項目1から9のように実行されてもよい。
(1)押しボタンが押下されていないときのマイクロホンを通る最大電流は、実験によって決定される。この値は、図1の実施形態で360マイクロアンペアであった。
(2)次に、押しボタン115が押下されたときの電流137の最大可能量が決定される。押しボタン115の抵抗はゼロオームであるとする。押しボタンが押下されたときの最大可能電流137は、抵抗器103の抵抗によって分圧された最大VDD供給電圧へ近似されてもよい。VDDが2.5ボルトから2.7ボルトへ変動し、外部のディスクリート抵抗器103の抵抗が2.2kオームである場合、押しボタン115が押下されたときの最大電流137は約1.136ミリアンペアである。
(3)しかしながら、項目2の簡略化は、完全に正確というわけではない。なぜなら、VDD供給導体127と抵抗器103の間の電流通路には、ダイオード接続Pチャネルトランジスタ144が存在するからである。また、実装の細部によっては、ダイオード接続Pチャネルトランジスタ144と抵抗器103との間に追加のオンチップスイッチ及び経路抵抗があってもよい。ダイオード接続Pチャネルトランジスタ144は、典型的には、VGS=VTP+100mVの電圧降下を有する。ここで、VGSはゲート・ソース間電圧であり、VTPはPチャネルトランジスタ144の閾値電圧である。得られる最大電流137(押しボタン115が押下されたとき)は、(VDD−VGS)/2.5kオームで与えられる。2.5kオームは、抵抗器103の2.2kオームと追加のオンチップ抵抗分として計算に含められる追加の300オームとを合わせたものである。したがって、押しボタン115が押下されたときの最大電流137は、2.7ボルトのVDD供給電圧について約840マイクロアンペアである。この電流は項目1の実験によって決定された押しボタン115が押下されないときの最大電流のおよそ2倍である。
(4)次に、ダイオード接続Pチャネルトランジスタ144は、過電圧VGS−Vを最小にするように、できるだけ大きいサイズにされる。鏡映Pチャネルトランジスタ145は、トランジスタ144の1/4のサイズにされる。これは、電流消費を低減し、同時にトランジスタ144との良好なマッチング特性を維持するためである。
(5)抵抗器147は、押しボタン115が押下されたときのノード148上の電圧が、プロセスコーナー及び温度にわたって高々VDD−0.1ボルトであるようなサイズにされる。これにより、押しボタンが押下されたときの状態と押しボタンが押下されないときの状態との間のノード148上の電圧の間隔が最大になる。押しボタンが押下されたときの最大電流は、押しボタンが押下されないときの電流の約2倍であることを想起されたい。このように、2つのレベル間の絶対差は、押しボタンが押下されたときの最大電流が最大のとき最大となる。
(6)Pチャネルトランジスタ144及び145がサイズを決定された後、及び抵抗器147がサイズを決定された後、回路は典型的な(公称)温度、電圧、及びプロセス状態でシミュレートされる。ノード148上の電圧は、押しボタン115が押下されたとき及び押下されないときのシミュレーションによって決定される。2つの電圧間の中間電圧が、公称コーナーについてインバータ149の最適入力切替え閾値電圧として決定される。
(7)抵抗器404は、幾分高い抵抗を有するように、及びこの抵抗が抵抗器147の抵抗の整数倍であるようにサイズを決められる。これにより、2つの抵抗器404及び147間の良好なマッチング特性が保証される。図4の例において、抵抗器147は約100kオームの抵抗を有する。
(8)Nチャネルトランジスタ405の幅及び長さの寸法は、Nチャネルトランジスタ405を通る漏れ電流が抑制され、且つNチャネルトランジスタ405の特性がインバータ149の閾値電圧に影響を与えないように選ばれる。図4の例において、Nチャネルトランジスタ405は幅6ミクロン及び長さ0.4ミクロンである。
(9)Pチャネルトランジスタ403の幅対長さの比は、上記の項目6で決定された入力切替え閾値電圧が、典型的な温度、電圧、及びプロセス状態のもとで得られるように決定される。Pチャネルトランジスタ403の長さは、トランジスタがリソグラフィ誤差によって受ける絶対変動が最小となるように長くなるように選択される。図4の例において、Pチャネルトランジスタ403は、幅25ミクロン及び長さ10ミクロンである。
図6は、新規な一態様に係る方法を示す簡単なフローチャートである。菱形500は、アナログ集積回路116を低電力スリープモード(第1の動作モード)又は高電力ウェイクモード(第2の動作モード)にする動作を表す。図1の実施形態において、ディジタル信号LPMはディジタル論理高値へアサートされてアナログ集積回路116をスリープモードにし、信号LPMはディジタル論理低値へデアサート(desassert)されてアナログ集積回路116をウェイクモードにする。
ブロック501は、ウェイクモード(第2の動作モード)において、集積回路116の電圧調整器118が動作可能にされ、調整された電圧をMIC BIAS端子133へ供給するために使用されることを示す。スイッチ115が閉じられると、MIC BIAS端子133からの電流フローの量は閾値電流を超過し、ノード139上の電圧は対応する閾値電圧を超過する。図1の特定の回路において、このスイッチ閉状態はハウスキーパーADC121によって検出され、スイッチ閉状態を示すディジタル符号がアナログ集積回路116から端子140を経由してディジタルベースバンドプロセッサ集積回路117へ出力される。
ブロック502は、スリープモード(第1の動作モード)において、電圧調整器118が動作不能にされることを示す。低電力スイッチ検出回路122は動作可能にされ、上述したように、集積回路からMIC BIAS端子133を通る電流通路に電流を供給する。MIC BIAS端子133上の電圧は調整されていない。スイッチ115が閉じられている場合、電流は閾値電流を超過する。低電力スイッチ検出回路122はディジタル信号を生成する。このディジタル信号は、電流が閾値電流を超過する場合第1のディジタル値を有し、電流が閾値電流を超過しない場合第2のディジタル値を有する。図1の特定の回路において、「押しボタンバー」PBBディジタル信号はアナログ集積回路116から端子151を経由してディジタルベースバンドプロセッサ集積回路117へ出力される。したがって、集積回路116は、集積回路116が低電力スリープモードにある間、スイッチ閉状態を検出及び報告する。集積回路116は、電圧調整器118、及び/又は電流源119、及び/又はハウスキーパーADC121が動作可能にされることなく、上記の検出及び報告を行う。
或る特定の実施形態が、説明を目的として上述したが、この特許文書の教示内容は一般的適用性を有し、上述した特定の実施形態へ限定されない。したがって、記載された特定の実施形態の様々な変更例、適応例、及び様々な特徴の組み合わせが、以下に記載する特許請求の範囲から逸脱することなく実施され得る。

Claims (22)

  1. (a)集積回路の第2の動作モードにおいて、電圧調整器を使用して、調整された電圧を、前記集積回路のマイクロホン・バイアス(MIC BIAS)端子へ供給することと;
    (b)前記集積回路の第1の動作モードにおいて、前記電圧調整器を動作不能状態に維持し、前記集積回路から前記MIC BIAS端子を介して電流通路に第1の電流を供給することと;
    (c)前記集積回路の前記第1の動作モードにおいて、ディジタル信号を生成することと、なお、前記第1の電流が閾値電流を超過する場合は、前記ディジタル信号は第1のディジタル値を有し、前記第1の電流が前記閾値電流を超過しない場合は、前記ディジタル信号は第2のディジタル値を有する;
    を備える方法。
  2. 前記第2の動作モードはウェイクモードであり、前記第1の動作モードはスリープモードである、請求項1に記載の方法。
  3. 前記集積回路は、第1のカレントミラーと、第1の抵抗器と、インバータとを備え、前記第1のカレントミラーは第1の脚及び第2の脚を有し、前記第1の脚は前記MIC BIAS端子へ結合され、前記第2の脚は前記第1の抵抗器及び前記インバータの入力リード線へ結合され、前記第1のカレントミラーは前記第1の脚を介して前記電流通路及び前記MIC BIAS端子へ前記第1の電流を供給し、前記カレントミラーは前記第1の電流を鏡映して、第1の鏡映された電流が前記第1の抵抗器を流れて第1の電圧を生成し、前記第1の電圧は前記MIC BIAS端子を介して流れる前記第1の電流の量を表し、前記第1の電圧は前記インバータの前記入力リード線の上に存在する、請求項1に記載の方法。
  4. 前記電圧調整器は前記第2の動作モードで動作可能にされ、前記第1の動作モードで動作不能にされ、前記第1の電流は(b)において前記第1の動作モードで前記集積回路から供給され、前記第2の動作モードで前記集積回路から供給されない、請求項1に記載の方法。
  5. 前記第1の電流が(b)において前記電流通路へ流れるとき前記集積回路の前記マイクロホン・バイアス(MIC BIAS)端子の上に電圧が存在し、前記電圧は、調整されていない電圧である、請求項1に記載の方法。
  6. 前記第2の動作モードにおいて、前記電圧調整器は動作可能にされたとき前記MIC BIAS端子から流れる第2の電流の量を示すマルチビットディジタル値を生成することを更に備え、
    前記マルチビットディジタル値の生成は、
    第2の抵抗器を通る前記第2の電流を鏡映し、第2の鏡映された電流が前記第2の抵抗器を流れて第2の電圧を生成することと;
    アナログ/ディジタルコンバータ(ADC)を使用して前記第2の電圧を前記マルチビットディジタル値へ変換することと、なお、前記第2の抵抗器及び前記ADCは前記集積回路の一部である;
    を備える、請求項1に記載の方法。
  7. 前記集積回路は携帯電話機の一部である、請求項1に記載の方法。
  8. マイクロホン・アクセサリの第1の導体を、抵抗器を経由して前記集積回路の前記MIC BIAS端子へ結合することと、なお、前記マイクロホン・アクセサリは第2の導体及び手動可能なスイッチを更に含む;
    前記マイクロホン・アクセサリの前記第2の導体を前記集積回路の他の端子へ結合することと;
    前記第1の動作モードで前記手動可能なスイッチの押下を検出し、前記検出に応答して(c)で前記ディジタル信号が前記第1のディジタル値を有するように前記ディジタル信号を生成することと;
    を更に備える、請求項1に記載の方法。
  9. 前記集積回路は、前記マイクロホン・アクセサリが前記集積回路へ結合されたとき、及び前記集積回路が前記第1の動作モードで動作しているとき、前記マイクロホン・アクセサリ上の手動可能スイッチの押下を検出するように適応される、請求項1に記載の方法。
  10. 前記第1の抵抗器は抵抗を有し、前記インバータは前記第1の抵抗器の前記抵抗をトラッキングする入力切替え閾値電圧を有する、請求項3に記載の方法。
  11. 前記第2の動作モードにおいて、前記集積回路の一部ではないコンデンサを使用してマイクロホン・アクセサリを前記集積回路の端子へAC結合することと;
    前記第1の動作モードにおいて、前記コンデンサを低域フィルタの一部として使用し、前記低域フィルタは前記第1の動作モードで前記ディジタル信号を低域フィルタリングするように機能することと、
    を更に備える、請求項1に記載の方法。
  12. 端子と;
    第1の動作モードで動作不能にされ、第2の動作モードで動作可能にされる電圧調整器と、なお、前記電圧調整器は、動作可能にされたとき、調整された電圧を前記端子に供給する;
    入力リード線及び出力リード線を有する低電力スイッチ検出回路と、なお、前記第1の動作モードにおいて、前記低電力スイッチ検出回路は、前記端子を介して集積回路からの電流を供給し、前記電流が閾値電流を超過するかどうかを検出し、前記電流が前記閾値電流を超過することを検出した場合、第1のディジタル論理値を前記出力リード線上に出力し、前記電流が前記閾値電流を超過しないことを検出した場合、第2のディジタル論理値を前記出力リード線上に出力し、前記電流が前記第1の動作モードで前記集積回路から流れるとき、調整されてない電圧が前記端子上に存在する;
    を備える回路。
  13. 前記低電力スイッチ検出回路は、
    抵抗器と;
    第1の脚及び第2の脚を有するカレントミラーと、なお、前記第1の脚は前記カレントミラーが前記第1の動作モードで前記集積回路から前記端子を介して流れる前記電流を供給できるように前記端子へ結合され、前記第2の脚は前記抵抗器を介して鏡映された電流を供給するように結合される;
    を備える、請求項12に記載の回路。
  14. 前記低電力スイッチ検出回路は、
    入力リード線を有する電圧検出回路を更に備え、前記入力リード線は前記抵抗器へ結合される、請求項13に記載の回路。
  15. 前記低電力スイッチ検出回路は、
    入力リード線及び出力リード線を有する低域フィルタを更に備え、前記低域フィルタの前記入力リード線は前記電圧検出回路の出力リード線へ結合される、
    請求項14に記載の回路。
  16. 前記端子、前記電圧調整器、及び前記低電力スイッチ検出回路は、集積回路の一部である、請求項12に記載の回路。
  17. 前記第1の動作モードはスリープモードであり、前記集積回路は通信装置の一部であり、前記通信装置は手動可能なスイッチを含み、前記低電力スイッチ検出回路は前記手動可能なスイッチが前記スリープモードで閉じられたときの状態を検出する、請求項16に記載の回路。
  18. 前記集積回路は他の回路を含み、前記他の回路は、前記手動可能なスイッチが前記第2の動作モードで閉じられたときの状態を検出する、請求項17に記載の回路。
  19. マイクロホンと、手動可能なスイッチと、導体とを含むマイクロホン・アセンブリへ結合するように適応された回路であって、
    前記マイクロホン・アセンブリの前記導体へ取り外し可能に結合できる端子と;
    調整された電圧を第2の動作モードで前記端子へ供給し、前記マイクロホン・アセンブリの前記スイッチが閉じられたときの状態を前記第2の動作モードで検出する手段と;
    第1の動作モードで、前記端子上の電圧が調整されない電圧であるように電流を前記端子に供給する手段と、なお、前記電流を供給する手段は、前記マイクロホン・アセンブリ上の前記スイッチが閉じられたとき、前記第1の動作モードの状態を検出する;
    を備える回路。
  20. 前記端子、前記第2の動作モードで前記調整された電圧を供給する前記手段、及び前記第1の動作モードで前記電流を供給する前記手段は、集積回路の一部である、請求項19に記載の回路。
  21. 前記第2の動作モードはウェイクモードであり、前記第1の動作モードはスリープモードである、請求項19に記載の回路。
  22. 前記調整された電圧は、前記マイクロホン・アセンブリの前記マイクロホンをバイアスする電圧である、請求項19に記載の回路。
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