KR101710751B1 - 증폭기의 증폭 이득을 제어하는 장치와 방법, 및 디지타이저 회로와 마이크로폰 조립체 - Google Patents

증폭기의 증폭 이득을 제어하는 장치와 방법, 및 디지타이저 회로와 마이크로폰 조립체 Download PDF

Info

Publication number
KR101710751B1
KR101710751B1 KR1020140058616A KR20140058616A KR101710751B1 KR 101710751 B1 KR101710751 B1 KR 101710751B1 KR 1020140058616 A KR1020140058616 A KR 1020140058616A KR 20140058616 A KR20140058616 A KR 20140058616A KR 101710751 B1 KR101710751 B1 KR 101710751B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
representation
signal
dynamic range
microphone
high dynamic
Prior art date
Application number
KR1020140058616A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140135128A (ko
Inventor
디에트마르 스트라에우스니그
안드레아스 비에스바우어
Original Assignee
인피니언 테크놀로지스 아게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인피니언 테크놀로지스 아게 filed Critical 인피니언 테크놀로지스 아게
Publication of KR20140135128A publication Critical patent/KR20140135128A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101710751B1 publication Critical patent/KR101710751B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G1/00—Details of arrangements for controlling amplification
    • H03G1/0005—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal
    • H03G1/0017—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers without distortion of the input signal
    • H03G3/20—Automatic control
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/038—Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G7/00—Volume compression or expansion in amplifiers
    • H03G7/06—Volume compression or expansion in amplifiers having semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/04—Microphones

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)

Abstract

아날로그/디지털 변환기에 대해 높은 동적 범위 신호를 증폭하는 증폭기의 증폭 이득을 제어하는 제어기는, 상기 높은 동적 범위 신호의 표현을 수신하도록 구성된 입력 인터페이스와, 상기 높은 동적 범위 신호보다 낮은 신호 진폭을 갖는 상기 높은 동적 범위 신호의 낮은 진폭 표현을 제공하도록 구성된 신호 압축기를 포함한다. 비교기는 상기 낮은 진폭 표현의 상기 신호 진폭을 사전 결정된 임계치와 비교하도록 구성되고, 출력 인터페이스는 상기 증폭기에 제어 신호를 제공하되, 상기 제어 신호는, 상기 낮은 진폭 표현의 상기 신호 진폭이 상기 사전 결정된 임계치를 초과하는 경우 상기 증폭 이득이 낮아지도록 상기 증폭기의 상기 증폭 이득을 제어하도록 구성된다.

Description

증폭기의 증폭 이득을 제어하는 장치와 방법, 및 디지타이저 회로와 마이크로폰 조립체{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING AN AMPLIFICATION GAIN OF AN AMPLIFIER, AND A DIGITIZER CIRCUIT AND MICROPHONE ASSEMBLY}
실시예는 증폭기의 증폭 이득을 제어하는 장치 및 방법, 예를 들어, 마이크로폰 조립체의 디지타이저 회로(digitizer circuit) 내에서 사용되는 증폭기를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 본 기술 분야의 선행 문헌으로는 미국특허공개공보 US2005/0123152호가 있다.
가변 증폭기의 증폭 이득이 제어되는 애플리케이션은 다양하다. 디지타이저 회로에서, 가변 증폭기는 후속의 아날로그/디지털 변환기에 대한 아날로그 신호를 전치 증폭하는데 사용될 수 있다. 디지털화될 아날로그 신호는 상당한 양만큼 변화하는 진폭에 대응하는 높은 동적 범위(high dynamic range)를 갖는 경우, 그 동적 범위 외부에서 아날로그/디지털(A/D) 변환기를 동작시키지 않도록 하기 위해 증폭기의 증폭 이득을 조정하는 것이 필요할 수 있다. 즉, A/D 변환기의 포화가 방지되어야 한다. A/D 변환기의 포화는 A/D 변환기에 의해 제공되는 디지털 신호의 검사에 의해 검출될 수 있다. 디지털 신호의 후속의 샘플이 A/D 회로의 최대 디지털 값을 갖는 경우, A/D 변환기는, A/D 변환기의 능력 또는 범위를 넘어서는 진폭을 갖는 아날로그 신호로 동작되는 것으로 가정할 수 있다. A/D 변환기가 포화되려고 하는지를 검출하기 위해, 예를 들어, 예측 필터와 같이, 디지털 도메인에서 보다 복잡한 기준을 사용할 수 있다 하더라도, 특히 높은 동적 범위 및 높은 슬루 레이트(slew-rates)를 갖는 신호가 있는 경우에, 포화를 방지하기 위해 검출이 너무 길게 취해질 수 있다. 높은 슬루 레이트를 갖는 신호는 짧은 시간 구간에 걸쳐 강하게 변화하는 진폭을 갖는다. 따라서, A/D 변환기의 포화를 방지하기 위해 시간적으로 충분하게 증폭기의 증폭 이득을 구성할 수 없으며, 이는, 예를 들어, 마이크로폰의 신호가 디지털화되어야 하는 경우, 디지털 도메인에서 신호 품질의 저하를 초래할 수 있다. 이로 인해, 예를 들어, 단상 토론(podium discussion) 동안 또는 전화 회의 내에서 청취자가 발화자의 음성을 더 이상 이해할 수 없게 될 수 있다.
따라서, 높은 동적 범위로 신호를 증폭하는 증폭기의 증폭 이득의 제어를 향상할 필요가 있다.
실시예는 아날로그/디지털 변환기에 대해 높은 동적 범위 신호를 증폭하는 증폭기의 증폭 이득을 제어하는 제어기에 관한 것으로, 상기 제어기는 상기 높은 동적 범위 신호의 표현(representation)을 수신하도록 구성된 입력 인터페이스를 포함한다. 상기 제어기의 신호 압축기는 높은 동적 범위 신호의 낮은 진폭 표현을 제공하되, 상기 낮은 진폭 표현이 높은 동적 범위 신호보다 낮은 신호 진폭을 갖도록 구성된다. 비교기는 낮은 진폭 표현의 신호 진폭을 사전 결정된 임계치와 비교하도록 구성되고, 상기 제어기의 출력 인터페이스는 낮은 진폭 표현의 신호 진폭이 사전 결정된 임계치를 초과하는 경우 증폭기의 증폭 이득을 낮추도록 구성되는 제어 신호를 증폭기에 제공하도록 구성된다.
즉, 높은 동적 범위 신호의 낮은 진폭 표현은 증폭기의 이득이 변경되는 조건을 결정하는데 사용된다. 이것은 반도체 영역의 과도한 양을 필요로 하지 않고 비용 효율적인 방식으로 심지어 높은 슬루 레이트를 갖는 신호에 대해서도 증폭기의 이득을 적절하게 구성할 수 있다.
몇몇 다른 실시예에 따르면, 디지타이저 회로는 높은 동적 범위 신호를 수신하도록 구성된 입력 인터페이스와, 높은 동적 범위 신호를 수신하고, 높은 동적 범위 신호의 증폭된 표현을 제공하도록 구성된 증폭기를 포함하며, 증폭기는 증폭 이득을 제어하는 실시예의 제어기에 의해 제어된다. 증폭기의 증폭 이득이 높은 동적 범위 신호의 낮은 진폭 표현에 근거하여 조정되는 조건을 도출하는 제어기를 사용함으로써, 디지타이저 회로의 하나의 실시예를 사용하여 특정 구현예에 따라 A/D 변환기를 조정할 필요 없이 거의 모든 소스로부터의 아날로그 신호를 디지털화할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 마이크로폰 조립체는 그 출력에서의 높은 동적 범위 신호를 제공하도록 동작 가능한 마이크로폰과, 높은 동적 범위 신호의 디지털 표현을 제공하는 실시예의 디지타이저 회로를 포함한다. 이것은 디지털화되는 사운드가 매우 높은 사운드 압력(sound pressure : SP) 레벨(SPL) 또는 SPL의 변형을 갖는다 하더라도, 왜곡 없이 마이크로폰 신호를 디지털화할 수 있다. 또한, 이것은, 예를 들어, 몇몇 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System) 마이크로폰과 같이 그 구성으로 인해 내재하는 높은 동적 범위를 갖는 신호를 제공하는 마이크로폰을 이용하여 통합된 디바이스를 제공할 수 있다.
마이크로폰 조립체의 또 다른 실시예는, 제 1 출력에서의 높은 동적 범위 신호 및 제 2 출력에서의 높은 동적 범위 신호의 낮은 진폭 표현을 제공하도록 동작 가능한 마이크로폰을 포함한다. 즉, 증폭되는 신호는 마이크로폰에 의해 제공되고, 동일한 시간에서, 증폭되고 디지털화되는 높은 동적 범위 신호의 낮은 진폭 표현은 동일한 마이크로폰에 의해 또한 제공된다. 이것은 디지타이저 회로 자체 내에서 낮은 진폭 표현을 생성할 필요 없이 이것을 직접 제공함으로써 사용되는 디지타이저 회로의 특히 비용 효율적인 구현을 가능하게 한다. 이는, 예를 들어, MEMS 마이크로폰을 적절히 생성하는 더 발생하는 추가적인 비용 없애는 것으로부터 비롯될 수 있다.
장치 및/또는 방법의 몇몇 실시예가 후술하는 상세한 설명에서 첨부 도면을 참조하여 단지 예시로서 기술될 것이며, 첨부 도면에서
도 1은 아날로그/디지털 변환기에 대해 높은 동적 범위 신호를 증폭하는 증폭기의 증폭 이득을 제어하는 제어기의 실시예를 도시하고,
도 2는 디지타이저 회로의 실시예 및 제어기의 실시예를 포함하는 마이크로폰 조립체의 실시예를 도시하고,
도 3은 마이크로폰 조립체의 다른 실시예를 도시하고,
도 4는 마이크로폰 조립체의 다른 실시예를 도시하고,
도 5는 도 4의 실시예에서 사용된 MEMS 마이크로폰을 개략적으로 도시하는 회로도이고,
도 6은 압축된 신호 및 압축 해제된 신호를 포함하는 신호 대 잡음 비를 도시하는 도면이고,
도 7은 증폭기의 증폭 이득을 제어하는 방법의 실시예의 플로우 차트를 도시하는 도면이다.
이제 몇몇 예시적인 실시예가 도시되는 첨부 도면을 참조하여 각종 예시적인 실시예가 보다 완전하게 기술될 것이다. 도면에서, 라인, 층 및/또는 영역의 두께는 명확성을 위해 확대되어 있을 수 있다.
따라서, 예시적인 실시예는 각종 변형 및 변경 형태가 가능한 한편, 그 실시예는 도면에서 예시로서 도시되어 있고 본 명세서에서 상세하게 기술될 것이다. 그러나, 예시적인 실시예를 개시된 특정의 형태로 제한하는 것이 아니며, 오히려, 예시적인 실시예는 본 개시 내용의 범위 내에 해당하는 모든 변형예, 균등예 및 변경예를 포함하는 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다. 도면의 도시 전반에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일하거나 또는 유사한 요소를 지칭한다.
요소가 다른 요소에 대해 "접속" 또는 "결합"되는 것으로서 지칭되는 경우, 다른 요소에 대해 직접 접속되거나 또는 결합될 수 있거나 또는 중간 요소들이 존재할 수 있음이 이해될 것이다. 이와 달리, 요소가 다른 요소에 대해 "직접 접속" 또는 "직접 결합"되는 것으로서 지칭되는 경우, 중간 요소들이 존재하지 않는다. 요소들 사이의 관계를 기술하는데 사용된 다른 단어들은 동일한 방식으로 해석되어야 한다(예를 들어, "사이에" 대 "직접 사이에", "인접하는" 대 "직접 인접하는" 등).
본 명세서에서 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것이며 예시적인 실시예를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태인 "a", "an" 및 "the"는 문맥이 명확하게 달리 나타내지 않는 한, 복수 형태도 역시 포함하는 것으로 의도된다. 용어 "comprises", "comprising", "includes" 및/또는 "including"는 본 명세서에서 사용되는 경우, 기술된 특징, 상수, 단계, 동작, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성요소 및/또는 그 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 또한 이해될 것이다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어(기술적 및 과학적 용어를 포함함)는 예시적인 실시예가 속하는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 용어, 예를 들어, 통상적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어는, 관련 분야의 문맥에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로서 해석되어야 하고 본 명세서에서 그와 같이 명시적으로 정의되지 않는 한 최적화되거나 또는 매우 형식적인 의미로 해석되지는 않을 것임이 또한 이해될 것이다.
도 1은 아날로그/디지털 변환기에 대해 높은 동적 범위 신호를 증폭하는 증폭기의 증폭 이득을 제어하는 제어기(400)의 실시예를 도시한다. 제어기(400)는 높은 동적 범위 신호(202)의 표현(representation)(높은 동적 범위 신호의 표현)을 수신하도록 구성된 입력 인터페이스(414)를 포함한다. 신호 압축기(410)는 높은 동적 범위 신호(202)의 낮은 진폭 표현(408)를 제공하되, 낮은 진폭 표현(408)가 높은 동적 범위 신호(202)보다 낮은 신호 진폭을 갖도록 구성된다. 비교기(416)는 낮은 진폭 표현(408)의 신호 진폭을 사전 결정된 임계치와 비교하도록 구성된다. 제어기(400)는 낮은 진폭 표현(408)의 신호 진폭이 사전 결정된 임계치를 초과하는 경우 증폭 이득이 낮아지도록 증폭기의 증폭 이득을 제어하도록 구성되는 제어 신호(402)를 증폭기에 제공하는 출력 인터페이스(404)를 더 포함한다. 제어 신호(402)는 임의의 형태로, 예를 들어, 원하는 증폭 이득에 대응하는 진폭을 갖는 아날로그 신호, 및 디지털 값, 펄스 폭 변조 신호 등에 의해 원하는 증폭 이득을 표현하는 디지털 신호로서, 구현될 수 있다. 일반적으로, 제어 신호(402)는 연관된 증폭기의 증폭 이득을 변경할 수 있는 물리적 양의 임의의 신호 또는 편차에 대응하는 것으로 의미된다. 신호는 반드시 유선 접속에 의해 송신될 필요가 없으며 그 대신에 무선으로, 예를 들어, ZIGBEE, 블루투스, WLAN(Wireless Local Area Network) 등과 같은 디지털 송신 프로토콜을 이용하여 또한 송신될 수 있다. 증폭기에 대한 가변 공급 전압은, 또한 다른 대안을 언급한다는 점에서, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어의 의미에서의 제어 신호(402)일 수 있다. 비교기(416)는 낮은 진폭 표현의 신호 진폭에 관한 정보를 결정할 수 있고 그 정보를 연관된 임계 기준과 비교하는 임의의 회로 또는 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 비교기(416)는 낮은 진폭 표현(408)의 진폭이 차동 증폭기의 다른 입력에 제공된 기준 전압을 초과할 때를 표현하기 위해 아날로그 도메인에서 동작하는 차동 증폭기를 포함할 수 있다. 비교기(416)는 낮은 진폭 표현(408)를 먼저 디지털화하고 디지털 도메인에서, 예를 들어, 프로세서를 이용하여 비교 또는 대응하는 다른 분석을 수행하기 위한 디지타이저 회로를 또한 포함할 수 있다.
실시예의 제어기(400)가 아날로그/디지털 변환기(306)에 대해 높은 동적 범위 신호(202)를 적절히 스케일링하는 증폭기(302)를 제어하는데 사용되는 경우, 도 1의 제어기(400)의 완전한 기능은 후술하는 설명에서 마이크로폰 조립체(100)의 문맥에서 기술될 것이다.
도 2는 마이크로폰 조립체(100)의 실시예를 도시한다. 마이크로폰 조립체(100)는 마이크로폰(200) 및 디지타이저 회로(300)를 포함한다. 디지타이저 회로(300)는 높은 동적 범위 신호(202)를 수신하고 높은 동적 범위 신호의 진폭 표현(304)를 제공하도록 구성된 증폭기(302)를 포함한다. 아날로그/디지털 변환기(306)는 증폭된 표현(304)의 디지털 표현(308)를 제공하도록 구성된다. 도 2에 도시된 특정의 실시예에서, 디지타이저 회로(300)는 증폭된 표현(304)의 대역폭을 감소시키도록 동작 가능한 선택적인 필터(310)를 더 포함한다. 필터(310)는 선택적이며, 특정의 실시예에서, 아날로그 도메인에 위치한다. 그러나, 다른 실시예는 필터(310)의 사용 없이, 또는 이와 달리, 디지털 도메인에서 대응하는 필터를 이용하여, 즉, 아날로그/디지털 변환기(306) 다음에 구현될 수 있다. 도 2의 디지타이저 회로(300)는 디지타이저 회로(300)의 출력(316)에서 높은 동적 범위 신호(202)의 디지털 재구성(314)을 제공하도록 구성되는 선택적인 재구성자(312)를 또한 포함한다. 재구성자(312)는 선택적이므로, 재구성자(312) 없이 디지타이저 회로(300)의 다른 실시예가 구현될 수 있다. 디지타이저 회로(300)는 주로 다음과 같이 작동한다.
증폭기(302)는 가변 증폭 이득을 가지며 그 입력에서 제공된 높은 동적 범위 신호(202)를 증폭시키거나 또는 스케일링한다. 이를 위해, 증폭기(302)에 의해 제공된 바와 같이 신호에 대해 사용된 용어인 증폭된 표현(304)는 증폭된 표현의 진폭이 기본적인 높은 동적 범위 신호 자체의 진폭보다 반드시 높다는 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것에 주목해야 한다. 오히려, 증폭된 표현은 1보다 작은 이득 인자 또는 계수 인자에 대응하는 원래의 신호보다 낮은 진폭을 또한 가질 수 있다. 특히, MEMS 마이크로폰의 높은 SPK 신호가 프로세스되는 경우, 아날로그/디지털 변환기(306)를 포화시키지 않도록 하기 위해 1보다 작은 이득 인자가 통상적인 경우일 수 있다.
증폭된 표현(304) 또는 결과적으로는, 증폭된 표현(304)의 대역폭 필터링된 표현은, 증폭된 표현(304)의 디지털 표현(308)를 생성하는 A/D 변환기(306)에 제공된다. 디지털 표현(308)는, 예를 들어, 디지털 표현(308) 및, 또한 그에 따른 높은 동적 범위 신호(202)를 나타내는 디지털 값의 연속적인 수(스트림)로 구성될 수 있다. 단일의 디지털 값은 특정의 순간 시점에서 증폭된 표현(304)의 진폭에 대응할 수 있다. A/D 변환기(306)를 포화시키지 않기 위해, 제어기(400)는 그 출력(404)에서 제어 신호(402)를 제공하도록 구성되고, 제어 신호(402)는 증폭기(302)의 증폭 이득을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 제어 신호(402)는 얼마나 많은 현재의 증폭이 그 현재의 값으로부터 변경되어야(낮아지거나 증가되어야) 하는지를 절대적 또는 상대적 용어로 표현하는 계수 인자(406)에 대응할 수 있다. 즉, 제어 신호는 증폭기로 하여금 특정의 퍼센티지 또는 특정의 양만큼 현재의 증폭 이득을 낮추거나 또는 증가시키도록 할 수 있다. 물론, 제어 신호(402)는 이와 달리 상대적인 변화를 제공하는 대신에 높은 동적 범위 신호(202)에 적용될 전체적인 절대 이득 인자 또는 계수 인자를 표현할 수 있다. 즉, 제어 신호는 증폭기(302)의 출력 및 입력에서 특정의 증폭 이득, 예를 들어, 0.5의 이득 또는 신호 진폭의 임의의 다른 비율을 설정할 수 있다.
특히, 제어 신호는 높은 동적 범위 신호(202)의 낮은 진폭 표현(408)의 신호 진폭이 사전 결정된 임계치를 초과하는 경우 증폭 이득이 낮아지도록 제공된다.
낮은 진폭 표현(408)를 제공하기 위해, 도 2의 제어기(400)는 신호 압축기(410)를 포함한다. 신호 압축기(410)는 높은 동적 범위 신호(202)를 입력으로서 수신하고, 낮은 진폭 표현(408)를 출력으로서 제공한다. 이 특정의 경우에서, 낮은 진폭 표현(408)는 높은 동적 범위 신호(202)의 진폭을 고정 값 K로 나눔으로써 생성된다. 이하 상세히 기술되는 바와 같이, 디지타이저 회로의 다른 실시예는 신호 압축기(410) 없이 제어기(400)를 또한 구현할 수 있다. 본 명세서에서 기술된 바와 같은 기능은 제어기 내에 신호 압축기(410)를 사용하지 않고 또한 제공될 수 있다. 이러한 실시예에서, 비교기는 임의의 다른 수단에 의해, 즉, 특별히 설계된 MEMS 마이크로폰을 사용하여 디지털화될 신호의 낮은 진폭 표현(408)를 수신할 수 있으며, 이 MEMS 마이크로폰은 후술하는 문단에서 도 4 및 도 5를 참조하여 기술될 것이다.
요약하면, 도 2의 실시예는 낮은 진폭 표현(408)의 신호 진폭이 사전 결정된 임계치를 초과하는 경우 증폭 이득이 낮아지도록 증폭기(302)의 증폭 이득을 제어하기 위해 제어기(400)를 사용한다. 이를 위해, 높은 동적 범위 신호(202)는, 예를 들어, 진폭을 사전 결정된 계수 인자로 나눔으로써, 신호 압축기(410)에 의해 압축된다. 다른 실시예에 따르면, 낮은 진폭 표현(408)는 임의의 다른 수단에 의해 제공되거나 생성될 수 있으며, 이는 반드시 사전 결정된 인자로 나눔으로써 행해지는 것은 아니다.
신호가 아날로그/디지털 변환기(306)를 포화시킬지의 결정은 디지털 표현(308)에 근거하여 디지털 도메인에서 또한 수행될 수 있으나, 실시예에서는 제어기(400)를 사용하여 A/D 변환기(306)와 독립적으로 요구되는 정보를 결정할 수 있다. 이러한 토폴로지를 이용하여 (예를 들어, A/D 변환기의 샘플과 유지 시간 또는 디지털 필터의 지연에 의해 초래되는) 길고 시간 소모적인 신호 경로를 방지하고, 이에 따라, 높은 슬루 레이트를 갖는 높은 동적 범위 신호에 대해 달리 발생할 수 있는 A/D 변환기(306)의 포화를 방지할 수 있다.
레벨 검출의 수행 요건 또는 제어기 및 그 연관된 회로는 A/D 변환기(306)에 비해 낮게 유지될 수 있으므로, 증폭기(302)에 대해 요구된 제어 신호는 높은 효율로, 예를 들어, 단지 적은 반도체 면적 및 전력을 소모하여 제공될 수 있다. 레벨 검출은 도 2에 도시된 바와 같은 아날로그 도메인에서, 또는 이와 달리, 도 3에 도시된 바와 같은 디지털 도메인에서, 또한 수행될 수 있다. 즉, 도 3의 실시예의 제어기(400)는 낮은 진폭 표현(408)를 디지털화하기 위해 다른 디지타이저 회로(412)를 포함한다. 즉, 레벨 검출, 즉, 낮은 진폭 표현의 진폭과 사전 결정된 임계치의 비교는 디지털 도메인에서 또한 수행될 수 있다. 제어기(400)에 대한 제한된 요건으로 인해, 제어기(400)의 디지타이저 회로(412)는 A/D 변환기(306)보다 비용 효율적으로, 예를 들어, 훨씬 낮은 해상도로 구현될 수 있고, 이는 제어기(400)의 실시예를 이용하는 추가적인 장점을 또한 제공한다. 예를 들어, 증폭기(302)의 가변 이득의 16개의 상이한 레벨을 제공할 수 있고 4 비트의 해상도가 충분할 수 있다.
다른 실시예를 넘어가기 전에, 완전한 마이크로폰 조립체(100)가 도 2를 참조하여 기술되어 있으나, 마이크로폰 조립체(100)의 개별적인 구성요소는 이미 개별적인 실시예를 형성할 수 있다. 특히, 제어기(400)의 실시예는 그 자신의 개별적인 실시예 뿐만 아니라 디지타이저 회로(300)의 실시예이다.
즉, 다른 실시예는 디지타이저 회로(300) 단독의 구성요소에 의해 형성될 수 있고 또 다른 실시예는 제어기(400) 단독의 구성요소에 의해 형성될 수 있다. 특히, 실시예에 따른 제어기(400)는 높은 동적 범위 신호(202)의 표현을 수신하도록 구성된 입력 인터페이스(414)와, 높은 동적 범위 신호(202)의 낮은 진폭 표현(408)를 제공하되, 낮은 진폭 표현(408)가 높은 동적 범위 신호(202)보다 낮은 신호 진폭을 갖도록 구성된 신호 압축기(410)와, 낮은 진폭 표현(408)의 신호 진폭을 사전 결정된 임계치와 비교하도록 구성된 비교기(416)를 포함한다. 제어기(400)의 출력 인터페이스(404)는 증폭기(302)에 제어 신호(402)를 제공하되, 제어 신호는, 낮은 진폭 표현(408)의 신호 진폭이 사전 결정된 임계치를 초과하는 경우 증폭 이득이 낮아지도록 증폭기의 증폭 이득을 제어하도록 구성된다.
실시예는 매우 높은 슬루 레이트로 높은 동적 범위의 신호의 프로세싱을 허용할 수 있고, 이는 적은 시간 스케일상에서 A/D 변환기(306)의 입력에서 신호의 강한 변화를 초래한다. 적절한 제어 신호(402)를 제공하기 위해, 실시예의 제어기(400는 또 다른 A/D 변환기 또는 디지타이저 회로(412)를 이용하여 아날로그 또는 디지털 도메인에서 레벨 검출을 사용할 수 있다.
원칙적으로는, 도 2 및 도 3에서 도시된 바와 같은 디지타이저 회로는 프로세스되는 높은 동적 범위 신호의 레벨에 따라 증폭기 이득의 고속이고 효율적인 적응을 허용하며, A/D 변환기(306)를 포화시키지 않기 위해 증폭기(302)의 증폭 이득이 감소된다(신호의 압축이 수행됨). 이것은 신호 대 잡음 비(SNR)의 감소를 초래할 수 있으나, 이것은 애플리케이션에 따라 채택할 수 있다. 예를 들어, 계수 인자(406)에 의한 현재의 이득의 편차에 의한, 이득의 감소 또는 증가에 대해 보상하기 위해, 디지타이저 회로(300)의 몇몇 실시예는 디지털 도메인에서 신호를 재설계하는(rescale) 재구성자(312)를 포함한다. 즉, 디지타이저 회로(300)의 출력(316)에서 제공된 바와 같은 신호의 전체적인 스케일을 유지하기 위해 증폭기(302)에 의해 아날로그 도메인에서 수행된 바와 같은 진폭의 감소 또는 증가가 재구성자(312)에 의해 디지털 도메인에서 반전된다. 통상적인 디지타이저 회로에서, A/D 변환기(306)의 동적 범위는 최대 예상 진폭으로 조정되고, 이는 양호한 SNR을 초래할 수 있다. 특정의 구현예에 따라, 예를 들어, 디지타이저 회로에 대한 입력으로서 마이크로폰을 이용하는 경우, 증가하는 신호 레벨을 갖는 SNR의 선형 스케일링은 큰 중요성을 갖지 않을 수 있다. 마이크로폰을 이용하면, 신호 대 잡음 비는 특정의 사운드 압력 레벨(SPL)로부터, 예를 들어, 94dB SPL로부터 시작하여 일정하게 유지할 수 있다. 이러한 애플리케이션에 대한 통상적인 접근법을 이용하면, A/D 변환기는 최대 예상 값으로 조정되어야 하며, 이것은, 예를 들어, 반도체 면적 및 전력 소모에 있어서 막대한 오버헤드 및 추가 비용을 초래할 수 있다. 특정의 구현예에 따르면, 예를 들어, 매우 높은 SPL, 예를 들어, 140dB 이상의 마이크로폰 신호의 디지털화를 고려하는 경우, 심지어 이러한 설계는 가능하지 않을 수 있다.
그러나, 불필요한 오버헤드는 디지타이저 회로(300)의 실시예 또는 제어기(400)의 실시예를 이용함으로써 방지될 수 있다. 제어기(400) 또는 디지타이저 회로(300)의 입력에서 높은 동적 범위 신호(202)의 신호 레벨 또는 진폭이 각종 임계치와 비교될 수 있고 몇몇 단계에서 증폭기(302)의 증폭 이득이 감소될 수 있으며 신호 경로 내에서의 A/D 변환기(306)의 포화가 방지할 수 있다. 증폭 이득의 감소 또는 편차를 반전시키기 위한 재구성자(312)는 임의의 통상적인 기법, 예를 들어, 1차 이상의 차수의 FIR 필터를 이용하여 구현될 수 있다.
다른 실시예에 대해 언급하기 전에, 낮은 진폭 표현의 신호 진폭을 사전 결정된 임계치와 비교하는 것은 임계치가 단일의 임계치이거나 또는 복수의 임계치가 사용되는 것을 반드시 의미하는 것이 아님을 명시적으로 주목해야 한다. 오히려, 임계치를 정의하는 연속 함수, 또는 일반적으로는 기준 함수가 또한 사용될 수 있도록 제어기의 계수 인자 또는 제어 신호는 낮은 진폭 표현의 신호 진폭을 특정의 계수 인자 또는 증폭 이득과 연관시키는 연속 함수에 의해 정의될 수 있다.
도 4에 도시된 다른 실시예에 따르면, 제어기(400)가 특별히 구성된 MEMS 마이크로폰(202)으로부터 직접 개별적인 신호로서 낮은 진폭 표현(408)를 수신한다. 이를 위해, MEMS 마이크로폰(202)은 높은 동적 범위 신호(202)에 대한 제 1 출력(204) 및 낮은 진폭 표현(408)에 대한 제 2 출력(206)을 제공한다.
도 4에 도시된 바와 같은 제어기(400)의 특정의 실시예는 가능하게는 보다 낮은 진폭 표현(404)의 진폭을 더 감소시키기 위해 신호 압축기(410)를 또한 포함하며, 다른 실시예는 이와 달리 신호 압축기(410) 없이 제어기(400)를 사용할 수 있다. 이들 실시예는 낮은 진폭 표현(408)가 비교기(416)에 직접 제공될 수 있고 높은 동적 범위 신호(202) 및 높은 동적 범위 신호의 낮은 진폭 표현(408)를 이미 제공하는 특별히 설계된 마이크로폰(202)을 사용할 수 있다.
이를 위해, 도 5에 도시된 바와 같은 MEMS 마이크로폰(202)이 사용될 수 있다. 이러한 마이크로폰을 구현하는 하나의 특정의 방식은 적어도 2개의 개별적인 멤브레인(membrane) 영역을 포함하는 소위 세그먼트된 MEMS 마이크로폰(202)을 사용하는 것일 수 있다.
통상적으로, MEMS 마이크로폰은 표준 반도체 프로세스를 이용하여 제조되고 그에 따라 매우 적은 스케일로 구현되는 멤브레인을 포함한다. 멤브레인은 충격 사운드 압력으로 인해 기준 평면에 대해 이동한다. 따라서, 가늘고 긴 멤브레인에 대해 기준 평면의 캐패시턴스가 가변된다. 적절한 각종 외부 회로에 의해 이러한 MEMS 마이크로폰으로부터 높은 동적 범위 신호를 수신하는 2개의 주요 방식이 사용될 수 있다. 하나는 사운드 압력으로 인한 캐패시턴스의 변화가 기판 또는 기준 평면에 대해 멤브레인의 가변 전압을 초래하도록 일정 전하의 MEMS 마이크로폰을 생성하는 것이다. 다른 구현예에 따르면, 가변 캐패시턴스가 높은 동적 범위 마이크로폰 신호를 수신하기 위해 측정되는 가변 전하를 초래하도록 일정 기준 전압으로 멤브레인을 유지한다.
MEMS 마이크로폰의 특정의 구현예와는 독립적으로, 적어도 제 1 멤브레인 영역(210) 및 제 2 멤브레인 영역(212)을 포함하는 소위 세그먼트된 멤브레인을 갖는 MEMS 마이크로폰(202)이 사용될 수 있다. 제 1 멤브레인 영역(210)에 의해 제공된 신호는 높은 동적 범위 신호(202)를 제공하는데 사용될 수 있고 제 2 멤브레인 영역(212)에 의해 제공된 신호는 낮은 진폭 표현(408)를 제공하는데 사용될 수 있다.
도 5는 이러한 MEMS 마이크로폰(202)의 특정의 예를 개략적으로 도시한다. 신호는 제 1 연산 증폭기(214) 및 제 2 연산 증폭기(216)에 의해 제공된다. 또한, 세그먼트된 멤브레인에 대향하는 기준 평면에 기준 전압 또는 바이어스 전압(218)이 인가된다. 일 구현예에서, 제 1 멤브레인 영역(210)은 일정한 영역 내에서 중앙에 집중되고, 제 2 멤브레인 영역(212)은 일정한 멤브레인 영역의 경계에서 영역을 포함한다.
이것은 기준 평면에 대해 대략 선형적으로 이동하는 중앙의 제 1 멤브레인 영역(210)에 의해 신호가 생성되므로, 높은 선형성을 갖는 사운드 압력에 따라 높은 동적 범위 신호를 초래할 수 있다. 오히려, 제 2 멤브레인 영역(212)의 면적이 제 1 멤브레인 영역(210)의 면적에 대해 충분히 작아지도록 선택되는 경우, 중앙의 제 1 멤브레인 영역(210)을 둘러싸는 외측의 멤브레인 영역(212)은 낮은 진폭 표현을 직접 제공할 수 있다. 제어기(400)에 제공된 정보가 높은 동적 범위 신호에 비해 상대적으로 부정확할 수 있지만, 증폭기를 적절히 조정할 수 있으므로, 멤브레인의 경계에 있는 멤브레인 영역(212)으로 인해 나타나는 비선형성은 전체 시스템의 일반 기능에 대해 큰 영향을 주지 않을 수 있다.
즉, 마이크로폰 조립체의 특정의 실시예는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 세그먼트된 멤브레인을 갖는 MEMS 마이크로폰(202)을 사용할 수 있다. 제 1 멤브레인 영역(210)은 높은 동적 범위 신호(202)를 제공하기 위해 MEMS 마이크로폰(202)의 제 1 출력(204)에 결합되고 MEMS 마이크로폰(202)의 제 2 멤브레인 영역(212)은 낮은 진폭 표현(408)를 직접 제공하기 위해 제 2 출력(206)에 결합된다. 일 실시예에서, 제 2 멤브레인 영역(212)은, 예를 들어, 실질적으로 정방형 또는 구형일 수 있는 제 1 멤브레인 영역(210)을 완전히 둘러싼다.
즉, 또 다른 실시예는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 토폴로지를 가질 수 있고, 이는 MEMS 마이크로폰(202)이 제 1 및 제 2 출력 신호를 제공한다는 점에서 도 2 및 도 3에 도시된 실시예와 상이하다. 레벨 검출을 위해 사용된 높은 동적 범위 신호(202) 및 낮은 진폭 표현(408)는 MEMS 마이크로폰(202)에 의해 직접 제공된다. 이전의 실시예에서와 같이, 낮은 진폭 표현(408)는 본 발명의 장점을 효과적으로 제공하기 위해 높은 동적 범위 신호(202)의 단지 코스(course) 표현일 필요가 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 세그먼트된 MEMS 마이크로폰(202)은 높은 동적 범위 신호(202) 및 낮은 진폭 표현(408)을 제공할 수 있다. 멤브레인은 2 이상의 독립적인 영역으로 세그먼트될 수 있다. 멤브레인 경계에서의 멤브레인 영역은 다소 비선형성을 나타낼 수 있으므로, 낮은 진폭 표현(408)의 생성을 위해 멤브레인의 경계에서 제 2 멤브레인 영역(212)을 이용하는 것이 유리할 수 있다.
도 6은 도 2 내지 도 5의 실시예 중 하나에 따른 마이크로폰 조립체의 마이크로폰의 멤브레인에 작용하는 사운드 압력 레벨 SPL로부터 신호 대 잡음 비 및 그 의존성을 나타내는 2개의 그래프를 도시한다. 즉, x축은 사운드 압력 레벨을 dB로 나타내고 y축은 SNR을 나타낸다. 제 1 그래프(502)는 압축된 신호(504)에 비해 압축 해제된 신호의 신호 대 잡음 비를 나타낸다. 압축된 신호(504)는 높은 SPL에 대해 현저하게 작은 신호 대 잡음 비를 나타내는 한편, 기록된 신호의 대응하는 저하는 마이크로폰 애플리케이션에서 무시할 수 있다.
도 7은 아날로그/디지털 변환기에 대해 높은 동적 범위 신호를 증폭하는 증폭기의 증폭 이득을 제어하는 방법의 실시예의 플로우 차트를 도시하는 도면이다. 이 방법은 높은 동적 범위 신호의 표현이 수신되는 수신 단계(단계 602) 및 높은 동적 범위 신호의 낮은 진폭 표현이 제공되는 제공 단계(단계 604)를 포함한다. 비교 단계(단계 606)에서, 낮은 진폭 표현의 신호 진폭이 사전 결정된 임계치와 비교된다. 제공 단계(단계 607)는 결정 단계(단계 608) 및 송신 단계(단계 609)를 포함한다.
결정 단계(단계 608)에서, 낮은 진폭 표현의 신호 진폭이 사전 결정된 임계치를 초과하는지가 결정될 수 있다. 그러한 경우에는, 증폭기의 증폭 이득이 낮아지도록 송신 단계(단계 609)에서 증폭기에 대해 제어 신호가 제공된다. 그렇지 않은 경우에는, 메시지가 수신 단계(단계 602)에서 재개한다.
실시예는 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 프로세서상에서 실행되는 경우, 상기 방법 중 하나를 수행하는 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램을 더 제공할 수 있다. 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 각종 상기 기술된 방법의 단계가 프로그램된 컴퓨터에 의해 수행될 수 있음을 용이하게 인식할 것이다. 본 명세서에서, 프로그램 저장 디바이스, 예를 들어, 머신 또는 컴퓨터 실행 가능하고 인스트럭션의 머신 실행 가능하거나 또는 컴퓨터 실행 가능한 프로그램을 인코딩하는 디지털 데이터 저장 매체를 포함하도록 또한 의도된다. 프로그램 저장 디바이스는, 예를 들어, 디지털 메모리, 자기 디스크와 자기 테이프와 같은 자기 저장 매체, 하드 드라이브, 또는 광학적으로 판독 가능한 디지털 데이터 저장 매체일 수 있다. 실시예는 상기 기술된 방법의 동작을 수행하도록 프로그램된 컴퓨터, 또는 상기 기술된 방법의 동작을 수행하도록 프로그램된 (F)PLA((field) programmable logic arrays) 또는 (F)PGA((field) programmable gate arrays)을 포함하도록 또한 의도된다.
상세한 설명 및 도면은 단지 본 개시 내용의 원리를 예시하는 것이다. 따라서 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서에서 명시적으로 기술되거나 도시되지 않았다 하더라도, 본 개시 내용의 원리를 구현하며 그 사상 및 범위 내에 포함되는 각종 구성을 고안할 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 본 명세서에서 인용된 모든 예는 주로 본 개시 내용의 원리 및 해당 분야를 발전시키는 발명자(들)에 의해 기여된 개념을 이해함에 있어 독자를 돕기 위한 교육적인 목적으로 의도되는 것이 명확하며, 이러한 구체적으로 인용된 예 및 조건에 대해 제한 없이 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 본 개시 내용의 원리, 측면 및 실시예 뿐만 아니라 그 특정의 예를 인용하는 모든 기재는 그 균등예를 포함하는 것으로 의도된다.
(특정의 기능을 수행하는) "...하는 수단"으로서 표현된 기능 블록은 특정의 기능을 각각 수행하도록 구성되는 회로를 포함하는 기능 블록으로서 이해될 것이다. 따라서, "무엇에 대한 수단"은 "무엇에 대해 구성된 또는 적절한 수단"으로서 또한 이해될 수 있다. 따라서, 특정의 기능을 수행하도록 구성된 수단은 이러한 수단이 반드시 (소정의 순간 시점에서) 그 기능을 수행하는 것을 의미하지는 않는다.
"수단", "센서 신호를 제공하는 수단", "송신 신호를 생성하는 수단 " 등으로서 분류된 임의의 기능 블록을 포함하는 도면에 도시된 각종 구성요소의 기능은 "신호 제공자", "신호 프로세싱 유닛", "프로세서", "제어기" 등과 같이, 개시된 하드웨어 뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 결합하여 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어의 사용을 통해 제공될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "수단"으로서 기술된 임의의 개체는, "하나 이상의 모듈", "하나 이상의 디바아스", "하나 이상의 유닛" 등에 대응하거나 또는 그들로서 구현될 수 있다. 프로세서에 의해 제공되는 경우, 신호 전용 프로세서에 의해, 신호 공유 프로세서에 의해, 또는 그 일부가 공유될 수 있는 복수의 개별적인 프로세서에 의해, 기능이 제공될 수 있다. 또한, 용어 "프로세서" 또는 "제어기"의 명시적인 사용은 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어만을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 네트워크 프로세서, ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array), 소프트웨어를 저장하는 ROM(read only memory), RAM(random access memory), 및 비휘발성 스토리지(storage)를 제한 없이, 암시적으로 포함할 수 있다. 다른 통상적인 및/또는 커스텀화 하드웨어가 또한 포함될 수 있다.
당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서에서 모든 블록도가 본 개시 내용의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타낸다는 것이 이해될 것이다. 유사하게, 임의의 플로우 차트, 흐름도, 상태 천이도, 의사 코드 등은 실질적으로 컴퓨터 판독 가능한 매체로 나타내어지고, 이러한 컴퓨터 또는 프로세서가 명시적으로 도시되어 있는지에 관계없이, 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 그와 같이 실행될 수 있다.
또한, 상세한 설명에 후술하는 특허청구범위가 포함되며, 각각의 청구항은 그 자신에 대해 개별적인 실시예로서 나타낼 수 있다. 각각의 청구항은 그 자신에 대해 개별적인 실시예로서 나타낼 수 있으나, 특허청구범위에서 종속 청구항은 하나 이상의 다른 청구항과의 특정의 조합을 지칭할 수 있다 하더라도, 다른 실시예는 각각의 다른 종속 청구항 또는 독립 청구항의 청구 대상의 종속 청구항과의 조합을 또한 포함할 수 있음에 주목해야 한다. 특정의 조합이 의도되지 않는 것으로 기술되지 않는 한, 본 명세서에서는 이러한 조합이 제안되어 있다. 또한, 이러한 특허청구범위가 독립 청구항에 직접 종속하지 않는다 하더라도 임의의 다른 독립 청구항에 청구항의 특징을 또한 포함하는 것으로 의도된다.
명세서 또는 특허청구범위에 개시된 방법은 이들 방법의 각각의 동작을 각각 수행하는 의미를 갖는 디바이스에 의해 구현될 수 있음에 또한 주목해야 한다.
또한, 명세서 또는 특허청구범위에 개시된 다수의 동작 또는 특징의 개시 내용은 특정의 순서 내에서 행해지는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 다수의 동작 또는 특징의 개시 내용은, 이러한 동작 또는 특징이 기술적인 이유로 인해 상호 교환 가능하지 않는 한 특정의 순서로 제한되지 않을 것이다. 또한, 몇몇 실시예에서 단일의 동작이 포함되거나 또는 다수의 하위 동작으로 분할될 수 있다. 명시적으로 배제하지 않는 한 이러한 하위 동작 및 이 단일의 동작의 개시 내용의 일부가 포함될 수 있다.

Claims (25)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 마이크로폰의 높은 동적 범위 신호의 디지털 표현을 제공하는 디지타이저 회로에 있어서,
    상기 높은 동적 범위 신호를 수신하도록 구성된 입력 인터페이스와,
    상기 높은 동적 범위 신호를 수신하고, 상기 높은 동적 범위 신호의 증폭된 표현을 제공하되, 제어 가능한 증폭 이득을 갖도록 구성된 증폭기와,
    상기 증폭된 표현의 디지털 표현을 제공하도록 구성된 아날로그/디지털 변환기와,
    상기 증폭기의 상기 증폭 이득을 제어하는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는,
    상기 높은 동적 범위 신호를 이용하여 낮은 진폭 표현을 제공하도록 구성된 신호 압축기와,
    상기 낮은 진폭 표현의 신호 진폭을 사전 결정된 임계치와 비교하도록 구성된 비교기와,
    상기 낮은 진폭 표현의 상기 신호 진폭이 상기 사전 결정된 임계치를 초과하는 경우 계수 인자(scaling factor)에 의해 상기 증폭기의 상기 증폭 이득이 낮아지도록 상기 증폭 이득을 제어하도록 구성되는 제어 신호를 상기 증폭기에 제공하는 출력 인터페이스와,
    상기 증폭된 표현의 디지털 표현을 이용하여 상기 높은 동적 범위 신호의 디지털 재구성을 제공하도록 동작 가능한 재구성자(reconstructor)를 포함하고, 상기 재구성자는 상기 디지털 재구성을 제공하기 위해 상기 계수 인자에 의해 상기 디지털 표현의 진폭을 증대시키도록 동작 가능한
    디지타이저 회로.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 비교기는 디지타이저 회로를 포함하며, 상기 비교기의 디지타이저 회로는 상기 낮은 진폭 표현의 디지털 표현을 제공하도록 구성되며, 상기 비교기의 디지타이저 회로의 해상도는 상기 아날로그/디지털 변환기의 해상도보다 낮은
    디지타이저 회로.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 증폭기의 출력에 결합된 고주파 필터를 더 포함하며, 상기 고주파 필터는 상기 아날로그/디지털 변환기의 입력에 상기 증폭된 표현의 필터링된 표현을 제공하도록 동작 가능한
    디지타이저 회로.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 입력 인터페이스에 결합된 마이크로폰을 더 포함하며, 상기 마이크로폰은 상기 높은 동적 범위 신호를 제공하도록 구성되는
    디지타이저 회로.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 마이크로폰은 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System) 마이크로폰이고, 상기 마이크로폰 및 상기 디지타이저 회로는 공통 반도체 기판상에 위치하는
    디지타이저 회로.
  14. 높은 동적 범위 신호를 출력으로서 제공하도록 동작 가능한 마이크로폰과,
    높은 동적 범위 신호의 디지털 표현을 제공하는 디지타이저 회로를 포함하는 마이크로폰 조립체로서,
    상기 디지타이저 회로는,
    상기 마이크로폰의 출력에 결합되고 상기 높은 동적 범위 신호를 수신하도록 구성된 입력 인터페이스와,
    상기 높은 동적 범위 신호를 수신하고, 상기 높은 동적 범위 신호의 증폭된 표현을 제공하되, 제어 가능한 증폭 이득을 갖도록 구성된 증폭기와,
    상기 증폭된 표현의 디지털 표현을 제공하도록 구성된 아날로그/디지털 변환기와,
    상기 증폭기의 상기 증폭 이득을 제어하는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는,
    상기 높은 동적 범위 신호를 이용하여 낮은 진폭 표현을 제공하도록 구성된 신호 압축기와,
    상기 낮은 진폭 표현의 신호 진폭을 사전 결정된 임계치와 비교하도록 구성된 비교기와,
    상기 낮은 진폭 표현의 상기 신호 진폭이 상기 사전 결정된 임계치를 초과하는 경우 계수 인자에 의해 상기 증폭기의 상기 증폭 이득이 낮아지도록 상기 증폭 이득을 제어하도록 구성되는 제어 신호를 상기 증폭기에 제공하는 출력 인터페이스와,
    상기 증폭된 표현의 디지털 표현을 이용하여 상기 높은 동적 범위 신호의 디지털 재구성을 제공하도록 동작 가능한 재구성자를 포함하고, 상기 재구성자는 상기 디지털 재구성을 제공하기 위해 상기 계수 인자에 의해 상기 디지털 표현의 진폭을 증대시키도록 동작 가능한
    마이크로폰 조립체.
  15. 삭제
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 비교기는 디지타이저 회로를 포함하며, 상기 비교기의 디지타이저 회로는 상기 낮은 진폭 표현의 디지털 표현을 제공하도록 구성되며, 상기 비교기의 디지타이저 회로의 해상도는 상기 아날로그/디지털 변환기의 해상도보다 낮은
    마이크로폰 조립체.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 증폭기의 출력에 결합된 고주파 필터를 더 포함하며, 상기 고주파 필터는 상기 아날로그/디지털 변환기의 입력에 상기 증폭된 표현의 필터링된 표현을 제공하도록 동작 가능한
    마이크로폰 조립체.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 마이크로폰은 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System) 마이크로폰이고, 상기 마이크로폰 및 상기 디지타이저 회로는 공통 반도체 기판상에 위치하는
    마이크로폰 조립체.
  19. 제 1 출력에서 높은 동적 범위 신호 및 제 2 출력에서 상기 높은 동적 범위 신호의 낮은 진폭 표현을 제공하도록 동작 가능한 마이크로폰과,
    상기 마이크로폰의 상기 높은 동적 범위 신호의 디지털 표현을 제공하는 디지타이저 회로를 포함하는 마이크로폰 조립체로서,
    상기 디지타이저 회로는,
    상기 마이크로폰의 상기 제 1 출력에 결합되고 상기 높은 동적 범위 신호를 수신하도록 구성된 제 1 입력 인터페이스와,
    상기 높은 동적 범위 신호를 수신하고, 상기 높은 동적 범위 신호의 증폭된 표현을 제공하되, 제어 가능한 증폭 이득을 갖도록 구성된 증폭기와,
    상기 증폭된 표현의 디지털 표현을 제공하도록 구성된 아날로그/디지털 변환기와,
    상기 증폭기의 상기 증폭 이득을 제어하는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는,
    상기 마이크로폰의 상기 제 2 출력에 결합되고 상기 낮은 진폭 표현을 수신하도록 구성된 제 2 입력 인터페이스와,
    상기 낮은 진폭 표현의 신호 진폭을 사전 결정된 임계치와 비교하도록 구성된 비교기와,
    상기 낮은 진폭 표현의 상기 신호 진폭이 상기 사전 결정된 임계치를 초과하는 경우 계수 인자에 의해 상기 증폭기의 상기 증폭 이득이 낮아지도록 상기 증폭 이득을 제어하도록 구성되는 제어 신호를 상기 증폭기에 제공하는 출력 인터페이스와,
    상기 증폭된 표현의 디지털 표현을 이용하여 상기 높은 동적 범위 신호의 디지털 재구성을 제공하도록 동작 가능한 재구성자를 포함하고, 상기 재구성자는 상기 디지털 재구성을 제공하기 위해 상기 계수 인자에 의해 상기 디지털 표현의 진폭을 증대시키도록 동작 가능한
    마이크로폰 조립체.
  20. 삭제
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 비교기는 디지타이저 회로를 포함하며, 상기 비교기의 디지타이저 회로는 상기 낮은 진폭 표현의 디지털 표현을 제공하도록 구성되며, 상기 비교기의 디지타이저 회로의 해상도는 상기 아날로그/디지털 변환기의 해상도보다 낮은
    마이크로폰 조립체.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 증폭기의 출력에 결합된 고주파 필터를 더 포함하며, 상기 고주파 필터는 상기 아날로그/디지털 변환기의 입력에 상기 증폭된 표현의 필터링된 표현을 제공하도록 동작 가능한
    마이크로폰 조립체.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 마이크로폰은 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System) 마이크로폰이고, 상기 마이크로폰 및 상기 디지타이저 회로는 공통 반도체 기판상에 위치하는
    마이크로폰 조립체.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 마이크로폰은 적어도 제 1 및 제 2 독립적인 멤브레인(membrane) 영역을 갖고, 상기 제 1 멤브레인 영역은 상기 제 1 출력에 결합되고, 상기 제 2 멤브레인 영역은 상기 제 2 출력에 결합되는
    마이크로폰 조립체.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 2 멤브레인 영역은 상기 제 1 멤브레인 영역을 둘러싸고 있는
    마이크로폰 조립체.
KR1020140058616A 2013-05-15 2014-05-15 증폭기의 증폭 이득을 제어하는 장치와 방법, 및 디지타이저 회로와 마이크로폰 조립체 KR101710751B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/894,854 US9425757B2 (en) 2013-05-15 2013-05-15 Apparatus and method for controlling an amplification gain of an amplifier, and a digitizer circuit and microphone assembly
US13/894,854 2013-05-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140135128A KR20140135128A (ko) 2014-11-25
KR101710751B1 true KR101710751B1 (ko) 2017-02-27

Family

ID=51831482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140058616A KR101710751B1 (ko) 2013-05-15 2014-05-15 증폭기의 증폭 이득을 제어하는 장치와 방법, 및 디지타이저 회로와 마이크로폰 조립체

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9425757B2 (ko)
KR (1) KR101710751B1 (ko)
CN (1) CN104168024B (ko)
DE (1) DE102014106428B4 (ko)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9332345B1 (en) 2013-04-09 2016-05-03 Cirrus Logic, Inc. Use of microphone capacitance as a switched capacitor in an input network of a delta-sigma modulator
US9380381B2 (en) * 2014-03-18 2016-06-28 Infineon Technologies Ag Microphone package and method for providing a microphone package
US9626981B2 (en) 2014-06-25 2017-04-18 Cirrus Logic, Inc. Systems and methods for compressing a digital signal
CN104266754B (zh) * 2014-09-29 2016-10-05 深圳市华星光电技术有限公司 测量光学参数的调整电路、方法及光学测量系统
EP3343947B1 (en) * 2015-08-24 2021-12-29 Yamaha Corporation Sound acquisition device, and sound acquisition method
CN106230397A (zh) * 2016-08-08 2016-12-14 钰太芯微电子科技（上海）有限公司 一种mems麦克风动态范围增大的方法
US11206494B2 (en) 2018-10-05 2021-12-21 Knowles Electronics, Llc Microphone device with ingress protection
DE112019005007T5 (de) 2018-10-05 2021-07-15 Knowles Electronics, Llc Akustikwandler mit einer Niederdruckzone und Membranen, die eine erhöhte Nachgiebigkeit aufweisen
WO2020072938A1 (en) 2018-10-05 2020-04-09 Knowles Electronics, Llc Methods of forming mems diaphragms including corrugations
DE102020210270A1 (de) 2020-08-13 2022-02-17 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Ausleseschaltung für eine MEMS-Sensoreinheit
US11528546B2 (en) 2021-04-05 2022-12-13 Knowles Electronics, Llc Sealed vacuum MEMS die
CN113132882B (zh) * 2021-04-16 2022-10-28 深圳木芯科技有限公司 多动态范围压扩方法和系统
US11540048B2 (en) 2021-04-16 2022-12-27 Knowles Electronics, Llc Reduced noise MEMS device with force feedback
US11649161B2 (en) 2021-07-26 2023-05-16 Knowles Electronics, Llc Diaphragm assembly with non-uniform pillar distribution
US11772961B2 (en) 2021-08-26 2023-10-03 Knowles Electronics, Llc MEMS device with perimeter barometric relief pierce
US11780726B2 (en) 2021-11-03 2023-10-10 Knowles Electronics, Llc Dual-diaphragm assembly having center constraint

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050123152A1 (en) 2003-12-09 2005-06-09 Magrath Anthony J. Signal processors and associated methods
US20070174062A1 (en) 2006-01-20 2007-07-26 Microsoft Corporation Complex-transform channel coding with extended-band frequency coding

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4297527A (en) * 1979-05-01 1981-10-27 E-Systems, Inc. Input gain adjusting apparatus and method
CA1199080A (en) 1984-03-23 1986-01-07 Martin Dippel Audio loudness control system
US4956867A (en) * 1989-04-20 1990-09-11 Massachusetts Institute Of Technology Adaptive beamforming for noise reduction
US5101210A (en) 1990-12-21 1992-03-31 Itt Corporation Signal dynamic range compression apparatus and method including clutter estimation and reduction
US6233554B1 (en) * 1997-12-12 2001-05-15 Qualcomm Incorporated Audio CODEC with AGC controlled by a VOCODER
US8233637B2 (en) * 2009-01-20 2012-07-31 Nokia Corporation Multi-membrane microphone for high-amplitude audio capture
CN102361506A (zh) * 2011-06-08 2012-02-22 北京昆腾微电子有限公司 无线音频通信系统、以及用于发射音频信号的方法和设备

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050123152A1 (en) 2003-12-09 2005-06-09 Magrath Anthony J. Signal processors and associated methods
US20070174062A1 (en) 2006-01-20 2007-07-26 Microsoft Corporation Complex-transform channel coding with extended-band frequency coding

Also Published As

Publication number Publication date
CN104168024B (zh) 2018-09-21
KR20140135128A (ko) 2014-11-25
DE102014106428B4 (de) 2018-12-13
US20140341397A1 (en) 2014-11-20
US9425757B2 (en) 2016-08-23
CN104168024A (zh) 2014-11-26
DE102014106428A1 (de) 2014-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101710751B1 (ko) 증폭기의 증폭 이득을 제어하는 장치와 방법, 및 디지타이저 회로와 마이크로폰 조립체
EP3286837B1 (en) Analog-to-digital converter (adc) dynamic range enhancement for voice-activated systems
US8223981B2 (en) Wide dynamic range microphone
US9391576B1 (en) Enhancement of dynamic range of audio signal path
US9419640B2 (en) Control of a microphone
US20160134975A1 (en) Microphone With Trimming
CN103138695A (zh) 音频放大电路
US11637537B2 (en) Method for improving die area and power efficiency in high dynamic range digital microphones
CN107968980B (zh) 数字麦克风以及其控制方法
US10320337B2 (en) Fully-differential operational amplifier system
US20160373871A1 (en) Loudspeaker cone excursion estimation using reference signal
JP6085678B2 (ja) Ｍｅｍｓマイクロフォンおよびｍｅｍｓマイクロフォンの駆動方法
KR102048439B1 (ko) 위상 단락 스위치
US10726873B2 (en) Polymorphic playback system with signal detection filters of different latencies
KR20190113625A (ko) Mems 마이크로폰 모듈
US20190123689A1 (en) Envelope tracking bias circuit and power amplifying device
JP7030470B2 (ja) 信号処理装置、信号処理方法、及びプログラム
GB2553393A (en) Fully-differential operational amplifier system
US10396740B2 (en) Microphone driving device and digital microphone including the same
KR102130068B1 (ko) 마이크로폰 구동 장치 및 이를 포함하는 디지털 마이크로폰
US10516942B2 (en) Electronic circuit for a microphone and microphone
US10313790B1 (en) Polymorphic playback system with switching oscillation prevention

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant