[发明专利]用于高输入电容信号放大器的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及半导体电路和方法，更具体地，涉及用于低失真电容信号源的放大器。

背景技术

音频麦克风通常用于各种消费者应用中，例如，移动电话、数字录音机、个人计算机和电话会议系统。特别地，批量生产的成本敏感应用中使用低成本驻极体电容传声器（ECM）。ECM麦克风通常包括安装在具有声孔和电输出端的小封装内的驻极体材料薄膜。驻极体材料粘贴在隔膜上，或本身构成隔膜。大多数ECM麦克风还包括与目标应用，例如，移动电话内的音频前端放大器对接的前置放大器。另一种麦克风是微电子机械系统（MEMS）麦克风，可实施为直接蚀刻在集成电路上的压敏隔膜。

环境声压级跨越非常大的动态范围。例如，人类听觉的阈值约为0dBSPL，谈话的声音约为60dBSPL，而50m之外的喷气式飞机的声音约为140dBSPL。麦克风（例如，MEMS麦克风）的隔膜能承受高强度声信号，并精确地将这些高强度声信号转换为电子信号，但对这种高电平信号的处理较为困难。例如，优化许多音频麦克风放大器和前置放大器，以用于一个特定动态范围。由此，这些系统可能无法在不产生严重失真的情况下处理整个音频范围。

发明内容

根据实施方式，一种方法包括：确定电容信号源提供的输入信号的振幅；基于确定的振幅在模拟域内压缩输入信号，以形成压缩模拟信号；将压缩模拟信号转换为压缩数字信号；以及，在数字域内解压数字信号，以形成解压数字信号。在实施方式中，压缩模拟信号包括调整与电容信号源耦合的放大器的第一增益，解压数字信号包括调整数字处理块的第二增益。

下文中的附图和说明对本发明的一个或多个实施方式的细节进行了阐述。根据说明书、附图以及权利要求，本发明的其他特征、目标和优点将是显而易见的。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在将结合附图进行以下说明，在附图中：

图1a至图1e示出了根据本发明实施方式的放大器集成电路；

图2a至图2c示出了根据另一实施方式的示例性放大器集成电路；

图3a至图3c示出了示例性过零检测器、示例性峰值检测器和示例性时序图；

图4a至图4d示出了示例性增益控制曲线；以及

图5示出了示例性封装麦克风系统。

不同图中的对应数字和符号基本表示对应部分，除非另有说明。绘制附图的目的在于明确示出优选实施方式的相关方面，其并不一定按比例绘制。为了更明确地示出特定实施方式，图号后可能会添加表示相同结构、材料或过程步骤的变化的字母。

具体实施方式

下文将对当前优选实施方式的制造和使用进行详细说明。但是，应理解的是，本发明提供的多个适用概念可在各种特定环境下实施。所述特定实施方式仅为制造和使用本发明的特定方式的举例说明，并不限定本发明的范围。

下文将就特定环境下的实施方式，即，用于诸如MEMS的电容信号源或驻极体电容传声器（ECM）的放大器对本发明进行说明。但是，本发明还可用于其他类型的电路和系统，例如，音频系统、通信系统、传感器系统和连接到高阻抗信号源的其他系统。

在实施方式中，通过在模拟域中压缩电容信号源的输出信号，对压缩信号进行模数转换，随后在数字域中解压信号，放大器可保持诸如麦克风的电容信号源的较大动态范围。通过进行压缩和解压，电容传感器或麦克风的总灵敏度可在其整个输出范围内保持恒定。例如，在某些实施方式中，可达到140dB SPL的高声信号，同时将系统的总谐波失真保持在10%以下。

在某些实施方式中，通过衰减电容信号源的输出信号而实现电容信号源的输出信号的压缩。在某些实施方式中，可实施前端衰减的控制和实施，例如，如2011年8月25日提交的名称为“用于低失真电容信号源放大器的系统和方法”的共同待决申请13/217,890所述。该申请的全部内容通过引用结合于此。例如，在一个实施方式中，可通过调整耦合至输入放大器（耦合至电容信号源的输出端）的输入端的阻抗而对信号进行衰减。可通过控制耦合至放大器的输入端的电容而调整输入电平。在另一个实施方式中，可通过控制耦合至放大器的输入端的电阻而调整输入电平，使高通网络可调。可替代地，可在放大器的输入端使用其他阻抗类型。在另外的实施方式中，可通过调整电容传感器的两个板之间的电压而控制输入电平，从而调整电容传感器本身的声信号到电信号的增益。