TWI552612B - 用於數位麥克風的轉換率控制裝置 - Google Patents

用於數位麥克風的轉換率控制裝置 Download PDF

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Description

用於數位麥克風的轉換率控制裝置
本案關於麥克風，更特定而言關於改善關聯於這些麥克風之輸出驅動器的轉換率特徵。
本案主張依據35 U.S.C.§119(e)條款而在2013年9月4日提出申請之標題為「Slew rate control apparatus for digital microphones」的第61873572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。
近年來，數位麥克風已逐漸受到可攜式電子設備的歡迎，尤其是使用於行動電話。數位麥克風的一項優點是其固有的性質為對於調變的(包括輻射的和傳導的)RF訊號係極為免疫。
舉例而言，麥克風於許多行動電話中係典型放置成靠近無線電發送器(亦即天線)。雖然類比麥克風之前已用於行動電話，但是這些麥克風相當容易受到調變的RF訊號(例如來自天線的雜訊)所影響。於類比麥克風，調變的RF訊號被解調成不想要的聲音訊號。
數位麥克風不像類比麥克風面臨許多解調的問題或關心。舉例來說，數位麥克風對於調變RF訊號的免疫性開啟了放置成鄰近天線的可能性。然而，這種放置產生了新的問題。
更特定而言，典型之行動電話的天線不僅用於發送RF訊 號，也用於接收RF訊號。接收的RF訊號經常是很小，例如差不多-140dBm，因此對於干擾訊號很敏感。
由於來自數位麥克風的輸出訊號是數位的，則輸出訊號將具 有極陡峭的邊緣(譬如奈秒大小)，因而訊號的頻率內容達到數億赫茲(有時到十億赫茲的範圍)。這對電路產生了干擾問題。
本申請案提供一種驅動器，該驅動器包括：驅動器區塊，該 驅動器區塊包括可調整的電流源，其建構成產生數位輸出串流；控制器區塊，其耦合於該驅動器區塊；比較區塊，其耦合於該驅動器區塊和該控制器區塊，該比較區塊建構成在相對於主時脈的延遲時間來比較該數位輸出串流和參考值，並且基於該比較而使該控制器區塊去調整該驅動器區塊的強度。
此外，本申請案提供一種控制驅動器的方法，該方法包括： 在相對於主時脈的延遲時間來比較驅動器的數位輸出串流和參考值；基於該比較，致使調整該驅動器的強度，該強度係該驅動器的能力，而該調整係有效更改該數位輸出串流的穩定。
100‧‧‧包括轉換率控制的系統
102‧‧‧數位麥克風
104‧‧‧輸出驅動器
106‧‧‧應用(負載)
202‧‧‧控制器區塊
204‧‧‧比較區塊
206‧‧‧驅動器區塊
210‧‧‧數位輸入波形
212‧‧‧數位輸出波形
301‧‧‧輸入
302‧‧‧正數器/倒數器
303‧‧‧切換計數器
304‧‧‧正數器/倒數器
305‧‧‧切換計數器
306‧‧‧可調整的電流源
307‧‧‧參考電壓值
308‧‧‧第一電晶體
309‧‧‧輸出
310‧‧‧第二電晶體
311‧‧‧時脈延遲訊號
312‧‧‧可調整的電流槽
313‧‧‧(未知)
314‧‧‧比較器
315‧‧‧負載
316‧‧‧(未知)
317‧‧‧(未知)
318‧‧‧異步邏輯
為了更完整理解本揭示，應參考以下的【實施方式】和伴隨圖式，其中：圖1包括系統方塊圖，其包括根據本發明之多樣具體態樣的轉換率控制裝置； 圖2包括根據本發明之多樣具體態樣的轉換率控制驅動器；圖3包括根據本發明之多樣具體態樣的轉換率控制驅動器電路。
熟於此技藝者將體會圖中的元件是為了簡單和清楚而示範。將進一步體會特定的動作和/或步驟可以描述或顯示成特別的發生順序，同時熟於此技藝者將了解並非真的需要此種有關順序的特定性。也將了解在此使用的語辭和表達除非在此已另外列出特定的意義，否則具有一般的意義，就如依照此種語辭和表達相對於其對應的個別查詢和研究領域而言。
於本做法，由驅動器電路產生而用於麥克風之數位輸出串流的邊緣陡峭度是由主動電路所適應性的控制，該主動電路補償了負載電容的變異、製造容限和其他因素。於某些方面，利用了控制迴路，並且這控制迴路變化輸出驅動器的強度。就如在此使用的「強度」(strength)而言，它意謂驅動能力。強度的變化在某些方面係僅基於來自驅動器輸出的數位回饋和受控制的延遲。於其他方面，提供了輸出驅動器，其中驅動強度是由回饋迴路所控制，而確保數位輸出訊號以參考電壓所給的預定值來穩定。
於某些範例，驅動器的輸出是在參考時脈改變之後的預定時間做取樣，然後再與輸出緩衝器所接收的資料訊號做比較。如果輸出訊號尚未穩定，則這二個訊號將是不同的。因此，輸出緩衝器的驅動強度將增加。如果這二個訊號是相等的，則驅動強度將減少，並且輸出訊號將穩定得較慢。回饋迴路然後將隨著時間確保穩定時間(隨著時間並且取決於調節迴路的迴路頻寬)接近需要的穩定時間。將體會隨著不同的時脈樣本，穩定 時間將有所變化，但這無害。換言之，需要的穩定時間可以設定成具有某種餘裕，或者回饋迴路可以限制成在啟動順序期間來操作，並且獲得的驅動器強度設定然後可以儲存在暫存器或其他記憶儲存裝置中。
現在參見圖1，描述的是包括轉換率控制之系統100的一範 例。系統包括數位麥克風102(其具有數位輸出103)、輸出驅動器104(其具有數位輸出串流105)、應用(負載)106。就如在此使用的「轉換率」(slew rate)而言，它意謂輸出穩定斜率。
數位麥克風102可以是任何範例的數位麥克風。數位麥克風 102接收語音訊號並且將語音訊號轉換成數位訊號而呈現在其輸出。
輸出驅動器104於一範例係藉由使用主動電路而適應性的 控制輸出串流105的邊緣陡峭度，該主動電路補償了應用106之電容的變異、製造容限和/或其他特徵。於某些方面，輸出驅動器使用控制迴路，其係僅基於數位回饋和受控制的延遲。於其他方面，提供了輸出驅動器104，其中驅動強度是由回饋迴路所控制，而確保數位輸出訊號以參考電壓所給的預定值來穩定。下面進一步描述範例性輸出驅動器的結構和操作。
應用106是利用數位串流105之任何類型的應用或負載。在 這方面，它可以包括多樣的電氣和電子構件，例如電阻器和電容器。附帶而言，應用可以包括任何類型的處理能力，並且可以是另一裝置的一部分(舉二例來說，譬如行動電話或電腦的構件)。
現在參見圖2，描述的是輸出驅動器200的功能方塊圖。驅 動器200包括控制器區塊202、比較區塊204、驅動器區塊206。將體會這些區塊可以由多樣類型的電路和/或程式化裝置所建造。
控制器區塊202於一範例是正數器/倒數器。比較區塊204 比較回饋訊號和參考訊號，並且產生用於控制器的訊號。驅動器區塊206包括可調整的電流源，其產生數位輸出串流。
於圖2系統的一操作範例，比較區塊204在相對於主時脈的 延遲時間來比較數位輸出串流和參考值。該延遲代表輸出所需要穩定之時(於一範例，其譬如在主時脈位移之後差不多100奈秒)。該比較決定在這特定時間的輸出相較於參考值而是否為高或低。比較的結果然後饋到控制器區塊202。控制器區塊然後將增加或減少驅動器206的強度，此視輸出串流穩定得快或慢而定。
將體會來自麥克風的數位輸入(顯示於標示210的波形)可以 像是方波。然而，使用在此描述的做法，則數位輸出串流可以具有較不陡峭之邊緣的波形(舉例而言，如標示212的波形所示)。
現在參見圖3，描述的是驅動器電路300的一範例。驅動器 電路300(譬如圖1的輸出驅動器104或圖2的輸出驅動器200)包括用於電流源的正數器/倒數器302、用於電流槽的正數器/倒數器304、控制302的切換計數器303、控制304的另一切換計數器305、可調整的電流源306、可調整的電流槽312、第一電晶體308、第二電晶體310、比較器314、控制302/304/314的異步邏輯電路。這些構件是熟於此技藝者所熟知的，並且在此將不進一步描述它們的進一步結構。
輸出驅動器300提供對於可數位調整的電流源306和可數位 調整的電流槽312之控制。比較器314以時脈延遲訊號311(相對於主時脈的延遲)來對輸出訊號取樣。具有來自比較器314之取樣訊號的異步邏輯則 回應的控制正數器/倒數器302和304連同比較器314。異步邏輯控制那一個計數器302或304要被致能，並且進而確保二個計數器當中任何一者連同比較器僅當在輸入301有邏輯狀態轉換時才運作。
正數器/倒數器302產生N個位元，其控制電流槽306的驅 動強度；並且正數器/倒數器304產生N個位元，其控制電流源312的驅動強度。電流源306將提供給負載315的電流加以開源，並且電流槽312將從負載315所提供的電流加以消沉。
操作上，驅動器電路300的輸出309在相對於主時脈的延遲 時間與參考電壓值307做比較。這延遲代表當輸出309所需要穩定之時(譬如在主時脈位移之後差不多100奈秒)。比較器314然後將決定在這特定時間的輸出309相較於參考電壓值307是否為高或低。基於比較結果並連同輸入301的邏輯狀態，異步邏輯318決定那一個計數器要受到改變並且計數器值是否應增加或減少。如果計數器值增加，則對應之電流源/槽的驅動強度將增加，意謂在次一時脈較快穩定。另一方面，如果計數器值減少，則調節迴路反而將減少個別計數器的值，因此對應之電流源/槽的驅動強度將減少，意謂較慢穩定。
基於負載315是固定不變的並且沒受到改變的假設，範例性 輸出驅動器300可以保持運作達有限量的時間。以此方式，由計數器、比較器、異步邏輯所構成的電路保持運作達到的時間係保證計數器輸出是在正確值，然後變成失能。失能則確保計數器值停止於最終值。於一範例，這操作可以藉由使用切換計數器來做，該切換計數器檢查在相關計數器輸出的切換次數，然後當切換次數達到預先程式化的值時使個別的計數器失 能。切換計數器303計數在計數器302的切換並且停止302，而切換計數器305計數在計數器304的切換並且停止304。另一範例可以是當中的整體操作是由像是數位處理器或控制器的外部電路所控制。
在此描述了本發明的較佳具體態樣，包括發明人所知以執行本發明的最佳模式。應了解示範的具體態樣只是範例性的，而不應視為限制本發明的範圍。
202‧‧‧控制器區塊
204‧‧‧比較區塊
206‧‧‧驅動器區塊
210‧‧‧數位輸入波形
212‧‧‧數位輸出波形

Claims (14)

  1. 一種驅動器，該驅動器包括：驅動器區塊，該驅動器區塊包括可調整的電流源，其建構成產生數位輸出串流；控制器區塊，其耦合於該驅動器區塊；比較區塊，其耦合於該驅動器區塊和該控制器區塊，該比較區塊建構成比較該數位輸出串流之取樣值和預定的參考電壓值，並且基於該比較而使該控制器區塊去調整該驅動器區塊的強度，其中該數位輸出串流在相對於主時脈的延遲時間被取樣。
  2. 如申請專利範圍第1項的驅動器，其中該控制器區塊包括計數器。
  3. 如申請專利範圍第1項的驅動器，其中該數位輸出串流包括方波。
  4. 如申請專利範圍第1項的驅動器，其中該數位輸出串流包括修改過的方波，其具有傾斜邊緣。
  5. 如申請專利範圍第1項的驅動器，其中該延遲代表該驅動器的該輸出穩定所需要的時間。
  6. 如申請專利範圍第1項的驅動器，其中增加該驅動器強度，該增加係有效增加該數位輸出串流在次一時脈的穩定時間。
  7. 如申請專利範圍第1項的驅動器，其中減少該驅動器強度，該減少係有效減少該數位輸出串流在次一時脈的穩定時間。
  8. 一種控制驅動器的方法，該方法包括：比較驅動器的數位輸出串流之取樣值和預定的參考電壓值，其中該數位輸出串流在相對於主時脈的延遲時間被取樣； 基於該比較，致使調整該驅動器的強度，該強度係該驅動器的能力，而該調整係有效更改該數位輸出串流的穩定。
  9. 如申請專利範圍第8項的方法，其中該數位輸出串流包括方波。
  10. 如申請專利範圍第8項的方法，其中該數位輸出串流包括修改過的方波，其具有傾斜邊緣。
  11. 如申請專利範圍第8項的方法，其中該延遲代表該驅動器的該輸出穩定所需要的時間。
  12. 如申請專利範圍第8項的方法，其中該調整是增加該驅動強度，該驅動強度的該增加係有效增加該數位輸出串流在次一時脈的穩定時間。
  13. 如申請專利範圍第8項的方法，其中該調整是減少該驅動強度，該驅動強度的該減少係有效減少該數位輸出串流在次一時脈的穩定時間。
  14. 如申請專利範圍第8項的方法，其中該數位輸出串流的穩定時間隨著不同的時脈週期做變化。
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