TWI679900B - 類比式麥克風及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一種類比式麥克風及其控制方法，該類比式麥克風包括：一感測器，用於感測一聲音並將該聲音轉換成一電氣信號；一電荷泵，用於提供一偏壓給該感測器以驅動該感測器；一源極隨耦器，用於接收該電氣信號並將該電氣信號轉換為一源極隨耦器信號；一增益可調放大器，用於接收該源極隨耦器信號、將該源極隨耦器信號乘以一放大倍數、以及輸出一放大後信號；以及一偵測模組，用於響應於該源極隨耦器之該源極隨耦器信號適應性地控制該電荷泵之該偏壓及該增益可調放大器之該放大後信號。

Description

類比式麥克風及其控制方法
本揭示關於麥克風技術領域，特別是關於一種類比式麥克風及其控制方法。
於類比式麥克風中，感測器用於感測一聲音信號，源極隨耦器(Source Follower，SF)讀出該聲音信號後，由增益放大器調整該聲音信號的振幅後並輸出該調整後的聲音信號。
聲學過載點(Acoustic Overload Point，AOP)為類比式麥克風之一重要參數，聲學過載點是指類比式麥克風之輸出信號的總諧波失真(Total Harmonic Distortion，THD)小於10%時所能偵測的最大輸入聲壓(Sound Pressure Level，SPL)。當輸入信號大於聲學過載點時，輸出信號會嚴重失真。
然而，習知類比式麥克風中，源極隨耦器之線性度不佳，因此聲學過載點無法有效提高。
因此需要針對上述習知技術的問題提出一種解決方法。
本揭示提供一種類比式麥克風及其控制方法，其能解決習知技術中的問題。
本揭示之類比式麥克風包括：一感測器，用於感測一聲音並將該聲音轉換成一電氣信號；一電荷泵，電性耦接至該感測器，該電荷泵用於提供一偏壓給該感測器以驅動該感測器；一源極隨耦器，電性耦接至 該感測器，該源極隨耦器用於接收該電氣信號並將該電氣信號轉換為一源極隨耦器信號；一增益可調放大器，電性耦接至該源極隨耦器，該增益可調放大器用於接收該源極隨耦器信號、將該源極隨耦器信號乘以一放大倍數、以及輸出一放大後信號；以及一偵測模組，電性耦接至該電荷泵、該源極隨耦器、及該增益可調放大器，該偵測模組用於響應於該源極隨耦器之該源極隨耦器信號適應性地控制該電荷泵之該偏壓及該增益可調放大器之該放大後信號。
本揭示之類比式麥克風之控制方法中，該類比式麥克風包括一感測器、一電荷泵、一源極隨耦器、一增益可調放大器、以及一偵測模組，該類比式麥克風之控制方法包括：該電荷泵提供一偏壓給該感測器以驅動該感測器；該感測器感測一聲音並將該聲音轉換成一電氣信號；該源極隨耦器接收該電氣信號並將該電氣信號轉換為一源極隨耦器信號；該增益可調放大器接收該源極隨耦器信號、將該源極隨耦器信號乘以一放大倍數、以及輸出一放大後信號；以及該偵測模組響應於該源極隨耦器之該源極隨耦器信號適應性地控制該電荷泵之該偏壓及該增益可調放大器之該放大後信號。
本揭示之類比式麥克風及其控制方法能在該增益可調放大器所輸出之該放大後信號維持不變的情況下，改善該源極隨耦器線性度不佳的問題以有效提高聲學過載點。
10‧‧‧感測器
12‧‧‧電荷泵
14‧‧‧源極隨耦器
16‧‧‧增益可調放大器
18‧‧‧偵測模組
S100-S108‧‧‧區塊
第1圖顯示根據本揭示一實施例之類比式麥克風之方塊圖。
第2圖顯示根據本揭示一實施例之該源極隨耦器的電路圖。
第3圖顯示根據本揭示一實施例之該增益可調放大器的電路圖。
第4圖顯示根據本揭示一實施例之該偏壓與感度的關係圖。
第5圖顯示根據本揭示一實施例之該放大倍數與感度的關係圖。
第6圖顯示根據本揭示一實施例之類比式麥克風之控制方法的流程圖。
為使本揭示的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照圖式並舉實施例對本揭示進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本揭示，本揭示說明書所使用的詞語“實施例”意指用作實例、示例或例證，並不用於限定本揭示。此外，本揭示說明書和所附申請專利範圍中所使用的冠詞「一」一般地可以被解釋為意指「一個或多個」，除非另外指定或從上下文可以清楚確定單數形式。並且，在所附圖式中，結構、功能相似或相同的元件是以相同元件標號來表示。
請參閱第1圖，第1圖顯示根據本揭示一實施例之類比式麥克風之方塊圖。
該類比式麥克風可以為一微機電系統(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)麥克風。該類比式麥克風包括一感測器10、一電荷泵(charge pump)12、一源極隨耦器(source follower)14、一增益可調放大器16、以及一偵測模組18。
該感測器10用於感測一聲音並將該聲音轉換成一電氣信號。
該電荷泵12電性耦接至該感測器10。該電荷泵12用於提供一偏壓給該感測器10以驅動該感測器10。
該源極隨耦器14電性耦接至該感測器10。該源極隨耦器14用於接收該電氣信號並將該電氣信號轉換為一源極隨耦器信號。更明確地說，該源極隨耦器14作為一阻抗匹配(impedance matching)元件以讀出該感測器10之該電器信號。
該增益可調放大器16電性耦接至該源極隨耦器14。該增益可調放大器16用於接收該源極隨耦器信號、將該源極隨耦器信號乘以一放大倍數、以及輸出一放大後信號。於一實施例中，該增益可調放大器16可以 為一可程式增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)。
該偵測模組18電性耦接至該電荷泵12、該源極隨耦器14、及該增益可調放大器16。該偵測模組18用於響應於該源極隨耦器14之該源極隨耦器信號適應性地控制該電荷泵12的輸出(即該偏壓)及該增益可調放大器16的輸出(即該放大後信號)。
由於該源極隨耦器14之線性度不佳，因此聲學過載點無法有效提高。本揭示之一特點在於當該偵測模組18偵測該源極隨耦器14之該源極隨耦器信號的振幅大於一臨界值時，該偵測模組18控制該電荷泵12降低提供給該感測器10之該偏壓，並控制該增益可調放大器16提高該放大倍數。該偵測模組18控制該電荷泵12降低該偏壓的程度與該偵測模組18控制該增益可調放大器16提高的該放大倍數成正比。也就是說，當該偏壓降低的較少時，該放大倍數提高的較小。當該偏壓降低的較多時，該放大倍數提高的較大。要說明的是，降低該偏壓的程度與提高的該放大倍數兩者的關係可經由測量而預先得到。
該臨界值為使該類比式麥克風之輸出信號(即該放大後信號)的總諧波失真小於10%時，能夠輸入至該源極隨耦器14的信號(即該電氣信號)的最大振幅。
當該偵測模組18控制該電荷泵12降低提供給該感測器10之該偏壓時，可降低該感測器10之感度(sensitivity)。由於該感測器10之該偏壓降低，該感測器10所輸出之該電氣信號降低，且該源極隨耦器14所輸出之該源極隨耦器信號也會降低。由於該源極隨耦器14所輸出之該源極隨耦器信號降低，因此可大幅減少該源極隨耦器14線性度不佳的影響。雖然該源極隨耦器14所輸出之該源極隨耦器信號降低，該增益可調放大器16透過提高放大該源極隨耦器信號的放大倍數，使得該增益可調放大器16所輸出之該放大後信號維持不變。
於一實施例中，該偵測模組18可以為一比較器。該比較器可 以偵測該源極隨耦器信號的振幅是否大於該臨界值。
因此，本揭示之類比式麥克風能在該增益可調放大器16所輸出之該放大後信號維持不變的情況下，改善該源極隨耦器14線性度不佳的問題以有效提高聲學過載點。
請參閱第2圖以及第3圖，第2圖顯示根據本揭示一實施例之該源極隨耦器14的電路圖。第3圖顯示根據本揭示一實施例之該增益可調放大器16的電路圖。
請參閱第1圖、第4圖、以及第5圖，第4圖顯示根據本揭示一實施例之該偏壓與感度的關係圖。第5圖顯示根據本揭示一實施例之該放大倍數與感度的關係圖。
如上所述，該偵測模組18控制該電荷泵12降低該偏壓的程度與該偵測模組18控制該增益可調放大器16提高的該放大倍數成正比。也就是說，當第4圖之該偏壓降低的較少時(V降低至Vt1)，第5圖之該放大倍數提高的較小(M提高至Mt1)。當第4圖之該偏壓降低的較多時(V降低至Vt2)，第5圖之該放大倍數提高的較大(M提高至Mt2)。
請參閱第6圖，第6圖顯示根據本揭示一實施例之類比式麥克風之控制方法的流程圖。
該類比式麥克風包括一感測器、一電荷泵、一源極隨耦器、一增益可調放大器、以及一偵測模組。該類比式麥克風之控制方法包括下列操作。
區塊S100中，該電荷泵提供一偏壓給該感測器以驅動該感測器。
區塊S102中，該感測器感測一聲音並將該聲音轉換成一電氣信號。
區塊S104中，該源極隨耦器接收該電氣信號並將該電氣信號轉換為一源極隨耦器信號。
區塊S106中，該增益可調放大器接收該源極隨耦器信號、將該源極隨耦器信號乘以一放大倍數、以及輸出一放大後信號。
區塊S108中，該偵測模組響應於該源極隨耦器之該源極隨耦器信號適應性地控制該電荷泵之該偏壓及該增益可調放大器之該放大後信號。
於一實施例中，當該偵測模組偵測該源極隨耦器之該源極隨耦器信號的振幅大於一臨界值時，該偵測模組控制該電荷泵降低提供給該感測器之該偏壓，並控制該增益可調放大器提高該放大倍數。該偵測模組控制該電荷泵降低該偏壓的程度與該偵測模組控制該增益可調放大器提高的該放大倍數成正比。
該臨界值為使該放大後信號的總諧波失真小於10%時，能夠輸入至該源極隨耦器之該電氣信號的最大振幅。
於一實施例中，該偵測模組為一比較器。
本揭示之類比式麥克風及其控制方法能在該增益可調放大器所輸出之該放大後信號維持不變的情況下，改善該源極隨耦器線性度不佳的問題以有效提高聲學過載點。
雖然本揭示已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭示，本揭示所屬技術領域中具有通常知識者在不脫離本揭示之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (8)

  1. 一種類比式麥克風，包括：一感測器，用於感測一聲音並將該聲音轉換成一電氣信號；一電荷泵，電性耦接至該感測器，該電荷泵用於提供一偏壓給該感測器以驅動該感測器；一源極隨耦器，電性耦接至該感測器，該源極隨耦器用於接收該電氣信號並將該電氣信號轉換為一源極隨耦器信號；一增益可調放大器，電性耦接至該源極隨耦器，該增益可調放大器用於接收該源極隨耦器信號、將該源極隨耦器信號乘以一放大倍數、以及輸出一放大後信號；以及一偵測模組，電性耦接至該電荷泵、該源極隨耦器、及該增益可調放大器，該偵測模組用於響應於該源極隨耦器之該源極隨耦器信號適應性地控制該電荷泵之該偏壓及該增益可調放大器之該放大後信號，其中當該偵測模組偵測該源極隨耦器之該源極隨耦器信號的振幅大於一臨界值時，該偵測模組控制該電荷泵降低提供給該感測器之該偏壓，並控制該增益可調放大器提高該放大倍數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之類比式麥克風，其中該偵測模組控制該電荷泵降低該偏壓的程度與該偵測模組控制該增益可調放大器提高的該放大倍數成正比。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之類比式麥克風，其中該臨界值為使該放大後信號的總諧波失真小於10%時，能夠輸入至該源極隨耦器之該電氣信號的最大振幅。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之類比式麥克風，其中該偵測模組為一比較器。
  5. 一種類比式麥克風之控制方法，該類比式麥克風包括一感測器、一電荷泵、一源極隨耦器、一增益可調放大器、以及一偵測模組，該類比式麥克風之控制方法包括：該電荷泵提供一偏壓給該感測器以驅動該感測器；該感測器感測一聲音並將該聲音轉換成一電氣信號；該源極隨耦器接收該電氣信號並將該電氣信號轉換為一源極隨耦器信號；該增益可調放大器接收該源極隨耦器信號、將該源極隨耦器信號乘以一放大倍數、以及輸出一放大後信號；以及該偵測模組響應於該源極隨耦器之該源極隨耦器信號適應性地控制該電荷泵之該偏壓及該增益可調放大器之該放大後信號，其中該偵測模組響應於該源極隨耦器之該源極隨耦器信號適應性地控制該電荷泵之該偏壓及該增益可調放大器之該放大後信號的步驟包括：當該偵測模組偵測該源極隨耦器之該源極隨耦器信號的振幅大於一臨界值時，該偵測模組控制該電荷泵降低提供給該感測器之該偏壓，並控制該增益可調放大器提高該放大倍數。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之類比式麥克風之控制方法，其中該偵測模組控制該電荷泵降低該偏壓的程度與該偵測模組控制該增益可調放大器提高的該放大倍數成正比。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之類比式麥克風之控制方法，其中該臨界值為使該放大後信號的總諧波失真小於10%時，能夠輸入至該源極隨耦器之該電氣信號的最大振幅。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之類比式麥克風之控制方法，其中該偵測模組為一比較器。
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