KR101619624B1

KR101619624B1 - 트랜스듀서의 자동 캘리브레이션을 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101619624B1
Application number: KR1020140142533A
Authority: KR
Inventors: 크리스티안 젠크너; 리차드 가글
Original assignee: 인피니언 테크놀로지스 아게
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2016-05-10
Also published as: KR20150046748A; US20150110295A1; DE102014115307A1; CN104581605B; US9332369B2; CN104581605A

Abstract

하나의 실시예에 따르면, 인터페이스 회로는 트랜스듀서에 연결된 가변 전압 바이어스 생성기, 및 트랜스듀서의 출력에 연결된 측정 회로를 포함한다. 측정 회로는 트랜스듀서의 출력 진폭을 측정하도록 구성된다. 인터페이스 회로는 바이어스 생성기 및 측정 회로에 연결된 캘리브레이션 제어기를 더 포함하고, 오토-캘리브레이션 시퀀스 동안 트랜스듀서 및 인터페이스 회로의 감도를 설정하도록 구성된다.

Description

트랜스듀서의 자동 캘리브레이션을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR AUTOMATIC CALIBRATION OF A TRANSDUCER}

일반적으로, 본 발명은 트랜스듀서 및 회로에 관한 것으로서, 특정 실시예들에서는, 트랜스듀서의 자동 캘리브레이션을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

트랜스듀서들은 신호들을 하나의 도메인으로부터 다른 도메인으로 변환하며, 때로는 센서들에서 이용된다. 일상 생활에서 보게 되는 트랜스듀서를 갖는 일반적인 센서는, 음파들을 전기 신호들로 변환하는 센서인 마이크로폰이다.

MEMS(microelectromechanical system) 기반 센서들은 마이크로머시닝(micromachining) 기술들을 이용하여 생성된 트랜스듀서들의 패밀리를 포함한다. MEMS 마이크로폰과 같은 MEMS는 물리적 현상을 측정하는 것을 통해 환경으로부터, 그리고 MEMS에 부착된 전자 장치로부터 정보를 수집하여, 센서들로부터 도출된 신호 정보를 처리한다. MEMS 디바이스들은 집적 회로에 대해 이용된 것과 유사한 마이크로머시닝 제조 기술들을 이용하여 제조될 수 있다.

오디오 마이크로폰들은 셀룰러 전화, 디지털 오디오 레코더, 개인용 컴퓨터 및 원격 화상 회의 시스템과 같은 다양한 소비자 응용들에서 통상적으로 이용된다. MEMS 마이크로폰에서, 압력 감응 다이아프램(pressure sensitive diaphragm)이 집적 회로 바로 위에 배치된다. 그와 같이, 마이크로폰은 개별적인 이산적인 부품들로부터 제조되기보다는 단일의 집적 회로 상에 포함된다. MEMS 마이크로폰의 단일체적 특성(monolithic nature)은 보다 높은 수율, 보다 낮은 비용의 마이크로폰을 생성한다.

MEMS 디바이스들은 발진기들, 공명기들, 가속도계들, 자이로스코프들, 압력 센서들, 마이크로폰들, 마이크로 미러들 및 다른 디바이스들로서 형성될 수 있으며, 때로는 측정되는 물리적 현상을 측정하기 위한 용량성 감지 기술들을 이용한다. 그러한 응용들에서, 용량성 센서의 캐패시턴스 변화는 인터페이스 회로들을 이용하여 가용 전압으로 변환된다. 그러나, MEMS 디바이스들의 제조는 물리적 크기 및 형상의 변화들을 초래함으로써, 완성된 MEMS 디바이스들의 특징적 성능에서의 변화들을 초래한다. 예를 들어, 동일한 설계로 동일한 프로세스에서 제조된 MEMS 마이크로폰들은 감도에 있어서 일부 변화를 가질 수 있다.

본 발명, 및 그 이점들에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명에 대한 참조가 행해진다.
도 1은 실시예의 트랜스듀서 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 실시예의 트랜스듀서 감도 플롯의 파형도를 도시한다.
도 3은 실시예의 캘리브레이션 절차의 흐름도를 도시한다.
도 4는 실시예의 캘리브레이션 제어기의 블록도를 도시한다.
도 5(a) 및 5(b)는 실시예의 캘리브레이션 방법의 파형도들을 도시한다.
도 6은 다른 실시예의 트랜스듀서 시스템의 개략도를 도시한다.
도 7은 실시예의 캘리브레이션 방법의 블록도를 도시한다.
상이한 도면들에서의 대응하는 숫자들 및 심볼들은, 달리 나타내지 않는 한, 일반적으로 대응하는 부분들을 도시한다. 도면들은 실시예들의 관련된 양상들을 명확하게 나타내도록 도시되며, 실제 축적으로 도시될 필요는 없다.

다양한 실시예들의 형성 및 이용에 대해 이하에 상세히 기술된다. 그러나, 본 명세서에서 기술된 다양한 실시예들은 매우 다양한 특정 문맥들에 적용가능함을 이해해야 한다. 기술된 특정 실시예들은 다양한 실시예들을 형성 및 이용하는 특정한 방식을 예시하는 것일 뿐, 제한된 영역으로 이해되지 않아야 한다.

다양한 실시예들에 대해, 특정 문맥으로, 즉, 마이크로폰 트랜스듀서, 특히, MEMS 마이크로폰에 대한 설명된다. 본 명세서에서 기술된 다양한 실시예들 중 일부는 MEMS 트랜스듀서 시스템과, MEMS 마이크로폰 시스템과, 트랜스듀서 및 MEMS 트랜스듀서 시스템을 위한 인터페이스 회로와, MEMS 트랜스듀서 시스템을 캘리브레이팅하는 자동 방법을 포함한다. 다른 실시예들에서, 물리적 신호를 다른 도메인으로 변환하는 임의의 타입의 센서 또는 트랜스듀서를 포함하고, 본 기술 분야에 알려진 임의의 형태로 그러한 센서 또는 트랜스듀서 및 인터페이스 전자장치를 캘리브레이팅하는 다른 응용들에 대해 양상들이 적용될 수도 있다.

제조된 MEMS 디바이스들은 성능 특성들에서 변화를 나타낸다. 예를 들어, MEMS 마이크로폰들은 동일한 웨이퍼 상에서 제조된 MEMS 마이크로폰들 사이에서 조차도 상이한 감도 값들을 나타낸다. 본 명세서에서 기술된 다양한 실시예들에 따르면, 전체 트랜스듀서 시스템 감도 값들을 MEMS 디바이스들에 대한 타겟 범위 내로 설정하도록 바이어스 전압들 및 증폭기 이득들을 결정하는 오토-캘리브레이션 절차를 수행할 수 있는 인터페이스 회로가 제공된다.

다양한 실시예들에 따르면, 오토-캘리브레이션 절차는 알려진 진폭의 오디오 신호를 시스템에 인가하고, 오토 캘리브레이션 시작 조건을 적용하는 것을 포함한다. 오토 캘리브레이션 절차 동안, MEMS에 인가된 바이어스 전압 및/또는 가변 이득 증폭기의 이득이, 시스템의 전체 감도가 타겟 감도에 접근할 때까지 조절된다. 일부 실시예들에서, 이러한 오토-캘리브레이션 절차는, 일단 시작되는 경우, 칩상(on-chip)(예를 들면, 인터페이스 회로 및 MEMS 마이크로폰 내)에서 발생된다.

도 1은 단자들(126, 128)을 통해 마이크로폰(120)에 연결된 인터페이스 회로(110)를 갖는 실시예의 트랜스듀서 시스템(100)의 개략도를 도시한다. 마이크로폰은 단자(128)에 연결된 편향가능 멤브레인(124) 및 단자(126)에 연결된 천공된 단단한 백플레이트(122)를 갖는 용량성 MEMS 마이크로폰(120)으로서 도시된다. 하나의 실시예에 따르면, 멤브레인(124) 상에 입사된 사운드 포트(도시되지 않음)로부터의 음파는 멤브레인(124)이 편향하도록 한다. 편향은 멤브레인(124)과 백플레이트(122) 사이의 거리를 변경시키며, 백플레이트(122)와 멤브레인(124)이 병렬 판 캐패시터를 형성하므로 캐패시턴스를 변경시킨다. 캐패시턴스에서의 변경은 단자들(126, 128) 사이의 전압 변경으로서 검출된다. 인터페이스 회로(110)는 단자들(126, 128) 사이의 전압 변경을 측정하고, 멤브레인(124) 상에 입사된 음파에 대응하는 출력 신호를 출력(130)에 제공한다.

하나의 실시예에 따르면, MEMS 마이크로폰(120)의 감도는 제조 변동들에 의해 영향을 받아, 동일한 웨이퍼 상에서, 동일한 설계로 동일한 프로세스를 이용하여 제조된 MEMS 마이크로폰들 조차도 상이한 감도 값들을 가질 수 있도록 한다. 다양한 실시예들에서, MEMS 마이크로폰(120)의 감도는 단자들(126, 128) 양단에 인가된 바이어스 전압에 의존한다. MEMS 마이크로폰(120)의 감도 및 인터페이스 회로(110)의 감도를 포함하는 트랜스듀서 시스템(100)의 전체 감도는, 단자(126)에 연결될 수 있는 증폭기(104)의 이득에 의해 영향을 받을 수도 있다. 통상적으로, 캘리브레이션 절차는 제조 동안에 MEMS 마이크로폰에 적용되며, 인터페이스 회로는 바이어스 전압 및 이득을 설정하기 위해 프로그래밍되거나 또는 제한된 수의 변동들로부터 선택되어, 완성된 트랜스듀서 시스템의 감도를 설정한다.

하나의 실시예에서, 인터페이스 회로(110)는 차지 펌프(108)를 통해 MEMS 마이크로폰(120)에 공급된 바이어스 전압을 설정할 수 있고, 증폭기(104)의 이득 G를 설정할 수 있는 캘리브레이션 제어기(102)를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 차지 펌프(108)는 가변 전압 차지 펌프이고, 증폭기(104)는 가변 이득 증폭기이다. 일부 실시예들에서, 증폭기(104)는, 예를 들면, "System and Method for Capacitive Signal Source Amplifier" 라는 명칭으로 2012년 10월 31일에 출원된 미국 특허 출원 제 13/665,117 호(이 출원은 그 전체가 본 명세서에서 참조로 인용됨)에 기술된 바와 같이 구현될 수 있다. 증폭기(104)는 백플레이트(122)에 연결되는 단자(126)를 통해 MEMS 마이크로폰(120)으로부터의 입력 신호들을 수신할 수 있다. 차지 펌프(108)는 멤브레인(124)에 연결되는 단자(128)를 통해 MEMS 마이크로폰(120)에 가변 바이어스 전압을 제공할 수 있다. 차지 펌프(108)는, 예를 들면, "System and Method for Low Distortion Capacitive Signal Source Amplifier" 라는 명칭으로 2011년 8월 25일에 출원된 미국 특허 출원 제 13/217,890 호(이 출원은 그 전체가 본 명세서에서 참조로 인용됨)에 기술된 바와 같이 구현될 수 있다. 대안적인 실시예에 따르면, 백플레이트(122)는 단자(128)에 연결될 수 있고, 멤브레인(124)은 단자(126)에 연결될 수 있다.

도시된 실시예에 따르면, 인터페이스 회로(110)는 저항 소자(116)를 통해 단자(126)에 연결된 바이어스 전압원(112)을 포함한다. 증폭기(104)는 측정 회로(106)에 연결된다. 도시된 실시예에서, 측정 회로(106)는 ADC(analog to digital converter)(106)로서 구현되며, 출력(130) 및 캘리브레이션 제어기(102)에 연결된다. 도시된 바와 같이, 캘리브레이션 제어기(102)는 클록 신호(132)를 수신하고, 제어 신호(134)를 검출하며, 퓨즈(114)에 연결된다. 다양한 실시예들에서, 퓨즈(114)는 초기 캘리브레이션 이후에 추가의 캘리브레이션을 방지하도록 설정되는 비일시적 메모리를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 퓨즈(114)는 물리적 퓨즈, 플래시 메모리, 또는 임의의 다른 비일시적 물리적 메모리로서 구현될 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 캘리브레이션 제어기(102)는 캘리브레이션 절차 시작 조건을 검출하고, 풀인(pull-in)이 검출될 때까지 차지 펌프(108)의 바이어스 전압을 램핑(ramping)하고, 검출된 풀인 전압에 기초하여 차지 펌프(108)의 바이어스 전압을 설정하고, ADC(106)로부터 출력 신호를 측정하고, 필요한 경우 증폭기(104)의 이득 G를 조절한다. 실시예의 캘리브레이션 절차들에 대한 보다 상세한 설명은, 이하에서 나머지 도면들을 참조하여 기술된다.

일부 실시예들에서, 캘리브레이션 제어기(102)는 디지털 제어 로직을 갖는 상태 머신을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 캘리브레이션 제어기(102)는 마이크로제어기로서 구현될 수 있다. 다른 실시예들에서, 캘리브레이션 제어기(102)는 아날로그 제어 회로로서 구현될 수 있다. 인터페이스 회로(110)는 풀 커스텀(fully custom) 또는 세미-커스텀(semi-custom) 집적 회로(IC)일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 인터페이스 회로(110)는 별도로 패키징되거나, 또는 SoC(system on a chip)와 같이 시스템의 일부로서 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, MEMS 마이크로폰 및 인터페이스 회로(110)는 동일한 반도체 다이 상에서 제조 및 다이싱될 수 있다. 본 기술 분야의 당업자라면 여러 가지의 다른 구현들 및 구성들을 쉽게 고려할 수 있을 것이며, 그러한 변형들은 본 명세서에서 기술된 실시예들의 영역 내에 속함을 이해할 것이다.

도 2는, 예를 들면, MEMS 마이크로폰과 같은 MEMS 디바이스의 풀인 전압을 결정하기 위해 캘리브레이션 절차 동안 이용될 수 있는 실시예의 트랜스듀서 감도 플롯(200)의 파형도를 도시한다. 도시된 실시예에 따르면, 감도 파형(210)은 MEMS 마이크로폰의 플레이트에 인가된 증가하는 바이어스 전압에 대해 도시된다. 예를 들어, 감도 파형(210)은 차지 펌프(108)와 같은 가변 바이어스 생성기를 통해 MEMS 마이크로폰(120)의 멤브레인(124)에 인가된 바이어스 전압을 나타낼 수 있다. 도시된 실시예에서, 인가된 바이어스 전압이 증가됨에 따라, MEMS 마이크로폰의 감도가 증가된다. 도시된 바와 같이, 감도 파형(210)은 풀인이 풀인 전압(2200에서 발생될 때까지 계속해서 증가될 수 있다. MEMS 마이크로폰에 대해, 풀인은 바이어스 전압이, 백플레이트와 멤브레인 사이의 정전기력들이 플레이트들이 함께 풀링(pulling) 및 물리적으로 터치하게 하도록 충분히 강한 포인트에 도달하는 때이다. 감도 파형(210)에 의해 도시된 바와 같이, MEMS 마이크로폰 감도는, 풀인 전압(220) 이상의 바이어스 전압이 플레이트들 중 하나에 인가되는 때에 실질적으로 감소된다.

다양한 실시예들에 따르면, 감도 파형(210)의 특징들은, 예를 들면, MEMS 마이크로폰(120)과 같은 MEMS 마이크로폰에 대한 풀인 전압(220)을 결정하기 위한 테스트에서 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, MEMS 마이크로폰(120)의 플레이트들 중 하나에 인가된 바이어스 전압이 차지 펌프(108)에 의해 증가됨에 따라, 상수인 알려진 입력 음파가 MEMS 마이크로폰(120)에 제공된다. 다양한 실시예들에 따르면, 캘리브레이션 제어기(102)는, 바이어스 전압이 증가됨에 따라, ADC(106)로부터의 전기 출력 신호를 모니터링한다. 칩상 제어 블록이, 풀인이 발생될 때 전기 출력 신호 레벨에서의 강하(drop)를 검출하고, 풀인 전압(220)의 값을 저장할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 이러한 단계들은 본 명세서에서 기술된 바와 같은 많은 실시예들을 이용하여 인터페이스 회로(110)에 의해 부분적으로 또는 전체가 수행될 수 있다.

도 3은 제조 또는 패키징 동안에 수행될 수 있는 외부 절차(310) 및 내부 절차(320)를 포함하는 실시예의 캘리브레이션 절차(300)의 흐름도를 도시한다. 내부 절차(320)는 인터페이스 회로 내에서 동시에 수행될 수 있으며, 예를 들면, 감도를 설정함으로써 MEMS 디바이스를 캘리브레이팅하기 위해 수행될 수 있다. 하나의 실시예에 따르면, 외부 절차(310)는 단계(312)에서 MEMS 디바이스를 모듈 테스터에 위치시키고, 단계(314)에서 알려진 진폭 및 주파수의 테스트 톤을 적용하고, 단계(316)에서 MEMS 디바이스 및 인터페이스 회로를 파워 온(power on)하고, 단계(318)에서 테스트를 위해 제어 신호를 설정하는 것을 포함한다. 단계(312)에서의 모듈 테스터는 마이크로폰에 연결되어 음향 테스트 신호들을 제공하도록 구성된 음향 테스트 픽스쳐 또는 테스트 유닛을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, MEMS 디바이스는 MEMS 마이크로폰(120)을 포함할 수 있고, 인터페이스 회로는 인터페이스 회로(110)를 포함할 수 있으며, 제어 신호를 설정하는 것은 제어 신호(134)를 설정하는 것을 포함할 수 있다.

특정 실시예에서, 단계(314)에서의 테스트 톤은 1kHz 주파수, 및 일반적으로 약 1 파스칼(Pascal)과 동등한 94dB SPL(sound pressure level)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 단계(318)에서 제어 신호를 설정하는 것은 특정한 시간 기간 동안 제어 신호를 어서팅(asserting)하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, (제어 신호(134)와 같은) 제어 신호는 액티브 하이 또는 액티브 로우일 수 있으며, 마이크로폰 신호가 좌측 또는 우측 스피커로 라우팅되는지를 나타내기 위해 스테레오 시스템의 정상 동작 동안에 이용된 좌측-우측(LR) 지시자 제어 입력일 수 있다. 그러한 실시예들에서, LR 입력은 캘리브레이션 절차가 수행되고 있음을 나타내기 위해 단계(318)에 대해 시작 동안에 로우로 설정될 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 단계(318)에서 제어 신호를 설정하는 것은 외부 클록 신호를 특별한 주파수로 설정하고, 내부 발진기에 비교하는 것을 또한 포함할 수 있다. 일부 실시예들은 미리 결정된 패턴에 따라 LR 입력을 설정하는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시예들은 출력 핀(output pin)을 외부적으로 하이 또는 로우로 풀링하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 인터페이스 회로에 인가된 공급 전압은 시작 조건 동안에 수정될 수 있다. 제어 신호를 설정하는 것은 테스트 톤을 적용하는 것을 포함할 수 있다. 추가적으로, 그러한 예시적인 제어 신호들의 임의의 조합이, 단계(318)에서 제어 신호를 설정하는 것의 일부로서 또한 가능하다.

일부 실시예들에서, MEMS 디바이스 및 인터페이스 회로가 단계(316)에서 파워 온될 때, 캘리브레이션 상태 머신은 내부 절차(320)의 단계(322)에서 동작을 시작한다. 그 다음, 내부 절차(320)는 단계(324)에서 캘리브레이션 타임아웃을 체크한다. 캘리브레이션이 타임아웃되지 않았다면, 캘리브레이션 시작 조건이 단계(326)에서 체크된다. 일부 실시예들에서, 시작 조건은 (제어 신호(134)와 같은) 제어 신호가 특정 값으로 설정되고/되거나 특정 톤이 MEMS 디바이스에 공급되는 것을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, LR 입력은 로우로 설정되고, 1kHz 및 94dB SPL 신호가 시작 조건 동안에 MEMS 마이크로폰에 의해 검출된다. 다양한 실시예들에 따르면, 도 1에서 퓨즈(114)에 의해 나타낸 바와 같은, 캘리브레이션 메모리 비트 또는 퓨즈 비트가, 단계(326) 동안에 체크된다. 일부 실시예들에서, 퓨즈 비트가, 캘리브레이션이 이미 발생되었음을 나타낸다면, 캘리브레이션 시작 조건은 다른 제어 신호들과는 상관없이 검출되지 않는다.

다양한 실시예들에 따르면, 단계(326)에서 시작 조건이 검출된다면, 단계(328)에서 바이어스 전압이 증가 또는 램핑되고, 도 2를 참조하여 기술된 바와 같이 단계(330)에서 감도 강하가 체크된다. 캘리브레이션 시작 조건이 검출되지 않는다면, 단계들(324, 326)은 타임아웃 또는 시작 조건이 검출될 때까지 계속적으로 반복된다. 일부 실시예들에서, 바이어스 전압이 램핑하기 시작하면, 단계들(328, 330)은 단계(330)에서 감도 강하에 의해 풀인이 검출되거나 또는 최대 바이어스 전압이 인가될 때까지 계속적으로 반복된다.

도시된 실시예에 따르면, 풀인이 검출된다면, 결정된 풀인 전압을 이용하여 단계(332)에서 고정 바이어스 전압을 계산하여 단계(334)에서 (고정 바이어스 전압을 멤브레인(124)에 적용하기 위해 차지 펌프(108)를 설정하는 것과 같이) MEMS 디바이스에 적용한다. MEMS 디바이스 및 인터페이스 회로의 감도는 단계(336)에서 타겟 감도 범위에 대해 테스트 및 비교될 수 있다. 일부 실시예들에서, 감도가 타겟 감도 범위 내에 있지 않다면, 단계(338)에서 증폭기 이득이 조절되고, 감도는 단계(340)에서 두번째로 타겟 감도에 대하여 테스트 및 비교될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 감도가 단계(336) 또는 단계(340)에서의 타겟 감도 범위 내에 있다면, 임의의 캘리브레이션 절차가 그 이후에 수행되는 것을 방지하는 차단(sealing) 단계(342)가 수행될 수 있다. 단계(342)는 캘리브레이션 상태 머신에 연결될 수 있는 퓨즈를 설정하는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 단계(342)는 플래시 메모리와 같은 비일시적 메모리에서 값을 설정하는 것을 포함할 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 내부 절차(320)의 마지막 단계들은 단계(344)에서 캘리브레이션 상태 머신을 스위칭 오프하고, 단계(346)에서 정상적인 MEMS 디바이스 및 인터페이스 회로 동작으로 진입하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 캘리브레이션 상태 머신은 캘리브레이션 제어기(102)이거나, 또는 캘리브레이션 제어기(102)에 포함될 수 있다. 인터페이스 회로(110)가 아날로그 출력(130)을 제공하는 대안적인 실시예에서, 단계(344)는 캘리브레이션 상태 머신에 연결된 (일부 실시예들에서 ADC와 같은) 측정 회로에 대한 전력을 셧 오프(shut off)할 수도 있다. 캘리브레이션 절차(300)의 일부로서 기술된 단계들은 다양한 상이한 순서들로 수행될 수 있으며, 추가적인 단계들 또는 더 적은 단계들을 포함하도록 수정될 수 있다. 다양한 조합들, 순서들 및 수정들은 본 명세서에서 기술된 실시예들의 영역 내에 속하는 것이다.

도 4는 디지털 제어 로직(402), 임계값 비교기(404), 바이어스 전압 레지스터(406) 및 이득 레지스터(408)를 포함하는 실시예의 캘리브레이션 제어기(400)의 블록도를 도시한다. 다양한 실시예들에 따르면, 캘리브레이션 제어기(400)는 (MEMS 마이크로폰(120)과 같은) MEMS 디바이스에 대해 (캘리브레이션 절차(300)와 같은) 캘리브레이션 절차를 수행하며, 캘리브레이션 제어기(102)의 구현일 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 디지털 제어 로직(402)은 상태 레지스터들, 다음 상태 로직 및 출력 로직을 갖는 상태 머신을 포함할 수 있다. 디지털 제어 로직(402)은 클록 신호(416)에 의해 클록킹되는 동기 상태 머신으로서 구현될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 디지털 제어 로직은 시작 조건 검출에 대응할 수 있는 제어 신호(418)를 수신한다. 특정 실시예에서, 제어 신호(418)는 마이크로폰 시스템에 대한 좌측-우측 제어 신호일 수 있다. 디지털 제어 로직(402)은 예를 들면, 도 1에서의 퓨즈(114)와 같은 캘리브레이션 메모리 비트 또는 퓨즈 비트로부터 발생될 수 있는 캘리브레이션 비트(420)를 또한 수신한다. 일부 실시예들에서, 캘리브레이션 비트(420)는 캘리브레이션 절차가 수행되었음을 나타내며, 추가의 캘리브레이션 절차들을 방지할 수 있다.

도시된 실시예에서, 디지털 제어 로직(402)은 MEMS 디바이스의 출력 레벨과 관련된 정보를 디지털 제어 블록(402)에 제공하는 임계값 비교기(404)에 연결된다. 임계값 비교기(404)는 진폭 입력(410)으로부터 출력 레벨에 관한 정보를 수신한다. 하나의 실시예에서, 진폭 입력(410)은 도 1에서의 ADC(106)와 같은 측정 회로로부터 시작될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 임계값 비교기(404)는 출력 레벨이 타겟 범위 내에 있음을 나타내는 비교 결과를 디지털 제어 로직(402)에 제공할 수 있다. 임계값 비교기(402)는 고정 타겟 범위 또는 프로그래밍가능한 타겟 범위를 가질 수 있다.

도시된 실시예에 따르면, 디지털 제어 로직(402)은 바이어스 전압 레지스터(406) 및 이득 레지스터(408)에 연결되며, 캘리브레이션 상태 머신을 구현함으로써 캘리브레이션 절차(300)을 수행하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 디지털 제어 로직(402)은 임계값 비교기(404)에 의해 제공된 정보에 기초하여 (MEMS 마이크로폰(120)과 같은) MEMS 디바이스의 감도 및 풀인 전압을 결정하고, 바이어스 전압 레지스터(406) 및 이득 레지스터(408)를 각각 이용하여 바이어스 전압 값 및/또는 이득 값을 설정하도록 구성될 수 있다. 설정된 바이어스 전압 값 및 이득 값은 출력들(412, 414)을 통해 각각 가변 전압 바이어스 생성기 및 가변 이득 증폭기에 제공될 수 있다.

특정한 예에서, 바이어스 전압 레지스터(406)는 출력(412)을 통해 도 1에서의 차지 펌프(108)에 바이어스 전압 값을 제공하고, 이득 레지스터(408)는 출력(414)을 통해 도 1에서의 증폭기(104)에 이득 값을 제공한다. 바이어스 전압 레지스터(406) 및 이득 레지스터(408)에 의해 공급된 특정한 값들은, 캘리브레이션 절차(300)와 같은 캘리브레이션 절차에 기초하여 디지털 제어 로직(402)에 의해 선택된다. 다양한 실시예들에 따르면, 절차(300)에 따른 캘리브레이션 상태 머신은 본 기술 분야의 당업자에게 알려져 있는 다양한 기술들 및 구성요소들을 이용하여 디지털 제어 로직(402)에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 캘리브레이션 상태 머신은 레지스터들, 다음 상태 로직 및 출력 로직을 포함할 수 있고, 그것은 미얼리(Mealy) 또는 무어(Moore) 머신으로서 구현될 수 있고/있거나, 특정한 비교, 계산 또는 다른 단계들을 위한 다양한 기능적인 아날로그 또는 디지털 블록들을 포함할 수 있다.

도 5(a) 및 5(b)는 MEMS 디바이스에 대한 바이어스 전압을 설정하기 위한 캘리브레이션 단계(500) 및 캘리브레이션 단계(501)를 포함하는 실시예의 캘리브레이션 방법의 파형도들을 도시한다. 특정 실시예들에서, 캘리브레이션 단계들(500, 501)은 차지 펌프(108)에 의해 도 1에서의 MEMS 마이크로폰(120)의 멤브레인(124)에 공급된 바이어스 전압을 설정하기 위해 적용될 수 있다. 도 5(a) 및 5(b)는 인가된 바이어스 전압이 증가됨에 따라 MEMS 마이크로폰에 대한 감도 파형(510)을 도시한다. 다양한 실시예들에서, 캘리브레이션 단계들(500, 501)은 도 3에서의 단계들(328-338)에 대응할 수 있고, 캘리브레이션 절차 동안에 (단계(334)에서와 같은) 바이어스 전압 및 (단계(338)에서와 같은) 증폭기 이득을 설정하기 위해 수행될 수 있다. 도 5(a)는 풀인 전압(520) 및 피크 감도(522)로부터 떨어져 있는 바이어스 전압을 갖는 타겟 감도(512)를 도시한다. 그러한 실시예에서, 바이어스 전압은 감도를 타겟 감도(512) 주변의 범위 내로 설정하기 위해 MEMS 마이크로폰에 대해 선택될 수 있다.

도 5(b)는 풀인 전압(520)에 보다 가까운 바이어스 전압을 갖는 타겟 감도(512)를 도시한다. 그러한 실시예에서, 바이어스 전압은 풀인 전압(520)으로부터 더 떨어지도록 조절될 수 있다. 바이어스 전압을 보다 낮게 설정하는 것은 MEMS 마이크로폰이 보다 낮은 감도(514)를 갖도록 한다. 특정 실시예에서, 바이어스 전압은 풀인 전압(520)의 70%보다 크지 않도록 설정된다. 다른 실시예들에서, 바이어스 전압은 풀인 전압(520)의 임의의 퍼센티지로 설정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 설정된 바이어스 전압이 보다 낮은 감도(514)를 생성할 때, 증폭기 이득은 시스템 감도를, 바이어스 전압을 증가시키지 않고서, 타겟 감도(512)의 레벨까지 증가시키도록 설정될 수 있다. 특정한 예에서, 증폭기(104)에 대한 증폭기 이득 G는 캘리브레이션 제어기(102) 또는 캘리브레이션 제어기(400)의 출력에 의해 설정될 수 있다.

도 6은 MEMS 마이크로폰(620) 및 인터페이스 회로(610)를 포함하며, 아날로그 출력(630)을 제공하는 다른 실시예의 트랜스듀서 시스템(600)의 개략도를 도시한다. 출력(630)은 아날로그 출력이기 때문에, ADC(606)가 증폭기(604)와 출력(630) 사이에 위치되지 않는다. ADC(606)는 임의의 타입의 측정 회로를 포함하고, 캘리브레이션 절차 동안 출력 신호 정보를 캘리브레이션 제어기(602)에게 제공할 수 있다. 다양한 실시예들에서, ADC(606)는 캘리브레이션 이후의 정상 동작 동안에 디스에이블 또는 파워 오프될 수 있다. 일부 실시예들에서, ADC(606)는 도 1에서의 ADC(106)보다는 더욱 느리거나 또는 단순한 ADC로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서의 ADC(106)는 (예를 들면, 높은 동적 범위를 갖는) 고품질 오디오 성능을 제공하기 위해 후필터링(post-filtering)을 갖는 보다 높은 차수의 시그마-델타 ADC를 이용하여 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, ADC(606)는 출력 디지털 신호를 제공하지 않기 때문에, ADC(606)는 단지 진폭 정보만을 제공할 수 있고, 단순한, 저전력, 연속적 근사화 ADC로 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, ADC(606)는 디지털화된 출력을 갖는 아날로그 진폭 검출 회로일 수 있다. 도 6에 도시된 다른 구성요소들은, 도 1을 참조하여 기술된 구성요소들과 유사한 기능을 가질 수 있다.

도 7은 MEMS 디바이스 및 인터페이스 회로를 캘리브레이팅하기 위한 단계들(710, 720, 730, 740)을 포함하는 실시예의 캘리브레이션 방법(700)의 블록도를 도시한다. 단계(710)는 캘리브레이션을 위해 알려진 기준 신호를 MEMS 디바이스에 인가하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, MEMS 디바이스는 MEMS 마이크로폰이고, 기준 신호는 1kHz 및 94dB SPL 톤일 수 있다. 다른 주파수들 및 압력 레벨들이 이용될 수도 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 단계들(720, 730, 740)은 인터페이스 회로에 의해 수행될 수 있으며, 구체적으로는, 인터페이스 회로 내의 캘리브레이션 상태 머신에 의해 수행될 수 있다. 단계(720)는 시작 조건을 검출하는 것을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 시작 조건은 기록 보호 메모리를 체크하고, 리셋 이후의 타임아웃을 체크하고, 제어 신호를 체크하고, 및/또는 특정 톤(예를 들면, 1kHz 톤)을 검출하는 것을 포함할 수 있다. 제어 신호들 및 시작 조건은 이전의 도면들을 참조하여 기술된 요소들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 특히, 도 3에서의 단계들(318, 326)을 참조하여 기술된 실시예들은 단계(720)의 시작 조건에 포함될 수 있다. 단계(730)는 특정 감도를 설정하기 위해 MEMS 디바이스에 인가할 바이어스 전압을 결정하는 것을 포함한다. 바이어스 전압을 결정하는 것은 풀인 전압을 결정하고, 풀인 전압의 일부 퍼센티지인 바이어스 전압을 선택하는 것을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 바이어스 전압은 풀인 전압의 70%로서 선택된다. 단계(740)는 결정된 바이어스 전압을 MEMS 디바이스에 인가하는 것을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 바이어스 전압을 MEMS 디바이스에 공급하는 것은 MEMS 마이크로폰에 연결된 바이어스 생성기의 값을 메모리로부터의 값으로 설정하는 것을 포함할 수 있다. 추가적인 실시예들은 증폭기 이득을 설정하고, MEMS 디바이스 및 인터페이스 회로의 감도를 함께 측정하는 것을 포함할 수 있다(도시되지 않음).

다양한 실시예들에 따르면, 인터페이스 회로는 트랜스듀서에 연결되도록 구성된 가변 전압 바이어스 생성기, 트랜스듀서의 출력에 연결되도록 구성된 측정 회로, 및 바이어스 생성기 및 측정 회로에 연결된 캘리브레이션 제어기를 포함한다. 측정 회로는 트랜스듀서의 출력 진폭을 측정하도록 구성되고, 캘리브레이션 제어기는 오토-캘리브레이션 시퀀스 동안 트랜스듀서 및 인터페이스 회로의 감도를 설정하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, 인터페이스 회로는 트랜스듀서를 포함한다. 캘리브레이션 제어기는 캘리브레이션 시퀀스 시작 조건을 검출하고, 트랜스듀서의 풀인 전압을 결정하고, 풀인 전압에 기초하여 고정 바이어스 전압을 결정하고, 고정 바이어스 전압을 트랜스듀서에 공급하도록 구성될 수 있다. 인터페이스 회로는 트랜스듀서, 캘리브레이션 제어기 및 측정 회로에 연결되도록 구성된 증폭기를 또한 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 측정 회로는 ADC를 포함한다. 캘리브레이션 제어기는 트랜스듀서 및 인터페이스 회로의 감도를 결정하고, 만약 감도가 타겟 감도 범위 내에 있지 않은 경우 증폭기 이득을 조절하도록 또한 구성될 수 있다.

일부 실시예들에서, 트랜스듀서는 증폭기에 연결된 제1 용량성 플레이트 및 바이어스 생성기에 연결된 제2 용량성 플레이트를 포함한다. 인터페이스 회로는 제1 용량성 플레이트 및 증폭기에 연결된 바이어스 전압원을 또한 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 바이어스 생성기, 측정 회로 및 캘리브레이션 제어기는 모두 동일한 집적 회로 상에 디포즈(deposed)된다. 캘리브레이션 제어기는 바이어스 생성기에 연결된 디지털 제어 로직을 포함할 수 있다. 캘리브레이션 제어기는 디지털 제어 로직에 연결된 바이어스 전압 메모리, 및 디지털 제어 로직 및 측정 회로에 연결된 임계값 비교기를 더 포함할 수 있다. 인터페이스 회로는 제1 오토-캘리브레이션 시퀀스가 수행된 후에 오토-캘리브레이션 시퀀스를 디스에이블시키도록 구성되는 기록 보호 퓨즈를 또한 포함할 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 트랜스듀서를 캘리브레이팅하는 방법은 캘리브레이션을 위해 기준 입력 신호를 트랜스듀서에 공급하고, 오토-캘리브레이션 절차를 수행하는 것을 포함한다. 오토-캘리브레이션 절차는 캘리브레이션 절차 시작 조건을 검출하고, 고정 바이어스 전압을 결정하고, 고정 바이어스 전압을 트랜스듀서에 공급하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 방법은 오토-캘리브레이션 인터페이스 회로를 트랜스듀서에 부착하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 고정 바이어스 전압을 결정하는 것은 트랜스듀서의 풀인 전압을 결정하고, 풀인 전압에 기초하여 고정 바이어스 전압을 계산하는 것을 포함한다.

다른 실시예들에 따르면, 방법은 첫번째로 트랜스듀서의 감도를 결정하고, 만약 감도가 타겟 감도 범위 내에 있지 않은 경우 증폭기 이득을 조절하는 것을 또한 포함할 수 있다. 방법은 두번째로 트랜스듀서의 감도를 결정하고, 두번째로 계산된 감도가 타겟 감도 범위 내에 있을 때 추가의 캘리브레이션을 방지하는 것을 포함할 수 있다. 방법은 두번째로 계산된 감도가 타겟 감도 범위 내에 있지 않을 때 실패된 캘리브레이션을 나타내는 것을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 캘리브레이션 절차 시작 조건을 검출하는 것은 캘리브레이션 메모리 비트를 체크하고, 제1 제어 신호 값을 검출하는 것을 포함한다. 캘리브레이션 절차 시작 조건을 검출하는 것은 캘리브레이션 메모리 비트를 체크하고, 기준 입력 신호를 검출하는 것을 또한 포함할 수 있다. 기준 입력 신호는 제1 주파수 및 제1 음압 레벨을 갖는 톤을 포함할 수 있다.

다양한 실시예들에서, 방법은 트랜스듀서에 공급된 바이어스 전압을 교번적으로 증가시키고, 기준 입력 신호를 공급함으로써 생성된 출력 신호를 측정하고, 측정된 출력 신호가 감소되는 제1 임계값을 검출하고, 제1 임계값에 기초하여 고정 바이어스 전압을 계산하는 것을 포함한다. 또한, 방법은 첫번째로 트랜스듀서의 감도를 결정하고, 만약 감도가 타겟 감도 범위 내에 있지 않은 경우 증폭기 이득을 조절하고, 두번째로 트랜스듀서의 감도를 결정하고, 만약 두번째로 계산된 감도가 타겟 감도 범위 내에 있는 경우 추가의 캘리브레이션을 방지하고, 만약 두번째로 계산된 감도가 타겟 감도 범위 내에 있지 않은 경우 실패된 캘리브레이션을 나타내는 것을 포함할 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 트랜스듀서 시스템은 제1 단자를 갖는 백플레이트 및 제2 단자를 갖는 멤브레인을 갖는 MEMS 마이크로폰 및 오토-캘리브레이팅 인터페이스 회로를 포함한다. 오토-캘리브레이팅 인터페이스 회로는 ADC, 제2 단자에 연결된 바이어스 생성기, 및 바이어스 생성기에 연결된 캘리브레이션 상태 머신을 포함할 수 있다. 바이어스 생성기는 MEMS 마이크로폰의 풀인 전압을 결정하고, 결정된 풀인 전압에 기초하여 바이어스 생성기를 설정하는 것을 포함하는 오토-캘리브레이션 절차를 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, ADC, 바이어스 생성기 및 캘리브레이션 상태 머신은 동일한 집적 회로 상에 디포즈된다.

트랜스듀서 시스템은 제1 단자에 연결된 증폭기 및 ADC를 또한 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 캘리브레이션 상태 머신은 증폭기에 연결되고, 트랜스듀서 및 인터페이스 회로의 감도를 타겟 감도 범위와 비교하고, 만약 트랜스듀서 및 인터페이스 회로의 감도가 타겟 감도 범위 밖에 있는 경우 증폭기 이득을 변경하도록 구성될 수 있다. 캘리브레이션 상태 머신은 바이어스 생성기에 연결된 디지털 제어 로직, 디지털 제어 로직에 연결된 바이어스 전압 메모리, 및 디지털 제어기 로직 및 ADC에 연결된 임계값 비교기를 포함할 수 있다. 캘리브레이션 상태 머신은 디지털 제어 로직에 연결된 증폭기 이득 메모리를 또한 포함할 수 있고, 디지털 제어 로직은 증폭기에 연결될 수 있다. 다양한 실시예들에서, MEMS 마이크로폰 및 오토-캘리브레이팅 인터페이스 회로는 동일한 집적 회로 상에 디포즈된다.

일부 실시예들의 이점들은 외부의 측정 및/또는 캘리브레이션 장비를 이용하지 않고서 오디오 시스템의 신호 경로를 캘리브레이팅하는 능력을 포함한다. 특히, 인터페이스 칩 상에 구현된 외부 인터페이스 제어기, 외부 제어 스위치 및 외부 인터페이스 회로는, 일부 실시예들에서 캘리브레이션을 수행하지 않아도 된다. 일부 실시예들의 다른 이점은, 외부 테스터에 의해 초래된 과도한 인터페이스 버스 트래픽없이 발생되는 캘리브레이션 프로세스의 대부분으로 인한 짧은 테스트 시간이다.

본 발명은 예시된 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 그러한 설명은 제한적인 의미로 고려되지 않는다. 예시적인 실시예들의 다양한 수정들 및 조합들 뿐만 아니라 본 발명의 다른 실시예들이, 그러한 설명을 참조함으로써 본 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구항들은 임의의 그러한 수정들 또는 실시예들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

트랜스듀서에 연결되도록 구성된 가변 전압 바이어스 생성기와,
상기 트랜스듀서의 출력에 연결되도록 구성된 측정 회로 － 상기 측정 회로는 상기 트랜스듀서의 출력 진폭을 측정하도록 구성됨 － 와,
상기 바이어스 생성기 및 상기 측정 회로에 연결된 캘리브레이션 제어기 － 상기 캘리브레이션 제어기는 오토-캘리브레이션 시퀀스 동안 상기 트랜스듀서 및 인터페이스 회로의 감도를 설정하도록 구성됨 － 를 포함하는
인터페이스 회로.
트랜스듀서와,
상기 트랜스듀서에 연결되도록 구성된 가변 전압 바이어스 생성기와,
상기 트랜스듀서의 출력에 연결되도록 구성된 측정 회로 － 상기 측정 회로는 상기 트랜스듀서의 출력 진폭을 측정하도록 구성됨 － 와,
상기 바이어스 생성기 및 상기 측정 회로에 연결된 캘리브레이션 제어기 － 상기 캘리브레이션 제어기는 오토-캘리브레이션 시퀀스 동안 상기 트랜스듀서 및 인터페이스 회로의 감도를 설정하도록 구성됨 － 를 포함하는
인터페이스 회로.
제2항에 있어서,
상기 캘리브레이션 제어기는 또한,
캘리브레이션 시퀀스 시작 조건을 검출하고,
상기 트랜스듀서의 풀인 전압(pull-in voltage)을 결정하고,
상기 풀인 전압에 기초하여 고정 바이어스 전압을 결정하고,
상기 고정 바이어스 전압을 상기 트랜스듀서에 공급하도록 구성되는
인터페이스 회로.
제3항에 있어서,
상기 트랜스듀서, 상기 캘리브레이션 제어기 및 상기 측정 회로에 연결되도록 구성된 증폭기를 더 포함하는
인터페이스 회로.
제4항에 있어서,
상기 측정 회로는 ADC(analog to digital converter)를 포함하는
인터페이스 회로.
제4항에 있어서,
상기 캘리브레이션 제어기는 또한,
상기 트랜스듀서 및 인터페이스 회로의 감도를 결정하고,
상기 감도가 타겟 감도 범위 내에 있지 않은 경우 상기 증폭기의 이득을 조절하도록 구성되는
인터페이스 회로.
제4항에 있어서,
상기 트랜스듀서는 상기 증폭기에 연결된 제1 용량성 플레이트 및 상기 바이어스 생성기에 연결된 제2 용량성 플레이트를 포함하는
인터페이스 회로.
제7항에 있어서,
상기 제1 용량성 플레이트 및 상기 증폭기에 연결된 바이어스 전압원을 더 포함하는
인터페이스 회로.
제1항에 있어서,
상기 바이어스 생성기, 상기 측정 회로 및 상기 캘리브레이션 제어기는 모두 동일한 집적 회로 상에 디포즈(deposed)되는
인터페이스 회로.
제1항에 있어서,
상기 캘리브레이션 제어기는 상기 바이어스 생성기에 연결된 디지털 제어 로직을 포함하는
인터페이스 회로.
제10항에 있어서,
상기 캘리브레이션 제어기는,
상기 디지털 제어 로직에 연결된 바이어스 전압 메모리와,
상기 디지털 제어 로직 및 상기 측정 회로에 연결된 임계값 비교기를 더 포함하는
인터페이스 회로.
제1항에 있어서,
제1 오토-캘리브레이션 시퀀스가 수행된 후에 상기 오토-캘리브레이션 시퀀스를 디스에이블시키도록 구성되는 기록 보호 퓨즈를 더 포함하는
인터페이스 회로.
트랜스듀서를 캘리브레이팅(calibrating)하는 방법으로서,
캘리브레이션을 위해 기준 입력 신호를 상기 트랜스듀서에 공급하는 단계 － 상기 기준 입력 신호는 오디오 신호임 － 와,
오토-캘리브레이션 절차를 수행하는 단계를 포함하고,
상기 오토-캘리브레이션 절차를 수행하는 단계는,
캘리브레이션 절차 시작 조건을 검출하는 단계와,
고정 바이어스 전압을 결정하는 단계와,
상기 고정 바이어스 전압을 상기 트랜스듀서에 공급하는 단계를 포함하는
트랜스듀서 캘리브레이팅 방법.
제13항에 있어서,
오토-캘리브레이팅 인터페이스 회로를 상기 트랜스듀서에 연결하는 단계를 더 포함하는
트랜스듀서 캘리브레이팅 방법.
제13항에 있어서,
상기 고정 바이어스 전압을 결정하는 단계는,
상기 트랜스듀서의 풀인 전압을 결정하는 단계와,
상기 풀인 전압에 기초하여 고정 바이어스 전압을 계산하는 단계를 포함하는
트랜스듀서 캘리브레이팅 방법.
제13항에 있어서,
첫번째로 상기 트랜스듀서의 감도를 결정하는 단계와,
상기 감도가 타겟 감도 범위 내에 있지 않은 경우 증폭기 이득을 조절하는 단계를 더 포함하는
트랜스듀서 캘리브레이팅 방법.
제16항에 있어서,
두번째로 상기 트랜스듀서의 상기 감도를 결정하는 단계와,
두번째로 계산된 상기 감도가 타겟 감도 범위 내에 있을 때 추가의 캘리브레이션을 방지하는 단계를 더 포함하는
트랜스듀서 캘리브레이팅 방법.
제17항에 있어서,
두번째로 계산된 상기 감도가 타겟 감도 범위 내에 있지 않을 때 실패된 캘리브레이션을 나타내는 단계를 더 포함하는
트랜스듀서 캘리브레이팅 방법.
제13항에 있어서,
상기 캘리브레이션 절차 시작 조건을 검출하는 단계는, 캘리브레이션 메모리 비트를 체크하고 제1 제어 신호 값을 검출하는 단계를 포함하는
트랜스듀서 캘리브레이팅 방법.
제13항에 있어서,
상기 캘리브레이션 절차 시작 조건을 검출하는 단계는, 캘리브레이션 메모리 비트를 체크하고 상기 기준 입력 신호를 검출하는 단계를 포함하는
트랜스듀서 캘리브레이팅 방법.
제20항에 있어서,
상기 기준 입력 신호는 제1 주파수 및 제1 음압 레벨을 갖는 톤을 포함하는
트랜스듀서 캘리브레이팅 방법.
제13항에 있어서,
상기 트랜스듀서에 공급된 바이어스 전압을 교번적으로 증가시키고, 상기 기준 입력 신호를 공급함으로써 생성된 출력 신호를 측정하는 단계와,
상기 측정된 출력 신호가 감소되는 제1 임계값을 검출하는 단계와,
상기 제1 임계값에 기초하여 고정 바이어스 전압을 계산하는 단계와,
첫번째로 상기 트랜스듀서의 감도를 결정하는 단계와,
상기 감도가 타겟 감도 범위 내에 있지 않은 경우 증폭기 이득을 조절하는 단계와,
두번째로 상기 트랜스듀서의 감도를 결정하는 단계와,
두번째로 계산된 상기 감도가 타겟 감도 범위 내에 있는 경우 추가의 캘리브레이션을 방지하는 단계와,
두번째로 계산된 상기 감도가 타겟 감도 범위 내에 있지 않은 경우 실패된 캘리브레이션을 나타내는 단계를 더 포함하는
트랜스듀서 캘리브레이팅 방법.
제1 단자를 갖는 백플레이트 및 제2 단자를 갖는 멤브레인을 갖는 MEMS(microelectromechanical system) 마이크로폰과,
오토-캘리브레이팅 인터페이스 회로를 포함하고,
상기 오토-캘리브레이팅 인터페이스 회로는,
ADC(analog to digital converter)와,
상기 제2 단자에 연결된 바이어스 생성기와,
상기 바이어스 생성기에 연결되어, 오토-캘리브레이션 절차를 수행하도록 구성된 캘리브레이션 상태 머신을 포함하며,
상기 오토-캘리브레이션 절차는,
상기 MEMS 마이크로폰의 풀인 전압을 결정하는 것과,
상기 결정된 풀인 전압에 기초하여 상기 바이어스 생성기를 설정하는 것을 포함하고,
상기 ADC, 상기 바이어스 생성기 및 상기 캘리브레이션 상태 머신은 동일한 집적 회로 상에 디포즈되는
트랜스듀서 시스템.
제23항에 있어서,
상기 제1 단자 및 상기 ADC에 연결된 증폭기를 더 포함하는
트랜스듀서 시스템.
제24항에 있어서,
상기 캘리브레이션 상태 머신은 상기 증폭기에 연결되며, 또한
상기 트랜스듀서 및 인터페이스 회로의 감도를 타겟 감도 범위와 비교하고,
상기 트랜스듀서 및 인터페이스 회로의 감도가 상기 타겟 감도 범위 밖에 있는 경우 상기 증폭기의 이득을 변경하도록 구성되는
트랜스듀서 시스템.
제24항에 있어서,
상기 캘리브레이션 상태 머신은,
상기 바이어스 생성기에 연결된 디지털 제어 로직과,
상기 디지털 제어 로직에 연결된 바이어스 전압 메모리와,
상기 디지털 제어 로직 및 상기 ADC에 연결된 임계값 비교기를 포함하는
트랜스듀서 시스템.
제26항에 있어서,
상기 캘리브레이션 상태 머신은 상기 디지털 제어 로직에 연결된 증폭기 이득 메모리를 더 포함하고, 상기 디지털 제어 로직은 상기 증폭기에 연결되는
트랜스듀서 시스템.
제23항에 있어서,
상기 MEMS 마이크로폰 및 상기 오토-캘리브레이팅 인터페이스 회로는 동일한 집적 회로 상에 디포즈되는
트랜스듀서 시스템.