TW201521461A - 用於頻率偵測的裝置和方法 - Google Patents

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Aziz Yurttas
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Abstract

一特定用途積體電路(ASIC)配合一聲音裝置而使用。一輸入時脈信號被接收。輸入時脈信號之頻率被決定，且該頻率係代表ASIC之複數運作模式中的其中一者。根據決定之頻率，提供至ASIC之一或多個運作區塊之一電流量被改變。

Description

用於頻率偵測的裝置和方法
本案係有關於麥克風(microphone)，特別是關於麥克風之運作。
本案主張依據35 U.S.C.§119(e)條款而在2013年10月21日提出申請之標題為「Apparatus and Method for Frequency Detection」的第61893453號美國臨時申請案的優先權之權益，其內容全部併入於本文中以當作參考。
麥克風基本上係由二個主要組件所構成：一微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System；MEMS)裝置，接收音聲能量並將其轉換成電氣信號，以及特定用途積體電路(Application Specific Integrated Circuit；ASIC)(或其他電路)，從該MEMS裝置取得電氣信號並對該信號執行後處理及/或緩衝該信號以供其後之電路級於一較大的電子環境之中使用。
該ASIC之輸出可以是呈類比形式或數位形式，而具有ASIC提供數位輸出之麥克風通常被稱為數位式麥克風。近年來，數位式麥克風日益普及於可攜式電子設備之中，特別是在行動電話之內。
相較於類比式麥克風，數位式麥克風提供額外之功能並且提供較佳之麥克風運作控制。例如，在許多使用數位式麥克風的電子系統之 中，其需要電子系統之多模式運作(multimode operation)。多模式運作係指電子系統能夠以較高電流消耗之最高效能、較低電流消耗之較低效能、以及極低電力消耗而無效能的待機模式下工作。此種多模式運作需要麥克風能夠支援該等運作模式。
很遺憾地，先前之方式並未充分地解決這些關注問題。此導致許多使用者並不滿意此等先前之方式。
提供一種耦接至一聲音裝置的特定用途積體電路(ASIC)。該ASIC包含：至少一運作區塊；一頻率偵測區塊，該頻率偵測區塊被配置成用以接收一輸入時脈信號，決定該輸入時脈信號之頻率，該頻率代表該ASIC之複數運作模式中的其中一者，該頻率偵測區塊另外被配置成根據該決定之頻率改變提供至該至少一運作區塊之一電流量。
提供一種操作配合聲音裝置使用之特定用途積體電路(ASIC)的方法。該方法包含：接收一輸入時脈信號；決定該輸入時脈信號之頻率，該頻率代表該ASIC之複數運作模式中的其中一者；根據該決定之頻率，改變提供至該ASIC之一或多個運作區塊之一電流量。
100‧‧‧麥克風組件
101‧‧‧音聲能量
102‧‧‧MEMS裝置
104‧‧‧特定用途積體電路(ASIC)
106‧‧‧電路
108‧‧‧時脈
109‧‧‧裝置
110‧‧‧內部振盪器
112‧‧‧運作區塊
114‧‧‧頻率偵測區塊
202‧‧‧待機模式
204‧‧‧低電力模式
206‧‧‧標準效能模式
208‧‧‧高效能模式
300‧‧‧頻率偵測及電流調整區塊
302‧‧‧內部振盪器
304‧‧‧時脈分頻器
306‧‧‧頻率偵測裝置
308‧‧‧偏置電流產生器
310‧‧‧可單次編程(OTP)記憶體位元
311‧‧‧可單次編程(OTP)記憶體位元
312‧‧‧時脈輸入墊
313‧‧‧分頻比例
316‧‧‧ASIC
318‧‧‧裝置
320‧‧‧時脈
321‧‧‧開關
322‧‧‧區塊
為了對本揭示之一更完全之理解，請參閱以下配合附圖進行之詳細說明，其中：圖1包含在依據本發明許多實施例之一麥克風中使用頻率偵測之一系統之方塊圖； 圖2包含一圖表，顯示本文所述之依據本發明許多實施例之頻率偵測方式之運作之一實例；圖3包含依據本發明許多實施例之一具備頻率偵測之特定用途積體電路(ASIC)之方塊圖。
熟習相關技術者應理解，其係基於簡易性及清晰性例示圖中之元件。另外其亦應理解，其有可能以特別之進行順序描述或描繪某些動作及/或步驟，但熟習相關技術者應了解，此種對於順序之特定性實際上並非必要。其亦應了解，除非文中另有敘明，否則本文所使用的用語及表達方式均具有符合此等用語及表達方式相對於其對應之各別探查研究領域中之一般含義。
本文提出實施一多模式麥克風之方法，其中麥克風工作於多重模式，同時，麥克風之電流消耗(以及用電量)依循輸入時脈之頻率。
在許多此等實施例之中，輸入時脈之頻率與一內部產生之時脈信號進行比較。輸入時脈之頻率代表一特定用途積體電路(ASIC)或其他裝置之運作模式。該比較使得其能夠進行輸入頻率之精確偵測。提供至ASIC之不同運作區塊之電流可以根據頻率(其現在已然被精確量測)而改變。換言之，ASIC(或ASIC的一部分)之電流(或電量)消耗依循輸入時脈之頻率變化。取決於輸入時脈頻率，產生額外、不同的運作模式，且由於依據此等方法改變電流之彈性，其特定之電流及電力需求得以解決。
在其他態樣之中，內部振盪器信號(來自ASIC)被針對其頻率進行溫度補償。在又其他態樣之中，為了降低設計複雜度，內部振盪器信 號(來自ASIC)並未針對頻率進行製程補償，而是在ASIC產製測試期間執行該製程補償，此處針對製程補償完成調整測試，而後該調整值被儲存至可單次編程(One Time Programmable；OTP)記憶體。
一特定運作模式或頻率之電流消耗值係決定於雜訊與電流消耗之規格。就此觀點而言，雜訊亦是考慮及控制之一參數，因為在類比混合模式積體電路(IC)設計之中的雜訊與電流之間存在一習知的關係。
在許多此等實施例之中，一特定用途積體電路(ASIC)耦接至一聲音裝置。該ASIC包含至少一運作區塊及一頻率偵測區塊。頻率偵測區塊被配置成用以接收一輸入時脈信號，決定輸入時脈信號之頻率，代表ASIC之複數運作模式的其中一者。頻率偵測區塊進一步被配置成用以根據決定之頻率改變提供予至少一運作區塊之一電流量。
在其他態樣之中，頻率偵測區塊將輸入時脈與一其運行無關於溫度及製程的內部產生時脈信號進行比較。在其他實例之中，前述之聲音裝置係一微機電系統(MEMS)麥克風。
在一些實例之中，該複數模式中的每一者均具有一不同的獨立的電流消耗。在其他實例之中，該等模式可以是一待命模式、一低電力模式、一標準效能模式、或者一高效能模式。其亦有可能存在其他實例。
在其他的此類實施例之中，一特定用途積體電路(ASIC)配合一聲音裝置使用。一輸入時脈信號被接收。輸入時脈信號之頻率被決定，且該頻率係代表ASIC之複數運作模式中的其中一者。根據決定之頻率，提供至ASIC之一或多個運作區塊之一電流量被改變或調整。
以下參見圖1，描述一麥克風組件100之一實例。該麥克風 組件包含一MEMS裝置102，以及一特定用途積體電路(ASIC)104。組件100耦接至電路106，其係一裝置109的一部分。裝置109可以是一行動電話、個人電腦、或者使用麥克風的任何其他裝置。電路106係執行任何類型處理功能之任何類型電子電路。電路106可以被適當地分成功能模組，且可以是硬體及軟體元件的任何組合(例如，其可以包含執行編程指令的微處理器)。電路106包含一時脈108，耦接至ASIC 104。
上述之MEMS裝置102係任何類型之MEMS麥克風裝置，將音聲能量101轉換成一類比電氣信號(傳送至ASIC 104)。ASIC 104可以是任何類型之積體電路，執行各種類型之功能，舉二範例功能而言，諸如緩衝或放大。ASIC 104運作於各種不同之運作模式，每一種運作模式均使用，或者說，需要，不同的電力位準。若電力位準不正確，則ASIC 104將無法運作或者不能正確地運作。ASIC 104處理接收自MEMS裝置102之信號以供電路106使用。
為了使ASIC在一特定的ASIC運作模式下正確地運作，一頻率偵測區塊114被配置成根據接收自時脈108之輸入頻率提供電流調整。就此觀點而言，時脈108之頻率代表ASIC 104之運作之模式。輸入時脈108之頻率藉由區塊114被與來自ASIC 104中之一內部振盪器110之一內部產生時脈信號進行比較。輸入時脈108之頻率代表ASIC 104之運作模式。藉由區塊114進行之比較使得時脈108之輸入頻率能夠被精確地偵測。提供至ASIC之不同運作區塊112之電流可以根據此偵測頻率(其現在已然被精確量測)被區塊114改變。換言之，ASIC 104(或ASIC 104的一部分)的電流消耗依循輸入時脈108之頻率變化。取決於輸入時脈108之頻率，產生額外及/ 或不同的運作模式，且由於改變電流之彈性，其特定之電流及電力需求得以解決。
以下參照圖2及圖3進一步詳細描述ASIC 104的頻率偵測態樣(特別是區塊114之運作)。
以下參見圖2，麥克風之運作被分成四個模式202、204、206、及208。其應能理解，根據所需之ASIC規格，包含電流消耗及雜訊，可以定義出較少或較多數目之模式。此等模式具有不同的獨立的電流消耗水準(顯示於垂直軸線上)，且此等電流水準被依據本方式調整。其可以看出，此等水準係階進式的，而非依循一線性斜率之型態。
待機模式202係電流消耗處於一最小值，而麥克風不運作。低電力模式204係電流消耗被維持於一最小值，但麥克風運作於縮減之效能。標準效能模式206係電流消耗相較於低電力模式204而言較高，同時麥克風之效能亦增加。高效能模式208係電流消耗與效能均處於最大值。
在每一模式之中，電流消耗被進一步增加(或減少)，並且依循偵測到的頻率。例如，一些時脈驅動電路本質上對於一特定效能之較高時脈頻率需要較高之電流消耗，或者為了較佳之雜訊效能需要較高之電流消耗。需要變動電力水準之電路實例包含類比至數位(A至D)轉換器以及開關電容式濾波器，二者均常使用於數位式麥克風之中。其亦有可能存在其他實例。
以下參見圖3，其描述一頻率偵測及電流調整區塊300(例如，圖1之區塊114)之一實例。就此而言，圖3例示有關如何製造出與製程及溫度變異無關而依循輸入時脈頻率之偏置電流(bias current)的一個可能 的實施方式。其亦有可能存在其他實例。區塊300包含一內部振盪器302、一時脈分頻器304、一頻率偵測裝置306、一偏置電流產生器308、可單次編程(OTP)記憶體位元310及311、以及一時脈輸入墊312(耦接至頻率偵測裝置306)。區塊300可以配置於一ASIC 316之上。ASIC 316可以配置於包含一時脈320之一裝置318之中，時脈320耦接至時脈輸入墊312。舉二實例而言，裝置318可以是一行動電話或者個人電腦。
運作之時，內部振盪器302輸出一信號，被時脈分頻器304接收。OTP位元310可在產製流程進行期間被用以補償製程變異。例如，其可以量測振盪器頻率，與預定之數值相比較，而該等位元被用以使振盪器運作於預定之頻率。振盪器302之輸出係一溫度補償時脈信號。OTP位元311以一分頻比例313之形式被套用至時脈分頻器304以補償振盪器/ASIC當中的各種公差。此可以在產製期間進行，並根據特別之振盪器/ASIC改變上述之分頻比例。分頻器304之輸出係一溫度及製程補償時脈信號。換言之，分頻器304之輸出可以被視為一精確之時脈，因為溫度與製程二者均已被考慮，並根據此等因素對時脈信號做出補償。
頻率偵測裝置306比較輸入時脈(來自裝置318)與精確時脈以找出輸入時脈之頻率。其傳送一n位元控制信號至偏置電流產生器308。偏置電流產生器308亦可以在產製期間藉由OTP位元加以調整，以補償製程變異。該n位元係輸入時脈頻率之一數位位元表示方式。舉例而言，若數位表示方式係1，則頻率可以是100Khz，若其係2，則頻率可以是介於100kHz與200kHz之間，以此類推。此n位元信號啟動產生器308之內的多個開關321。愈多開關321被關合，則供應愈多電流。以此種方式，其根 據時脈320之頻率(代表模式)調整電流。來自308的電流可以流入ASIC 316中的不同區塊322，從而依據需要操控ASIC 316。如同在圖2之中所可以看出，使用於圖3中的方法造成一階狀電流響應，而非一線性的進程。
因此，本方法提供運作於具有不同效能面向，包含電流消耗及雜訊，之多重模式的數位式麥克風。效能面向上的改變係透過時脈輸入頻率上的變化加以控制。時脈輸入頻率上的變化的偵測係藉由將時脈輸入與一來自ASIC上之振盪器之內部產生精確時脈源進行比較而達成。該內部產生時脈信號(位於ASIC之上)之運行與溫度及製程無關。溫度無關性可以藉由在振盪器之中使用與製程無關的電流源而達成。製程無關性可以藉由在ASIC生產測試期間使用製程變異補償之OTP登錄而達成。
本說明書描述本發明之較佳實施例，包含發明人所知悉之用以實行本發明的最佳模式。其應理解，例示實施例僅係示範性質，故不應被視為對於本發明範疇之限制。
100‧‧‧麥克風組件
101‧‧‧音聲能量
102‧‧‧MEMS裝置
104‧‧‧特定用途積體電路(ASIC)
106‧‧‧電路
108‧‧‧時脈
109‧‧‧裝置
110‧‧‧內部振盪器
112‧‧‧運作區塊
114‧‧‧頻率偵測區塊

Claims (10)

  1. 一種特定用途積體電路(ASIC)，耦接至一聲音裝置，該ASIC包含：至少一運作區塊；一頻率偵測區塊，該頻率偵測區塊被配置成用以接收一輸入時脈信號，決定該輸入時脈信號之頻率，該頻率代表該ASIC之複數運作模式中的其中一者，該頻率偵測區塊另外被配置成根據該決定之頻率改變提供至該至少一運作區塊之一電流量。
  2. 如申請專利範圍第1項之ASIC，其中該頻率偵測區塊將該輸入時脈與一運行無關於溫度及製程的內部產生時脈信號進行比較。
  3. 如申請專利範圍第1項之ASIC，其中該聲音裝置係一微機電系統(MEMS)麥克風。
  4. 如申請專利範圍第1項之ASIC，其中該複數模式中的每一者均具有一不同的獨立的電流消耗。
  5. 如申請專利範圍第1項之ASIC，其中該複數模式係選自於由一待命模式、一低電力模式、一標準效能模式、及一高效能模式所組成的族群。
  6. 一種操作配合聲音裝置使用之特定用途積體電路(ASIC)的方法，該方法包含：接收一輸入時脈信號；決定該輸入時脈信號之頻率，該頻率代表該ASIC之複數運作模式中的其中一者；根據該決定之頻率，改變提供至該ASIC之一或多個運作區塊之一電流量。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中決定該頻率包含將該輸入時脈與一運行無關於溫度及製程的內部產生時脈信號進行比較。
  8. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該聲音裝置係一微機電系統(MEMS)麥克風。
  9. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該複數運作模式中的每一者均具有一不同的獨立的電流消耗。
  10. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該複數模式係選自於由一待命模式、一低電力模式、一標準效能模式、及一高效能模式所組成的族群。
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