KR101459831B1 - 저왜곡 용량성 신호 소스 증폭기를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따르면, 방법은 용량성 신호 소스에 의해 제공된 신호를 증폭하여 증폭된 신호를 형성하는 단계와, 증폭된 신호의 피크 전압을 검출하는 단계와, 피크 전압의 검출에 응답하여 용량성 신호 소스의 출력에 연결된 제어 가능한 임피던스를 조정하는 단계를 포함한다. 제어 가능한 임피던스는 검출된 피크 전압에 반비례하는 값으로 조정된다.

Description

저왜곡 용량성 신호 소스 증폭기를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR LOW DISTORTION CAPACITIVE SIGNAL SOURCE AMPLIFIER}
본 발명은 일반적으로 반도체 회로 및 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 저왜곡 용량성 신호 소스용 증폭기에 관한 것이다.
오디오 마이크로폰은 휴대폰, 디지털 오디오 레코더, 퍼스널 컴퓨터 및 원격 회의 시스템과 같은 다양한 소비자 용례에서 통상적으로 사용된다. 특히, 저가의 일렉트레트 콘덴서 마이크로폰(electret condenser microphone: ECM)이 대량 생산된 비용 민감 용례에서 사용된다. ECM 마이크로폰은 통상적으로 사운드 포트 및 전기 출력 단자를 갖는 소형 패키지 내에 장착되는 일렉트레트 재료의 필름을 포함한다. 일렉트레트 재료는 다이어프램에 부착되거나 다이어프램 자체를 구성한다. 대부분의 ECM 마이크로폰은 휴대폰과 같은 타겟 용례 내의 오디오 프론트 엔드 증폭기에 인터페이스될 수 있는 전치증폭기를 또한 포함한다. 다른 유형의 마이크로폰은 압력 감응 다이어프램이 집적 회로 상에 직접 에칭됨에 따라 구현될 수 있는 마이크로전기기계 시스템(MEMS) 마이크로폰이다.
환경 음압 레벨은 매우 큰 동적 범위에 걸친다. 예를 들어, 인간 청각의 임계치는 약 0 dBSPL이고, 대화 음성은 약 60 dBSPL이고, 반면에 50 m 이격된 제트 항공기의 사운드는 약 140 dBSPL이다. MEMS 마이크로폰과 같은 마이크로폰의 다이어프램은 고강도 음향 신호를 견디고 이들 고강도 음향 신호를 전자 신호로 신뢰적으로 변환하는 것이 가능할 수 있지만, 이러한 고레벨 신호를 취급하는 것은 몇몇 어려움을 제기한다. 예를 들어, 음향 마이크로폰을 위한 다수의 증폭기 및 전치증폭기는 특정 동적 범위에 대해 최적화된다. 이와 같이, 이들 시스템은 상당한 왜곡을 추가하지 않고 전체 오디오 범위를 처리하는 것이 가능하지 않을 수 있다.
실시예에 따르면, 방법은 용량성 신호 소스에 의해 제공된 신호를 증폭하여 증폭된 신호를 형성하는 단계와, 증폭된 신호의 피크 전압을 검출하는 단계와, 피크 전압의 검출에 응답하여 용량성 신호 소스의 출력에 연결된 제어 가능한 임피던스를 조정하는 단계를 포함한다. 제어 가능한 임피던스는 검출된 피크 전압에 반비례하는 값으로 조정된다.
본 발명의 하나 이상의 실시예의 상세가 첨부 도면 및 이하의 설명에 설명되어 있다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 장점은 상세한 설명 및 도면으로부터 그리고 청구범위로부터 명백할 것이다.
본 발명 및 그 장점의 더 완전한 이해를 위해, 첨부 도면과 관련하여 취한 이하의 설명이 이제 참조된다.
도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 증폭기 집적 회로(IC)를 도시하는 도면.
도 2a 내지 도 2b는 스위칭 가능한 캐패시터 감쇠기를 사용하는 본 발명의 실시예에 따른 증폭기 개요를 도시하는 도면.
도 3a 내지 도 3d는 가변 저항 감쇠기를 사용하는 본 발명의 실시예에 따른 증폭기 개요 및 주파수 응답 플롯을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시스템을 도시하는 도면.
도 5a 내지 도 5c는 실시예의 제로 교차 검출기, 피크 검출기 및 2-위상 클럭 타이밍 다이어그램을 도시하는 도면.
도 6a 내지 도 6b는 가변 마이크로폰 바이어스를 사용하는 본 발명의 실시예에 따른 증폭기 개요를 도시하는 도면.
도 7a 내지 도 7d는 실시예의 마이크로폰 바이어스 회로의 개요 및 타이밍 다이어그램을 도시하는 도면.
본 발명의 바람직한 실시예의 구성 및 사용이 이하에 상세히 설명된다. 그러나, 본 발명은 광범위한 특정 환경에서 실시될 수 있는 다수의 적용 가능한 발명적 개념을 제공한다는 것이 이해되어야 한다. 설명된 특정 실시예는 단지 본 발명의 구성 및 사용을 위한 특정 방식의 예시일 뿐이고, 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.
본 발명은 특정 환경에서, 즉 MEMS 또는 일렉트레트 콘덴서 마이크로폰(ECM)과 같은 용량성 신호 소스용 증폭기의 실시예를 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 오디오 시스템, 통신 시스템, 센서 시스템 및 고임피던스 신호 소스에 인터페이스하는 다른 시스템과 같은 다른 유형의 회로 및 시스템에 또한 적용될 수 있다.
실시예에서, 증폭기는 증폭기로의 입력에서 신호 레벨을 자동으로 조정함으로써, 마이크로폰과 같은 용량성 신호 소스의 큰 동적 범위를 유지한다. 몇몇 실시예에서, 입력 신호 레벨은 증폭기의 입력에 연결된 임피던스를 조정함으로써 제어된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 입력 레벨은 증폭기의 입력에 연결된 캐패시턴스를 제어함으로써 조정된다. 다른 실시예에서, 입력 레벨은 증폭기의 입력에 연결된 저항기를 제어함으로써 조정되고, 이는 조정 가능한 고역 통과 네트워크를 초래한다. 대안적으로, 다른 임피던스 유형이 증폭기로의 입력에서 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 입력 레벨은 용량성 센서로 바이어스 소스를 조정함으로써 제어되는데, 이는 용량성 센서 자체의 음향 대 전기 신호 이득을 조정한다.
몇몇 실시예에서, 마이크로폰 또는 용량성 센서 신호 레벨은 피크 검출기를 사용하여 증폭기 스테이지의 출력에서 감지된다. 입력 신호의 진폭은 이어서 증폭기 스테이지의 출력이 피크 검출기에 의해 결정된 피크값보다 작을 때까지 조정된다. 몇몇 실시예에서, 입력 신호의 진폭은 제로 교차 검출기가 입력 신호의 제로 교차 또는 증폭된 입력 신호를 검출할 때 조정된다.
도 1a는 마이크로폰(102)이 IC(100) 상에 반드시 포함되는 것은 아니라는 것을 지시하기 위해 점선으로 도시되어 있는, MEMS 마이크로폰(102)에 연결되도록 구성된 실시예의 증폭기 집적 회로(IC)(100)를 도시한다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 마이크로폰(102)은 또한 IC(100) 상에 포함될 수도 있다. 대안 실시예에서, ECM 마이크로폰과 같은 다른 마이크로폰 유형 또는 다른 유형의 용량성 센서 회로가 MEMS 마이크로폰(102) 대신에 사용될 수 있다.
IC(100)는 감쇠기(106), 증폭기(108), 피크 검출기(110), 제어기(112) 및 바이어스 발생기(104)를 갖는다. 증폭기(108)는 입력 패드(114)를 경유하여 IC(100)에 연결된 MEMS 마이크로폰(102)의 출력을 증폭하는 하나 이상의 스테이지를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 증폭기(108)는 예를 들어 2011년 7월 14일 출원된 발명의 명칭이 "용량성 신호 소스 증폭기용 시스템 및 방법(System and Method for Capacitive Signal Source Amplifier)"인 계류중인 미국 출원 제 13/183,193호에 설명된 바와 같이 구현될 수 있다. 대안적으로, 증폭기(108)는 당 기술 분야에 공지된 기술에 따라 구현될 수 있다. 실시예에서, 증폭기(108)는 출력 패드(118)에 증폭기 마이크로폰 신호를 출력한다. 대안적으로, 증폭기 출력 신호는 패드에 연결되지 않지만, 내부에서 사용된다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 아날로그-디지털(A/D) 컨버터가 출력 증폭기(108)를 디지털 도메인으로 변환하는데 사용된다.
피크 검출기(110)는 증폭기(108)의 출력에서 피크 신호를 검출하고, 제어기(112)는 피크 검출기(110)의 출력에 따라 감쇠기(106)를 설정한다. 몇몇 실시예에서, 감쇠기(106)는 증폭기(108)의 입력에 연결된 가변 임피던스로서 구현된다. 일 실시예에서, 이하에 설명되는 바와 같이, 감쇠기(106)는 스위칭 가능한 캐패시터 어레이를 사용하여 구현된 가변 캐패시턴스이다. 다른 실시예에서, 감쇠기(106)는 이하에 또한 설명되는 바와 같이, 스위칭 가능한 저항기를 사용하여 구현된 가변 저항기이다.
몇몇 실시예에서, 예를 들어 MEMS 마이크로폰을 사용하는 실시예에서, 바이어스 발생기(104)가 핀(116)에서 마이크로폰(102) 자체를 위한 바이어스 전압을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 이 바이어스 전압은 특정 마이크로폰 및 시스템 구현예에 따라 약 3 V 내지 약 60 V일 수 있다. 대안적으로, 다른 전압 범위가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 바이어스 발생기(104)는 마이크로폰 또는 센서(102)가 바이어스 전압을 필요로 하지 않으면 또는 요구된 바이어스 전압이 다른 위치에 제공되면 생략될 수 있다. IC(100) 상의 부품은 대안 실시예에서 하나 초과의 부품 및/또는 하나 초과의 IC를 사용하여 구현될 수 있다.
도 1b는 증폭기(108)로의 입력 신호가 바이어스 발생기(122)를 경유하여 제어되는 실시예의 IC(120)를 도시한다. 실시예에서, 제어기(124)는 바이어스 전압을 MEMS 마이크로폰(102)에 제공하는 바이어스 발생기(122)를 제어한다. 몇몇 실시예에서, MEMS 마이크로폰(102)의 이득은 제공된 바이어스 전압에 비례한다. 피크 검출기(110)의 출력에 응답하여 바이어스 전압을 변경함으로써, 증폭기(108)로의 입력에서 신호 레벨을 변경하는 것에 의한 이득 제어가 성취될 수 있다.
실시예에서, 입력 신호의 감쇠는 마이크로폰 또는 센서 증폭기의 입력에서 가변 캐패시턴스를 제공함으로써 성취된다. 도 2a는 가변 캐패시턴스를 갖는 마이크로폰 또는 용량성 센서의 출력을 감쇠하는 개념을 도시한다. 전압 소스(Vmic)는 출력 전압을 표현하고, 캐패시턴스(C0)는 마이크로폰 및/또는 용량성 센서 자체의 직렬 캐패시턴스를 표현한다. Vmic 및 C0는 마이크로폰 또는 용량성 센서의 간단화된 모델이고, 이는 기생 캐패시턴스, 저항기 및 인덕턴스와 같은 다른 성분에 의해 모델링될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 가변 캐패시턴스(Cdamping)는 가변 댐핑 캐패시턴스를 표현하고, 전압(ViAMPLIFIER)은 증폭기로의 입력 전압을 표현한다. 실시예에서, 전압(ViAMPLIFIER)은 이하와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012067939607-pat00001
상기 식에 의해 알 수 있는 바와 같이, 증폭기 입력 진폭(ViAMPLIFIER)은 Cdamping이 증가함에 따라 감소하고, 따라서 증폭기 입력 진폭(ViAMPLIFIER)은 Cdamping의 함수로서 제어될 수 있다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 IC(200)를 도시한다. 몇몇 실시예에서, IC(200)의 부품은 도 1a에 도시된 IC(100)의 기능성을 구현하는데 사용될 수 있다. 여기서, 감쇠기는 스위칭된 캐패시터 어레이(204)로서 구현된다. 실시예에서, IC(200)는 증폭기 입력 핀(244) 및 바이어스 핀(248)을 경유하여 MEMS 마이크로폰(202) 또는 다른 유형의 용량성 센서에 인터페이스한다. 증폭기(206)는 마이크로폰 증폭기로서 기능하고 핀(246)에서 출력 신호를 생성한다. 몇몇 실시예에서, 증폭기(206)는 차동 출력 신호를 갖고 한 쌍의 핀 상에 차동 출력 신호를 생성한다. 다른 실시예에서, 증폭기(206)의 출력은 온-칩으로 사용되고 A/D 컨버터(도시 생략)를 사용하여 디지털 도메인으로 변환될 수 있다. 증폭기(206)로의 입력은 전압 소스(231) 및 직렬 저항기(233)에 의해 표현된 바이어스 발생기에 의해 바이어싱된다. 실시예에서, 이 바이어스 발생기는 당 기술 분야에 공지된 바이어싱 기술을 사용하여 구현될 수 있다.
증폭기(208)는 증폭기(206)의 출력의 단일 종단-차동 변환(single ended to differential conversion)을 수행한다. 증폭기(206)의 단일 종단 출력을 차동 신호로 변환함으로써, 최종적인 신호는 전원 장애와 같은 장애에 더 둔감하게 된다. 증폭기(206)가 차동 출력 신호를 미리 생성하는 실시예에서, 증폭기(208)는 생략될 수 있다. 포지티브 피크 검출기(210) 및 네거티브 피크 검출기(212)는 증폭기(208)의 출력(260, 262)에 의해 각각 구동된다. 실시예에서, 포지티브 및 네거티브 피크 검출기(210, 212)는 예를 들어 약 10 ㎲ 내지 약 1 ms의 제한된 시간 기간 동안 이들의 피크값을 유지한다. 포지티브 및 네거티브 피크 검출기(210, 212)는 도 5b에 도시되고 이하에 더 설명된 바와 같이 사용하여 구현될 수 있다. 대안 실시예에서, 포지티브 및 네거티브 피크 검출기(210, 212)는 단일 종단 입력보다는 차동 입력을 가질 수 있다.
제로 교차 검출기(214)는 증폭기(206)의 출력에 연결된다. 실시예에서, 제로 교차 검출기(214)의 출력은 캐패시터 어레이(204)의 스위치 설정이 제로 교차가 검출될 때에만 검출되어, 이에 의해 입력 감쇠기 설정의 변화 중에 청취 가능한 왜곡을 감소시키는 것을 보장하는데 사용된다. 대안적으로, 제로 교차 검출기(214)의 입력은 단일 종단-차동 컨버터(208)의 출력과 같은 단일 체인 내의 다른 점에 연결될 수 있다. 본 발명의 다른 대안 실시예에서, 제로 교차 검출기(214)는 생략될 수 있다.
차동 비교기(216)는 포지티브 피크 검출기(210) 및 네거티브 피크 검출기(212)를 고정 임계치(Vnmax 및 Vlmin)와 비교한다. 실시예에서, 이들 고정 임계치는 약 114 dBSPL 내지 약 118 dBSPL의 등가 입력 압력에 대응하도록 설정된다. 이들 임계치의 절대값은 마이크로폰 감도, 패키지 특성, 바이어스 조건 및 다른 팩터에 의존한다. 대안적으로, 다른 음압 범위에 대응하는 임계치가 사용될 수 있다. 비교기(216)는 슈미트 트리거(Schmitt trigger)를 사용하여 구현될 수 있지만, 대안 실시예에서 다른 비교기 유형이 사용될 수 있다. 도 2b의 도시된 실시예에서, 비교기(216)는 단일 종단-차동 변환 블록(208)의 차동 출력이 포지티브 피크 검출기(210) 내에 저장된 최대 포지티브 차동 신호 및 네거티브 피크 검출기(214) 내에 저장된 최대 네거티브 차동 신호에 직접 비교되는 차동 구현을 사용하여 구현된다.
비교기(216)의 출력은 AND 게이트(222)를 경유하여 제로 교차 검출기의 출력으로 AND 연산되는 피크 검출 신호(264)를 생성한다. 논리 게이트(222)는 당 기술 분야에 공지된 다양한 방식으로 구현될 수 있는 논리 함수를 예시한다는 것이 이해되어야 한다.
검출된 제로 교차에서 검출된 피크를 표현하는 AND 게이트의 출력은 업/다운 카운터(224)의 입력에 연결된다. 실시예에서, 검출된 피크는 업/다운 카운터(224)를 증분하고, 검출된 피크의 결여는 업/다운 카운터(224)를 감분한다. 업/다운 카운터의 감분은 규정된 한계로 강하하는데, 이는 어떠한 댐핑 캐패시터도 입력에 접속되어 있지 않은 경우에 대응한다. 이는 비교기(216)가 입력 신호가 임계치 레벨 미만인 것을 항상 지시하는 경우에 행해진다. 몇몇 실시예에서, 다운-카운팅은 업-카운팅보다 길게 소요된다. 실시예에서, 업 카운트 및 다운 카운트 레이트는 프로그램 가능하다. 이들 레이트는 청취 가능한 아티팩트를 생성하지 않는 범위에 있도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 레이트들은 약 50 Hz 내지 200 Hz가 되도록 선택된다. 대안적으로, 이 범위 외의 다른 레이트가 사용될 수 있다.
룩업 테이블(LUT)(226)이 업/다운 카운터의 출력에 연결된다. 실시예에서, LUT(226)는 원하는 감쇠에 따라 캐패시터를 접속하고 분리하기 위해 캐패시터 어레이(204) 내의 디코더(도시 생략)에 의해 디코딩된 2진 워드를 출력한다. 대안적으로, LUT는 캐패시터 어레이(204)를 위한 디코딩된 스위치 상태를 직접 출력할 수 있다.
실시예에서, 전압 소스(236), 저항기(238) 및 저역 통과 필터(240)에 의해 표현된 바이어스 발생기(234)는 핀(248) 상에 마이크로폰(202)을 위한 바이어스 전압을 출력한다. 바이어스 발생기(234)는 예를 들어 당 기술 분야에 공지된 차지 펌프 및/또는 다른 기술을 사용하여 구현될 수 있다. 실시예에서, mHz 내지 Hz 영역의 코너 주파수를 갖는 저역 통과 필터가 캐패시터 어레이(204) 설정의 변화 중에 스위치(242)를 경유하여 바이패스된다. 저역 통과 필터(240)를 바이패스하는 것은 마이크로폰(202)의 바이어싱이 캐패시터 어레이(204)의 설정의 변화 후에 신속히 정착될 수 있게 한다.
실시예에서, 캐패시터 어레이(204)는 디지털 제어 신호(256)에 따라 선택되는 스위치(252)를 경유하여 증폭기(206)의 입력에 연결된 캐패시터(250)를 포함한다. 일 실시예에서, 32개의 캐패시터가 사용된다. 대안적으로, 더 많거나 적은 캐패시터가 용례 및 그 사양에 따라 사용될 수 있다. 캐패시터(250)는 2진 가중된 서브-어레이에 배열된 단위값 캐패시터의 그룹으로 배열될 수 있고, 그리고/또는 캐패시터의 동일한 값을 갖는 어레이 내에 개별적으로 배열되고 온도계 코딩된 선택을 사용하여 선택될 수 있다. 대안적으로, 다른 캐패시터 배열 방안 및 그룹화 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.
실시예에서, 증폭기(206)의 입력에 연결되도록 선택되지 않은 캐패시터는 증폭기(206)의 입력 바이어스 전압을 복제하는 바이어스 회로를 버퍼링하는 증폭기(228)의 출력에 연결된다. 이 복제 바이어스는 저항기(232)와 직렬로 전압 소스(230)에 의해 표현된다. 실시예에서, 전압 소스(230) 및 저항기(232)에 의해 모델링된 바이어스 전압 발생기는 전압 소스(231) 및 저항기(233)에 의해 모델링된 바이어스 전압 발생기와 유사한 방식으로 구현된다.
도 5a는 도 2b 및 도 3c의 제로 교차 검출기(214)를 구현하는데 사용될 수 있는 실시예의 제로 교차 회로(500)를 도시한다. 피크 검출기(500)로의 입력 신호는 DC 전압 소스9503)와 직렬로 AC 전압 소스(501)에 의해 표현된다. 저역 통과 필터(502)는 입력 신호를 필터링하고, 합산 접합부(506)가 입력 신호의 필터링되지 않은 버전으로부터 저역 통과 필터링된 입력 신호를 차감한다. 실시예에서, 다른 코너 주파수가 특정 용례 및 그 사양에 의존하여 사용될 수 있다. 저역 통과 필터(502, 506)의 조합은 dc 바이어스 전압 뿐만 아니라 저주파수 원더(wander)를 필터링하는 고역 통과 네트워크로서 기능한다. 비교기(504)는 접지 또는 기준 전압과 합산 접합부의 출력을 비교한다. Vsig가 극성으로 변화할 때 신호(Zdet)는 이에 따라 활성화된다. 실시예에서, 제로 교차 검출기는 당 기술 분야에 공지된 회로 토폴로지를 사용하여 구현될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 비교기(504)는 슈미트 트리거를 사용하여 구현된다.
도 5b는 도 2b 및 도 3c의 피크 검출기(210, 212)를 구현하는데 사용될 수 있는 실시예의 피크 검출 회로(510)를 도시한다. 입력 전압(Vin)은 위상(φ1) 중에 활성인 스위치(512)를 사용하여 캐패시터(514) 상에서 샘플링된다. 캐패시터(514) 상에서 샘플링된 전압을 버퍼링하는 증폭기(516)의 출력은 스위치(518)를 경유하여 캐패시터(520) 상에 샘플링된다. 비교기(522)는 버퍼 전압(516)의 출력을 캐패시터(520) 상의 샘플링된 전압과 비교하여 피크 전압(Voutpeak)을 제공한다. 비교기(522)는 위상(φ1) 중에 샘플링되고 스위치(518)는 위상(φ2) 및 비교기(522) 출력(Voutpeak)이 모두 활성일 때 활성이다. 실시예에서, 회로(510)는 예를 들어 당 기술 분야에 공지된 스위치 캐패시터 회로 기술을 사용하여 구현될 수 있다. 도 5c는 비중첩 위상(φ1, φ2)의 실시예의 타이밍 다이어그램을 도시한다. 실시예에서, 위상(φ1, φ2)은 당 기술 분야에 공지된 기술을 사용하여 생성될 수 있다.
실시예에서, 입력 신호의 감쇠는 마이크로폰 또는 센서 증폭기의 입력에서 가변 저항기를 제공함으로써 성취된다. 도 3a는 가변 저항기를 갖는 마이크로폰 또는 용량성 센서의 출력을 감쇠하는 개념을 도시한다. 전압 소스(Vmic)는 출력 전압을 표현하고, 캐패시턴스(C0)는 마이크로폰 및/또는 용량성 센서 자체의 직렬 캐패시턴스를 표현한다. 전술된 바와 같이, Vmic 및 C0는 마이크로폰 또는 용량성 센서의 간단화된 모델이고 기생 캐패시턴스와 같은 다른 성분을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 가변 저항기(Ri)는 가변 저항을 표현하고, 전압(ViAMPLIFIER)은 증폭기로의 입력 전압을 표현한다.
도 3b는 Ri에 대한 일련의 증폭 전달 함수
Figure 112012067939607-pat00002
를 도시한다. 낮은 코너 주파수(fL1, fL2, fL3, fL4)는 가변 저항기(Ri)에 대한 다양한 저항값에 대응하여, 저항기(Ri)의 감소에 대한 낮은 코너 주파수의 대응 증가가 존재하게 된다. 낮은 코너 주파수(fL)를 조정함으로써, ViAMPLIFIER의 피크 진폭은 몇몇 실시예에서, 많은 에너지가 낮은 주파수에 존재하는 음성 신호와 같은 오디오 신호에서 제어될 수 있다.
도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 IC(300)를 도시한다. IC(300)는 감쇠기가 캐패시터 어레이(204) 대신에 가변 저항기(302)를 사용하여 구현되는 것을 제외하고는 도 2b의 IC(200)와 유사하다. 실시예에서, 증폭기(208)의 입력에서 수신 고레벨 신호는 가변 저항기(302)에 의해 감쇠되는데, 이는 신호가 감쇠되는 낮은 코너 주파수를 증가시킨다. 예를 들어 약 10 ㎲ 내지 약 100 ㎲의 규정된 시간 후에, 고역 통과 코너 주파수는 낮은 주파수로 재차 시프트된다. 출력 패드에서 스윙하는 출력 전압이 재차 규정된 전압 한계 미만이면, 피크 검출기(210, 212)에 의해 검출된 바와 같이, 내부 카운터는 재차 변경되고 원래 입력 임피던스는 체류하고 정상 신호 레벨을 위한 표준 구성이 재차 도달한다. 실시예에서, 이 표준 구성은 약 50 GΩ 내지 약 500 GΩ의 임피던스이다.
도 3d는 도 3c의 IC(300)의 가변 저항기(302)로서 사용될 수 있는 실시예의 가변 저항기(302)의 가능한 구현예의 개략도를 도시한다. 전류 소스(320)는 그 개별 저항기가 n-비트 입력 제어 워드(CTL)에 따라 스위칭 인 및 아웃되는 NMOS 트랜지스터(332)의 게이트와 드레인 사이에 연결된 스위칭 가능한 저항기(322)를 갖는 저항기 어레이에 전류 소스를 제공한다. 몇몇 실시예에서, 입력 워드(CTL) 내의 각각의 개별 비트는 특정 스위칭 가능한 저항기와 연관된다. 대안적으로, 입력 제어 워드(CTL)는 디코더(도시 생략)를 사용하여 디코딩될 수 있다. 실시예에서, 저항기 어레이는 NMOS 트랜지스터(332)의 게이트와 드레인 사이에 연결된 비스위칭 가능 저항기(324)를 추가로 포함할 수 있다. 트랜지스터(332)의 드레인은 그 드레인이 도 3c에 도시되어 있는 증폭기(208)의 입력에 연결되는 출력 NMOS 트랜지스터(334)의 게이트에 또한 연결된다. 실시예에서, 트랜지스터(334)는 서브-임계치 영역에서 바이어싱된다.
작동 중에, 트랜지스터(332)의 드레인과 전류 소스(320) 사이의 저항이 감소될 때, 트랜지스터(332)의 게이트-소스 전압이 증가하고, 이는 트랜지스터(334)의 gds가 증가되게 한다. 이는 증폭기(208)의 입력에서의 낮은 임피던스(도 3c) 및 낮은 코너 주파수로부터 높은 주파수로의 시프트를 초래하여, 이에 의해 증폭기(208)로의 입력에서의 신호의 증가된 감쇠를 야기한다.
도 6a는 마이크로폰(202)의 출력 레벨이 노드(248)에서 마이크로폰 바이어스 전압을 조정함으로써 조정되는 집적 회로(600)를 도시한다. 포지티브 및 네거티브 피크 검출기(210, 212)가 상기 실시예에 설명된 바와 같이 작동한다. 업/다운 카운터의 출력은 바이어스 전압 조정 블록(602) 내의 DAC(604)의 입력 내로 공급된다. 입력/출력 레일간 버퍼(606)는 DAC(604)의 출력에 기초하여 차지 펌프(608)에 기준 전압을 제공한다. 차지 펌프 코어(608)는 클럭 발생기(610)에 의해 더 클럭킹된다.
실시예에서, 차지 펌프 코어의 출력은 배출 저항기(612)에 의해 로딩되고 저역 통과 필터(240)에 의해 필터링된다. 몇몇 실시예에서, 핀(248)에서의 바이어스 전압은 작동 중에 계속 조정된다. 저역 통과 필터(240)를 바이패스하는 스위치(242)는 전압 설정이 변경될 때 및/또는 시동 중에 활성화될 수 있다.
실시예에서, DAC(604)는 도 6b에 도시된 바와 같이 VDAC를 생성하기 위해 레일간 버퍼(606)에 의해 버퍼링된 R-2R 래더를 사용하여 구현될 수 있다. 스위치(620)의 상태는 DAC(604)로의 디지털 입력에 의해 결정된다. 몇몇 실시예에서, DAC(604)는 32 또는 64 출력 레벨을 갖는 5-비트 또는 6-비트 DAC이지만, 다른 분해능이 사용될 수 있다. 대안 실시예에서, 당 기술 분야에 공지된 DAC 아키텍처가 사용될 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 도 2a 및 도 3c에 도시된 전압 소스(236) 뿐만 아니라 도 6a에 도시된 차지 펌프 코어(608) 및 클럭 발생기(610)를 구현하는데 사용될 수 있는 실시예의 바이어스 회로를 도시한다. 도 7a는 약 3 V 내지 약 60 V의 부스트된 전압을 제공하는데 사용되는 MEMS 바이어스 회로(700)의 상위 레벨 개략도를 도시한다. 대안적으로, 이 범위 외의 전압이 사용된 특정 MEMS 마이크로폰 및/또는 용량성 센서에 따라 또한 가능하다. 실시예에서, 딕슨(Dickson) 차지 펌프 구조체가 부스트된 출력 전압(VBIAS)을 제공하는데 사용된다. 차지 펌프는 기능 다이오드 블록(704, 706, 708, 710, 712)에 연결된 캐패시터(740, 742, 744, 746, 748)에 의해 형성된다. 일 실시예에서, 9개의 기능 다이오드 블록이 사용된다. 대안적으로, 임의의 수의 기능 다이오드 블록이 요구된 부스트된 전압에 따라 사용될 수 있다. 실시예에서, 기준 전압(VREF)이 증폭기(702)에 의해 버퍼링되고 제 1 기능 다이오드(704) 내로 공급된다. 몇몇 실시예에서, 증폭기(702)는 조정 가능한 마이크로폰 바이어스 전압을 사용하여 이득 제어를 향해 지향된 도 6a 및 도 6b의 입력/출력 레일간 버퍼(606)에 대응한다. 클럭 발생기(716)는 캐패시터(740, 742, 744, 746, 748) 및 기능 다이오드 블록(704, 706, 708, 710, 712)을 구동하는 클럭 신호(Q1, Q1N, Q2, Q2N, Q3, Q3N)를 제공한다. 최종 기능 다이오드 블록(712)의 출력은 캐패시터(750) 및 저역 통과 필터(714)에 연결된다.
도 7b는 PMOS 디바이스(722, 724, 726) 및 입력 연결 캐패시터(728, 730)를 갖는 실시예의 기능 다이오드 블록(720)을 도시한다. PMOS 디바이스(722)는 기능 다이오드(720)의 출력(OUT)에 기능 다이오드(720)의 입력(IN)을 연결하는 패스 트랜지스터이다. 교차 연결 트랜지스터(724, 726) 및 입력 연결 캐패시터(728, 730)는 그 동안에 기능 다이오드가 비전도성 상태에 있는 시간에 트랜지스터(722)를 차단하는 부스트된 클럭을 제공한다. 회로(720)를 사용함으로써, 트랜지스터(722)의 임계 전압에 기인하는 비효율성이 회피될 수 있다. 대안 실시예에서, pn 접합 다이오드, 다이오드 접속 트랜지스터 또는 다른 적합한 디바이스가 기능 다이오드(720) 대신에 사용될 수 있다.
도 7c는 캐패시터(740, 740, 742, 744, 746, 748) 및 기능 다이오드(704, 706, 708, 710, 712)용 위상화 클럭을 제공하는 실시예의 클럭 발생기(716)의 개략도를 도시한다. 도 7d는 클럭 발생기(716)의 타이밍 다이어그램을 도시한다. 실시예에서, 캐패시터(740, 740, 742, 744, 746, 748)를 구동하는 클럭 신호(Q1, Q1N)는 가장 넓은 펄스폭을 갖고, 기능 다이오드의 일부를 구동하는 클럭 신호(Q2, Q2N)는 더 좁은 펄스폭을 갖고, 나머지 기능 다이오드를 구동하는 클럭 신호(Q3, Q3)는 가장 좁은 펄스폭을 갖는다. 실시예에서, Q1에 대한 Q2의 상승 에지, Q2에 대한 Q1의 하강 에지, Q2에 대한 Q3의 상승 에지 및 Q3에 대한 Q2의 하강 에지는 Tnovl에 의해 지연된다. 도 7d에 도시된 것과 같은 실시예의 클럭 위상 방안을 사용함으로써, 기능 다이오드(704, 706, 708, 710, 712)는 신호 구동 캐패시터(740, 740, 742, 744, 746, 748)가 상태를 변화하기 전에 안정 상태에 있다. 대안 실시예에서, 다른 클럭 위상 관계가 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예를 사용하는 시스템(400)을 도시한다. 용량성 센서(402)가 본 명세서에 설명된 본 발명의 실시예에 따른 증폭기(406)를 갖는 집적 회로(404)에 연결된다. 실시예에서, 증폭기(406)는 A/D 컨버터(410)에 연결된다. 몇몇 실시예에서, A/D 컨버터는 오디오 시그마-델타 컨버터로서 구현된다. 다른 실시예에서, A/D 컨버터는 예를 들어 센서 용례를 위해 적합한 저주파수 A/D일 수 있다. 실시예에서, A/D 컨버터의 출력은 유용한 기능을 수행하기 위해 프로세서(412)에 연결된다. 시스템(400)에 의해 성취될 수 있는 가능한 용례의 예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 전화 시스템, 디지털 레코더 및 원격 감지 시스템을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 예를 들어 용량성 센서(402)는 MEMS 마이크로폰 또는 용량성 압력 센서, ECM 또는 다른 유형의 부유 용량 신호 소스와 같은 다른 용량성 센서일 수 있다. 대안 실시예에서, 용량성 센서(402)는 집적 회로(404) 상에 포함될 수 있다. 더욱이, A/D 컨버터(410) 및/또는 프로세서(412)가 집적 회로(404)로부터 개별적으로 위치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 집적 회로(404)의 기능성은 단일 집적 회로를 사용하여 또는 복수의 집적 회로를 사용하여 구현될 수 있다.
실시예에서, 방법은 용량성 신호 소스에 의해 제공된 신호를 증폭하여 증폭된 신호를 형성하는 단계와, 증폭된 신호의 피크 전압을 검출하는 단계와, 피크 전압의 검출에 응답하여 용량성 신호 소스의 출력에 연결된 제어 가능한 임피던스를 조정하는 단계를 포함한다. 제어 가능한 임피던스는 검출된 피크 전압에 반비례하는 값으로 조정된다. 실시예에서, 방법은 검출된 피크 전압을 사전 결정된 임계치에 비교하는 단계를 추가로 포함할 수 있고, 제어 가능한 임피던스를 조정하는 단계는 검출된 피크 전압이 사전 결정된 임계치를 초과하면 제어 가능한 임피던스를 감소시키는 단계와, 검출된 피크 전압이 사전 결정된 임계치를 초과하지 않으면 제어 가능한 임피던스를 증가시키는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제어 가능한 임피던스를 감소시키는 단계는 제 1 레이트에서 제어 가능한 임피던스를 감소시키는 단계를 포함하고, 제어 가능한 임피던스를 증가시키는 단계는 제 2 레이트에서 제어 가능한 임피던스를 증가시키는 단계를 포함한다. 몇몇 경우에, 제 1 레이트는 제 2 레이트보다 크고 그리고/또는 제어 가능한 임피던스를 증가시키는 단계는 복수의 단계에서 최대값까지 제어 가능한 임피던스를 증가시키는 단계를 포함한다.
실시예에서, 제어 가능한 임피던스를 조정하는 단계는 용량성 신호 소스의 출력에 연결된 캐패시턴스를 조정하는 단계를 포함한다. 용량성 캐패시턴스를 조정하는 단계는 용량성 신호 소스의 출력으로 그리고 출력으로부터 캐패시터를 연결하고 연결 해제함으로써 캐패시터 어레이의 캐패시턴스를 조정하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 제어 가능한 임피던스를 조정하는 단계는 용량성 신호 소스의 출력에 연결된 제어 가능한 저항기를 조정하는 단계를 또한 포함할 수 있다.
실시예에서, 방법은 용량성 신호 소스에 의해 제공된 신호의 제로 교차를 검출하는 단계를 포함하고, 제어 가능한 임피던스를 조정하는 단계는 제로 교차가 검출될 때 제어 가능한 임피던스를 조정하는 단계를 또한 포함한다. 용량성 신호 소스는 MEMS 마이크로폰을 포함할 수 있고, 조정 가능한 임피던스는 증폭된 신호의 총 고조파 왜곡이 0 보다 크고 MEMS 마이크로폰으로의 140 dBSPL 음향 입력에 대해 10% 미만이 되도록 제어될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 방법은 MEMS 마이크로폰을 바이어싱하는 단계를 포함한다.
실시예에서, 방법은 용량성 신호 소스에 의해 제공된 신호를 증폭하여 증폭된 신호를 형성하는 단계와, 증폭된 신호의 피크 전압을 검출하는 단계와, 피크 전압을 검출하는 것에 응답하여 용량성 신호 소스의 제어 가능한 바이어스 전압을 조정하는 단계를 포함한다. 용량성 신호 소스의 바이어스 전압은 검출된 피크 전압에 반비례하는 값으로 조정된다. 몇몇 실시예에서, 용량성 신호 소스는 MEMS 마이크로폰일 수 있고, 제어 가능한 바이어스는 증폭된 신호의 총 고조파 왜곡이 0 보다 크고 MEMS 마이크로폰으로의 140 dBSPL 음향 입력에 대해 10% 미만이 되도록 제어된다.
실시예에서, 용량성 신호 소스에 의해 제공된 신호를 증폭하기 위한 시스템은 용량성 신호 소스에 연결되도록 구성된 입력 노드를 포함하는 신호 증폭기와, 신호 증폭기의 입력 노드에 제어 가능한 입력 임피던스를 제공하도록 구성된 신호 증폭기의 입력 노드에 연결된 제어 가능한 감쇠 회로를 포함한다. 시스템은 신호 증폭기의 출력에서 피크 신호값을 검출하도록 구성된 신호 증폭기의 출력에 연결된 신호 검출 회로와, 검출된 피크 신호값의 변화에 응답하여 제어 가능한 감쇠 회로를 조정하도록 구성된 제어 가능한 감쇠 회로와 신호 검출 회로 사이에 연결된 제어 회로를 또한 포함한다. 몇몇 실시예에서, 신호 검출 회로는 포지티브 피크 신호값 및 네거티브 피크 신호값을 검출하도록 구성된다.
실시예에서, 신호 검출 회로는 신호 증폭기의 출력에서 신호의 제로 교차를 검출하도록 더 구성되고, 제어 회로는 신호 검출 회로가 제로 교차를 검출할 때 제어 가능한 감쇠 회로를 조정하도록 더 구성된다. 몇몇 실시예에서, 제어 회로는 신호 검출 회로가 임계치보다 큰 피크 신호 레벨을 검출하면 입력 임피던스를 감소시키고, 신호 검출 회로가 임계치보다 큰 피크 신호 레벨을 검출하지 않으면 다수의 단계에서 최대값까지 입력 임피던스를 증가시키도록 제어 가능한 감쇠 회로에 명령하도록 더 구성된다. 제어 회로는 제 1 레이트에서 입력 임피던스를 감소시키고 제 2 레이트에서 입력 임피던스를 증가시키도록 제어 가능한 감쇠 회로에 명령할 수 있다. 실시예에서, 제 1 레이트는 제 2 레이트보다 크다.
실시예에서, 제어 가능한 감쇠 회로는 신호 증폭기의 입력 노드에 연결된 선택 가능한 캐패시터 어레이를 포함할 수 있고, 신호 증폭기의 입력 노드에 연결된 조정 가능한 저항기를 또한 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 용량성 신호 소스는 MEMS 마이크로폰이다.
실시예에서, 용량성 신호 소스에 의해 제공된 신호를 증폭하기 위한 시스템은 용량성 신호 소스에 연결되도록 구성된 입력 노드를 갖는 신호 증폭기와, 용량성 신호 소스의 바이어스 노드에 연결되도록 구성된 제어 가능한 바이어스 회로와, 신호 증폭기의 출력에 연결된 신호 검출 회로와, 신호 검출 회로와 제어 가능한 바이어스 회로 사이에 연결된 제어 회로를 포함한다. 제어 가능한 바이어스 회로는 용량성 신호 소스에 제어 가능한 바이어스 전압을 제공하도록 구성되고, 신호 검출 회로는 신호 증폭기의 출력에서 피크 신호값을 검출하도록 구성되고, 제어 회로는 검출된 피크 신호값의 변화에 응답하여 제어 가능한 바이어스 회로를 조정하도록 구성된다.
몇몇 실시예에서, 제어 회로는 신호 검출 회로가 임계치보다 큰 피크 신호 레벨을 검출하면 제어 가능한 바이어스 전압을 감소시키고, 신호 검출 회로가 임계치보다 큰 피크 신호 레벨을 검출하지 않으면 제어 가능한 바이어스 전압을 증가시키도록 제어 가능한 바이어스 회로에 명령하도록 더 구성된다. 제어 회로는 제 1 레이트에서 제어 가능한 바이어스 전압을 감소시키고 제 2 레이트에서 제어 가능한 바이어스 전압을 증가시키도록 제어 가능한 바이어스 회로에 명령할 수 있고, 여기서 제 1 레이트는 제 2 레이트보다 크다.
실시예에서, 제어 가능한 바이어스 회로는 제어 회로의 출력에 연결된 디지털-아날로그 컨버터(DAC)와, DAC의 출력에 연결된 차지 펌프 회로와, 차지 펌프 회로와 제어 가능한 바이어스 회로의 출력 사이에 연결된 저역 통과 필터를 포함한다. 용량성 신호 소스는 MEMS 마이크로폰을 포함할 수 있다.
실시예에서, 용량성 신호 소스에 의해 제공된 신호를 증폭하기 위한 집적 회로는 용량성 신호 소스에 연결되도록 구성된 입력 노드를 갖는 신호 증폭기와, 신호 증폭기의 입력 노드에 연결된 제어 가능한 감쇠 회로와, 신호 증폭기의 출력에 연결된 피크 검출기와, 피크 검출기의 출력 및 신호 증폭기의 출력에 연결된 비교기를 포함한다. 비교기는 피크 검출기의 출력을 임계치와 비교하도록 구성될 수 있다. 집적 회로는 비교기의 출력과 제어 가능한 감쇠 회로의 제어 입력 사이에 연결된 제어 회로를 또한 포함한다.
실시예에서, 제어 회로는 비교기의 출력에 연결된 카운터와, 카운터의 출력에 연결된 룩업 테이블 회로를 포함한다. 제어 회로는 피크 검출기의 출력이 임계치를 초과하면 증분하고 피크 검출기의 출력이 임계치를 초과하지 않으면 감분하도록 구성될 수 있다.
실시예에서, 집적 회로는 신호 증폭기와 피크 검출기 사이에 연결된 단일 종단-차동 변환 회로를 추가로 포함한다. 피크 검출기는 포지티브 피크 검출기 및 네거티브 피크 검출기를 포함하고, 비교기는 포지티브 피크 검출기의 출력을 포지티브 임계치와 그리고 네거티브 피크 검출기의 출력을 네거티브 임계치와 비교하도록 구성된 차동 비교기를 포함한다. 집적 회로는 신호 증폭기의 출력에 연결된 제로 교차 검출기를 또한 포함할 수 있다. 제어 회로는 제로 교차 검출기가 제로 교차를 검출할 때 제어 가능한 감쇠 회로를 조정하도록 구성된다.
실시예에서, 제어 가능한 감쇠 회로는 복수의 캐패시터와, 복수의 캐패시터와 신호 증폭기의 입력 사이에 연결된 복수의 스위치를 포함하고, 복수의 스위치는 제어 회로에 의해 제어 가능하다. 몇몇 실시예에서, 제어 가능한 감쇠 회로는 제어 가능한 저항기를 포함한다. 이 제어 가능한 저항기는 신호 증폭기의 입력과 기준 전압 사이에 연결된 제 1 트랜지스터와, 제 1 트랜지스터의 게이트에 연결된 드레인을 갖는 제 2 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터의 게이트와 제 2 트랜지스터의 드레인 사이에 연결된 복수의 스위칭 가능한 저항기와, 제 2 트랜지스터의 게이트에 연결된 전류 소스를 포함할 수 있다. 실시예에서, 복수의 스위칭 가능한 저항기는 제어 회로에 의해 제어 가능하다.
실시예의 시스템의 장점은 시스템에 높은 비선형성을 도입하지 않고 높은 음향 입력 신호를 프로세싱하는 능력을 포함한다. 예를 들어, 일 실시예에서 0 초과 10% 미만의 총 고조파 왜곡(THD)이 140 dBSTL의 음향 입력 레벨에서 MEMS 마이크로폰에 대해 성취될 수 있다.
본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되어 있지만, 이 설명은 한정의 개념으로 해석되도록 의도되는 것은 아니다. 예시적인 실시예의 다양한 수정 및 조합 뿐만 아니라 본 발명의 다른 실시예가 설명을 참조할 때 당 기술 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 임의의 이러한 수정 또는 실시예를 포함하는 것으로 의도된다.
102: MEMS 마이크로폰 104: 바이어스 발생기
106: 감쇠기 110: 피크 검출기
112: 제어기 122: 바이어스 발생기
124: 제어기 210: 포지티브 피크 검출기
212: 네거티브 피크 검출기 214: 제로 교차 검출기
402: 용량성 센서 406: 증폭기
410: A/D 컨버터 412: 프로세서
610: 클럭 발생기 608: 차지 펌프 코어

Claims (34)

  1. 신호를 증폭하기 위한 방법에 있어서,
    증폭된 신호를 형성하기 위해 용량성 신호 소스에 의해 제공된 신호를 증폭하는 단계와,
    상기 증폭된 신호의 피크 전압을 검출하는 단계와,
    상기 피크 전압의 검출에 응답하여 상기 용량성 신호 소스의 출력에 연결된 감쇠기의 제어 가능한 임피던스 - 상기 제어 가능한 임피던스는 상기 검출된 피크 전압에 반비례하는 값으로 조정됨 - 를 조정하는 단계를 포함하는
    신호 증폭 방법.
  2. 신호를 증폭하기 위한 방법에 있어서,
    증폭된 신호를 형성하기 위해 용량성 신호 소스에 의해 제공된 신호를 증폭하는 단계와,
    상기 증폭된 신호의 피크 전압을 검출하는 단계와,
    상기 피크 전압의 검출에 응답하여 상기 용량성 신호 소스의 출력에 연결된 제어 가능한 임피던스 - 상기 제어 가능한 임피던스는 상기 검출된 피크 전압에 반비례하는 값으로 조정됨 - 를 조정하는 단계와,
    상기 검출된 피크 전압을 사전 결정된 임계치와 비교하는 단계를 포함하고,
    상기 제어 가능한 임피던스를 조정하는 단계는
    상기 검출된 피크 전압이 상기 사전 결정된 임계치를 초과하면 상기 제어 가능한 임피던스를 감소시키는 단계와,
    상기 검출된 피크 전압이 상기 사전 결정된 임계치를 초과하지 않으면 상기 제어 가능한 임피던스를 증가시키는 단계를 포함하는
    신호 증폭 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 가능한 임피던스를 감소시키는 단계는 제 1 레이트(rate)로 상기 제어 가능한 임피던스를 감소시키는 단계를 포함하고,
    상기 제어 가능한 임피던스를 증가시키는 단계는 제 2 레이트로 상기 제어 가능한 임피던스를 증가시키는 단계를 포함하는
    신호 증폭 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 레이트는 제 2 레이트보다 큰
    신호 증폭 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 가능한 임피던스를 증가시키는 단계는 복수의 스텝으로 최대값까지 상기 제어 가능한 임피던스를 증가시키는 단계를 포함하는
    신호 증폭 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 가능한 임피던스를 조정하는 단계는 상기 용량성 신호 소스의 출력에 연결된 캐패시턴스를 조정하는 단계를 포함하는
    신호 증폭 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 캐패시턴스를 조정하는 단계는 캐패시터 어레이의 캐패시턴스를 조정하는 단계를 포함하고,
    상기 캐패시터 어레이의 캐패시턴스를 조정하는 단계는 상기 용량성 신호 소스의 출력에 캐패시터를 연결하고 상기 용량성 신호 소스의 출력으로부터 캐패시터를 연결 해제하는
    신호 증폭 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 가능한 임피던스를 조정하는 단계는 상기 용량성 신호 소스의 출력에 연결된 제어 가능한 저항기를 조정하는 단계를 포함하는
    신호 증폭 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 신호 소스에 의해 제공된 신호의 제로 교차(zero crossing)를 검출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제어 가능한 임피던스를 조정하는 단계는 제로 교차가 검출될 때 상기 제어 가능한 임피던스를 조정하는 단계를 포함하는
    신호 증폭 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 신호 소스는 MEMS 마이크로폰을 포함하고,
    상기 조정 가능한 임피던스는 상기 증폭된 신호의 총 고조파 왜곡이 0 보다 크고 상기 MEMS 마이크로폰으로의 140 dBSPL 음향 입력에 대해 10% 미만이 되도록 제어되는
    신호 증폭 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 용량성 신호 소스는 MEMS 마이크로폰을 포함하고,
    상기 방법은 상기 MEMS 마이크로폰을 바이어싱하는 단계를 더 포함하는
    신호 증폭 방법.
  12. 신호를 증폭하기 위한 방법에 있어서,
    증폭된 신호를 형성하기 위해 용량성 신호 소스에 의해 제공된 신호를 증폭하는 단계와,
    상기 증폭된 신호의 피크 전압을 검출하는 단계와,
    상기 피크 전압을 검출하는 것에 응답하여 상기 용량성 신호 소스의 제어 가능한 바이어스 전압을 조정하는 단계 - 상기 용량성 신호 소스의 바이어스 전압은 상기 검출된 피크 전압에 반비례하는 값으로 조정됨 - 를 포함하되,
    상기 용량성 신호 소스는 MEMS 마이크로폰을 포함하고,
    상기 제어 가능한 바이어스는 상기 증폭된 신호의 총 고조파 왜곡이 0 보다 크고 MEMS 마이크로폰으로의 140 dBSPL 음향 입력에 대해 10% 미만이 되도록 제어되는
    신호 증폭 방법.
  13. 삭제
  14. 용량성 신호 소스에 의해 제공된 신호를 증폭하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 용량성 신호 소스에 연결되도록 구성된 입력 노드를 포함하는 신호 증폭기와,
    상기 신호 증폭기의 입력 노드에 연결된 제어 가능한 감쇠 회로 - 상기 제어 가능한 감쇠 회로는 상기 신호 증폭기의 입력 노드에 제어 가능한 입력 임피던스를 제공하도록 구성됨 - 와,
    상기 신호 증폭기의 출력에 연결된 신호 검출 회로 - 상기 신호 검출 회로는 상기 신호 증폭기의 출력에서 피크 신호값을 검출하도록 구성됨 - 와,
    상기 신호 검출 회로와 상기 제어 가능한 감쇠 회로 사이에 연결된 제어 회로 - 상기 제어 회로는 상기 검출된 피크 신호값의 변화에 응답하여 상기 제어 가능한 감쇠 회로를 조정하도록 구성됨 - 를 포함하는
    시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 신호 검출 회로는 포지티브 피크 신호값 및 네거티브 피크 신호값을 검출하도록 구성되는
    시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 신호 검출 회로는 상기 신호 증폭기의 출력에서 신호의 제로 교차를 검출하도록 더 구성되고,
    상기 제어 회로는 상기 신호 검출 회로가 제로 교차를 검출할 때 상기 제어 가능한 감쇠 회로를 조정하도록 더 구성되는
    시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 신호 검출 회로가 임계치보다 큰 피크 신호 레벨을 검출하면 상기 입력 임피던스를 감소시키고, 상기 신호 검출 회로가 임계치보다 큰 피크 신호 레벨을 검출하지 않으면 다수의 스텝으로 최대값까지 상기 입력 임피던스를 증가시키도록 상기 제어 가능한 감쇠 회로에 명령하도록 더 구성되는
    시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 제 1 레이트로 상기 입력 임피던스를 감소시키고 제 2 레이트로 상기 입력 임피던스를 증가시키도록 상기 제어 가능한 감쇠 회로에 명령하는
    시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 레이트는 상기 제 2 레이트보다 큰
    시스템.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어 가능한 감쇠 회로는 상기 신호 증폭기의 입력 노드에 연결된 선택 가능한 캐패시터 어레이를 포함하는
    시스템.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어 가능한 감쇠 회로는 상기 신호 증폭기의 입력 노드에 연결된 조정 가능한 저항기를 포함하는
    시스템.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 용량성 신호 소스는 MEMS 마이크로폰을 포함하는
    시스템.
  23. 용량성 신호 소스에 의해 제공된 신호를 증폭하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 용량성 신호 소스에 연결되도록 구성된 입력 노드를 갖는 신호 증폭기와,
    상기 용량성 신호 소스의 바이어스 노드에 연결되도록 구성된 제어 가능한 바이어스 회로 - 상기 제어 가능한 바이어스 회로는 상기 용량성 신호 소스에 제어 가능한 바이어스 전압을 제공하도록 구성됨 - 와,
    상기 신호 증폭기의 출력에 연결된 신호 검출 회로 - 상기 신호 검출 회로는 상기 신호 증폭기의 출력에서 피크 신호값을 검출하도록 구성됨 - 와,
    상기 신호 검출 회로와 상기 제어 가능한 바이어스 회로 사이에 연결된 제어 회로 - 상기 제어 회로는 상기 검출된 피크 신호값의 변화에 응답하여 상기 제어 가능한 바이어스 회로를 조정하도록 구성됨 - 를 포함하는
    시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 신호 검출 회로가 임계치보다 큰 피크 신호 레벨을 검출하면 상기 제어 가능한 바이어스 전압을 감소시키고, 상기 신호 검출 회로가 임계치보다 큰 피크 신호 레벨을 검출하지 않으면 상기 제어 가능한 바이어스 전압을 증가시키도록 상기 제어 가능한 바이어스 회로에 명령하도록 더 구성되는
    시스템.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 제 1 레이트로 상기 제어 가능한 바이어스 전압을 감소시키고 제 2 레이트로 상기 제어 가능한 바이어스 전압을 증가시키도록 상기 제어 가능한 바이어스 회로에 명령하고, 상기 제 1 레이트는 상기 제 2 레이트보다 큰
    시스템.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 제어 가능한 바이어스 회로는
    상기 제어 회로의 출력에 연결된 디지털-아날로그 컨버터(DAC)와,
    상기 DAC의 출력에 연결된 차지 펌프 회로와,
    상기 차지 펌프 회로와 상기 제어 가능한 바이어스 회로의 출력 사이에 연결된 저역 통과 필터를 포함하는
    시스템.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 용량성 신호 소스는 MEMS 마이크로폰을 포함하는
    시스템.
  28. 용량성 신호 소스에 의해 제공된 신호를 증폭하기 위한 집적 회로에 있어서,
    상기 용량성 신호 소스에 연결되도록 구성된 입력 노드를 갖는 신호 증폭기와,
    상기 신호 증폭기의 입력 노드에 연결된 제어 가능한 감쇠 회로와,
    상기 신호 증폭기의 출력에 연결된 피크 검출기와,
    상기 피크 검출기의 출력 및 상기 신호 증폭기의 출력에 연결된 비교기 - 상기 비교기는 상기 피크 검출기의 출력을 임계치와 비교하도록 구성됨 - 와,
    상기 비교기의 출력과 상기 제어 가능한 감쇠 회로의 제어 입력 사이에 연결된 제어 회로를 포함하는
    집적 회로.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제어 회로는
    상기 비교기의 출력에 연결된 카운터 - 상기 카운터는 상기 피크 검출기의 출력이 상기 임계치를 초과하면 증분하고 상기 피크 검출기의 출력이 상기 임계치를 초과하지 않으면 감분하도록 구성됨 - 와,
    상기 카운터의 출력에 연결된 룩업 테이블 회로를 포함하는
    집적 회로.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 집적 회로는 상기 신호 증폭기와 상기 피크 검출기 사이에 연결된 단일 종단 대 차동 변환 회로(a single-ended to differential conversion circuit)를 더 포함하고,
    상기 피크 검출기는 포지티브 피크 검출기 및 네거티브 피크 검출기를 포함하고,
    상기 비교기는 상기 포지티브 피크 검출기의 출력을 포지티브 임계치와 비교하고 상기 네거티브 피크 검출기의 출력을 네거티브 임계치와 비교하도록 구성된 차동 비교기를 포함하는
    집적 회로.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 신호 증폭기의 출력에 연결된 제로 교차 검출기를 더 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 제로 교차 검출기가 제로 교차를 검출할 때 상기 제어 가능한 감쇠 회로를 조정하도록 구성되는
    집적 회로.
  32. 제 28 항에 있어서,
    상기 제어 가능한 감쇠 회로는
    복수의 캐패시터와,
    상기 복수의 캐패시터와 상기 신호 증폭기의 입력 사이에 연결된 복수의 스위치 - 상기 복수의 스위치는 상기 제어 회로에 의해 제어 가능함 - 를 포함하는
    집적 회로.
  33. 제 28 항에 있어서,
    상기 제어 가능한 감쇠 회로는 제어 가능한 저항기를 포함하는
    집적 회로.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 제어 가능한 저항기는
    상기 신호 증폭기의 입력과 기준 전압 사이에 연결된 제 1 트랜지스터와,
    상기 제 1 트랜지스터의 게이트에 연결된 드레인을 갖는 제 2 트랜지스터와,
    상기 제 2 트랜지스터의 게이트와 상기 제 2 트랜지스터의 드레인 사이에 연결된 복수의 스위칭 가능한 저항기 - 상기 복수의 스위칭 가능한 저항기는 상기 제어 회로에 의해 제어 가능함 - 와,
    상기 제 2 트랜지스터의 게이트에 연결된 전류 소스를 포함하는
    집적 회로.
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