低功率聲學裝置和操作方法與流程

2023-06-06 18:27:16 2

本專利要求保護2014年10月2日提交的名稱為「Low Power Acoustic Apparatus And Method Of Operation」的美國臨時申請No.62/058,998在35U.S.C.§119(e)下的權益，其內容通過引用全部併入於此。

技術領域

本申請涉及聲學裝置，並且更具體地，涉及在這些裝置中使用超聲波方法。

背景技術：

不同類型的聲學裝置已經使用多年。一種類型的聲學裝置是麥克風，而且一種類型的麥克風是微機電系統(MEMS)麥克風。在MEMS麥克風中，MEMS管芯包括膜片和背板。MEMS管芯通常設置在基板(或基底)上並且被殼體(例如，具有壁的杯狀物或蓋)封閉。一埠可以延伸穿過基板(底部埠裝置)或穿過殼體的頂部(頂部埠裝置)。在任何情況下，聲能穿過埠，使膜片移動並產生相對於背板的變化電位，產生電信號。專用集成電路(ASIC)可以對該信號執行進一步的處理。麥克風被部署在各種類型的裝置中，諸如個人計算機或蜂窩電話。

遺憾的是，以前的方法具有局限性。電音頻系統包括各種功耗部件，如編解碼器。因為編解碼器通常總是被接通以進行信號處理，所以消耗大量的功率。另外，根據編解碼器的採樣率，這些先前方法提供用於超聲波頻率的有限帶寬。

因高功耗和減少的電池壽命，所有這些問題已導致一些用戶對先前方法的不滿意。

附圖說明

為更全面理解本公開，參照下面詳細描述和附圖進行說明，其中：

圖1包括根據本發明的各種實施方式的麥克風中的沒有數位訊號處理器(DSP)的低功率聲學系統的框圖；

圖2包括根據本發明的各種實施方式的在麥克風中設置有數位訊號處理器(DSP)的低功率聲學系統的框圖；

圖3包括根據本發明的各種實施方式的低功率聲學系統的操作的流程圖；

圖4A包括根據本發明的各種實施方式的檢測電路的框圖；

圖4B包括根據本發明的各種實施方式的檢測電路的框圖；

圖5包括根據本發明的各種實施方式的利用具有數位訊號處理器(DSP)的麥克風的框圖；

圖6包括根據本發明的各種實施方式的具有數位訊號處理器(DSP)的另一麥克風的框圖；

圖7包括根據本發明的各種實施方式的具有數位訊號處理器(DSP)的另一麥克風的框圖；

圖8包括根據本發明的各種實施方式的本方法的應用的一個示例的框圖；

圖9包括根據本發明的各種實施方式的本方法的應用的另一示例；

圖10包括根據本發明的各種實施方式的具有數位訊號處理器(DSP)的麥克風的框圖；

圖11包括根據本發明的各種實施方式的具有數位訊號處理器(DSP)的另一麥克風的框圖；

圖12包括根據本發明的各種實施方式的具有數位訊號處理器(DSP)的另一麥克風的框圖。

技術人員應當清楚，附圖中的部件為簡單和清楚起見而例示。還應清楚的是，特定動作和/或步驟可以按出現的特定次序描述或描繪，而本領域技術人員應當明白，有關順序的這種特異性實際上不需要。還應明白的是，在此使用的術語和表達具有普通含義，如按照這種術語和表達有關它們對應的各自調查和研究範圍的本來樣子，除另外在此闡述了特定含義以外。

具體實施方式

在本文中提出的方法中，當感測超聲波信號時，編解碼器(或其它處理裝置)被停用(或者以低功率狀態操作)，由此提供比先前系統顯著少的功率消耗。超聲波信號是具有高於人耳可聽度極限的頻率的聲信號。編解碼器(或其它處理裝置)僅在它們需要時被啟用，例如，當檢測到超聲波信號(或某一其它有意義的信號)時。在一些方面，超聲波活動檢測可以在任何系統中實現，而不管所使用的處理裝置(例如，編解碼器)的類型。另外，超聲波信號被自動檢測和處理，無需用戶幹預。

聲換能器(例如，MEMS麥克風、壓電麥克風、揚聲器或某一其它換能器)和超聲波檢測器被用於檢測超聲波信號並將信號發送至系統中的一個或更多個組件。在一個方面，麥克風中的超聲波檢測器通過向其它組件(例如，諸如編解碼器的處理器)提供喚醒信號來觸發該組件的喚醒，以開始處理接收到的信號(例如，接收到的超聲波信號)。在其它方面，換能器和超聲波檢測器被用於向諸如處理器的電子組件發送信號，所述信號啟動應用或者修改處理器的操作。

另一方面，麥克風具有兩種內部狀態。第一狀態是具有閾值檢測的低功率感測模式。當檢測到超聲波信號時，麥克風喚醒設置在麥克風中的處理器(例如，數位訊號處理器(DSP))，以對接收到的信號執行相關或其它模式匹配功能。其它功能也是可能的。在第二狀態下並且如果發現期望的信號，則麥克風觸發系統喚醒以進行超聲波信號處理。如果沒有發現所需的信號，則控制返回至第一狀態。系統處於低功率感測模式，直到檢測到超聲波信號為止，此時，麥克風尋找前導碼或ID以喚醒編解碼器來處理針對一應用的超聲波信號(例如，應用啟動、支付接收、支付確認、優惠券接收或命令接收等)。儘管針對麥克風描述了本文所描述的方法中的一些，但應當清楚，本文描述的原理不限於麥克風，而是可應用於具有所有類型的傳感器的所有類型的感測構造。

在這些實施方式中的許多實施方式中，在麥克風處檢測到超聲波信號。接收到的超聲波信號被相關(或模式匹配)，以確定接收到的超聲波信號何時是希望的超聲波信號。當該相關指出接收到的聲信號是希望的超聲波信號時，至少一個電子組件被從非活動或睡眠狀態喚醒。如果信號相關、模式匹配功能或其它信號檢測方法指出接收到的超聲波信號不是希望的超聲波信號，則麥克風在低功率操作狀態下操作並且不喚醒任何其它電子組件。

在一些方面，在麥克風處執行相關或模式匹配，並且所述至少一個電子組件包括處理裝置。處理器(例如，編解碼器)執行附加的應用相關處理功能。另一方面，例如通過數位訊號處理(DSP)模塊、編解碼器或一些其它處理裝置來執行相關或模式匹配功能。在一些示例中，DSP在麥克風中。在其它示例中，麥克風在執行相關或模式匹配時進入處理狀態，該處理狀態比低功率操作狀態消耗更多功率。

在一些示例中，所述檢測包括測量濾波信號強度，並且將所測量的信號強度與預定閾值進行比較。在其它示例中，所述檢測包括測量濾波信號強度，並且將所測量的信號強度與自適應或用戶可改變的閾值進行比較。

在其它方面，所述檢測利用數字或模擬濾波器。在其它示例中，通過混疊(aliasing)將接收到的超聲波信號按子採樣頻率速率移位至基帶頻率。其它示例也是可能的。

還在其它方面，當所述檢測檢測到超聲波信號時，喚醒處理裝置(例如，編解碼器)以執行相關，使得在該處理器(例如，編解碼器)處執行相關或模式匹配。在一些示例中，通過向組件發送喚醒信號來執行喚醒電子組件，其中，該組件與處理裝置(例如，編解碼器)和麥克風分離。

在這些實施方式中的其它實施方式中，麥克風在第一操作狀態下操作，使得在第一操作狀態下，麥克風接收聲信號並且確定所接收的信號是否是希望的超聲波信號。麥克風在感測到希望的超聲波信號時進入第二操作狀態。該第二操作狀態比第一操作狀態消耗更多功率。在第二操作狀態下，麥克風利用相關或其它模式匹配功能或算法來確定所接收的信號是否是希望的超聲波信號。如果是希望的超聲波前導碼(preamble)或ID，則麥克風將喚醒信號發送至諸如編解碼器或微處理器的處理裝置。在麥克風確定接收到的超聲波信號不是希望的超聲波信號時，麥克風保持第一操作狀態。

在一些方面，利用測量的濾波信號強度來確定聲音信號是否是希望的超聲波信號，並且在該信號強度與預定閾值之間進行比較。在其它方面，利用測量的濾波信號強度來確定聲音信號是否是希望的超聲波信號，並且在該超聲波信號強度與自適應和用戶可改變的閾值之間進行比較。在一些方面，該自適應閾值可以調節至環境噪聲級。還在其它方面，即使在麥克風檢測到超聲波信號時，如果在特定時段之後識別出該信號不包含ID或前導碼，則自適應閾值具有關閉麥克風的能力。

在一些示例中，使用數字或模擬濾波器來確定接收到的聲信號是否是希望的超聲波信號。在其它示例中，通過混疊將接收到的超聲波信號按子採樣頻率速率數字移位至基帶頻率。

在這些實施方式中的其它實施方式中，在換能器處檢測超聲波信號。在檢測到麥克風處的超聲波信號時，向處理裝置(例如，編解碼器)發送第一喚醒信號。如在此使用的，麥克風可以是任何類型的換能器。第一喚醒信號在處理裝置(例如，編解碼器)處被接收並且作為響應將該處理裝置(例如，編解碼器)從低功率處理狀態喚醒。在該處理裝置(例如，編解碼器)處，將所接收的超聲波信號進行相關或模式匹配，以確定接收到的超聲波信號是否是希望的超聲波信號。在所述相關指出接收到的聲音信號是希望的超聲波信號時，從編解碼器向至少一個電子組件發送第二喚醒信號。在所述相關指示接收到的超聲波信號不是希望的超聲波信號時，麥克風按低功率操作模式操作。

在一些方面，利用測量的濾波信號強度來確定聲音信號是否是希望超聲波信號，並且在該信號強度與預定閾值之間進行比較。在其它方面，利用測量的濾波信號強度來確定該聲信號是否是希望的超聲波信號，並且在該超聲波信號強度與自適應和用戶可改變的閾值之間進行比較。

在一些示例中，經由數字或模擬濾波器來實現超聲波信號的檢測。在其它示例中，在編解碼器處，通過混疊將超聲波信號按子採樣頻率速率數字移位至基帶頻率。

應理解，在此描述的方法利用超過約20kHz範圍的人類可聽範圍的不可聽信號操作。這可以是人類聽不到的任何信號，其中大多數在20kHz以上，可以在20kHz以下。

在一個方法中，聲音換能器檢測不由人類語音產生的超聲波信號。例如，智慧型電話可以具有接收超聲波信號的第一聲音換能器和產生超聲波信號的第二聲音換能器。當用戶在智慧型手機附近做出手勢(例如，通過揮動他的手)時，用戶的手可以反射來自第二聲音換能器的超聲波信號。第一聲音換能器檢測反射的信號。檢測到的、從用戶手勢的反射的超聲波信號可被用於喚醒智慧型電話的其它組件。

感測超聲波信號的另一個實施方式是感測由另一個裝置產生的超聲波信號。例如，第一智慧型電話具有聲音換能器，並且第二智慧型電話可以在第一智慧型電話附近。第二智慧型電話可以具有聲音換能器，該聲音換能器自動地或響應於用戶對第二智慧型電話的操縱而產生超聲波信號。第一智慧型電話的聲音換能器處於低功率感測模式。第一智慧型電話中的換能器在檢測到來自第二智慧型電話的超聲波信號時進入較高功率處理模式以處理超聲波信號。如果發現希望的特徵，則第一智慧型電話可以使用檢測到的來自第二智慧型電話的超聲波信號來喚醒第一智慧型電話的其它組件或者啟動其它應用。

下面，參照圖1，描述了低功率聲學系統(麥克風中未設置有處理器)。該系統包括具有超聲波活動檢測(UAD)的麥克風102、處理器(例如，編解碼器)104以及系統組件106。

具有超聲波活動檢測(UAD)的麥克風102接收聲信號和聲能。在一個示例中，麥克風102可包括將聲能轉換成電信號的微機電系統(MEMS)裝置(具有膜片和背板)。

編解碼器或處理器104從麥克風102接收信號，並且針對這些信號提供編碼和/或解碼功能。例如，處理器104可以將模擬信號轉換成數位訊號，可以壓縮或解壓縮信號，或者可以執行其它信號處理功能。處理器104的輸出被傳送至系統組件106。

在這些方面，處理器104可以包括信號處理模塊120和正常操作模式模塊122。信號處理模塊120從麥克風接收第一喚醒信號108，確定來自信號108的前導碼的存在，並且嘗試將所確定的前導碼與被批准用於處理的一個或更多個可接受或已知的前導碼的列表進行匹配。這種相關指出接收到的聲信號是否是希望的超聲波信號。在一些方面，正常操作模式模塊122執行諸如數字數據轉換、信號處理以及信號放大的功能。其它功能示例也是可能的。

系統組件106可以包括執行任何類型的功能的任何類型的電子組件。系統組件可以與蜂窩電話、個人計算機或平板計算機相關聯，但不限於此。

在圖1的系統的操作的一個示例中，在麥克風102處檢測超聲波信號。當在麥克風102處檢測到超聲波信號時，向處理器104發送第一喚醒信號108。第一喚醒信號108在編解碼器處被接收並且響應地喚醒處理器104。在處理器104處，接收到的超聲波信號被相關(或模式匹配)，以確定接收到的超聲波信號何時是希望的超聲波信號。在該相關(或模式匹配)指出接收到的聲信號是希望的超聲波信號時，從編解碼器向系統組件106發送第二信號。信號110可以是使系統組件106中的一個或更多個被喚醒的喚醒信號110。作為另一示例，信號110可以使系統組件106的處理器啟動應用。在該相關指出接收到的超聲波信號不是希望的聲音信號時，麥克風102和處理器104繼續在低功率操作模式下操作，並且系統不被喚醒。

在其它示例中，麥克風102可以直接聯接至系統組件106並直接喚醒這些組件，而不涉及處理器104。

在一些方面，利用測量的濾波信號強度，通過處理器104確定該聲音信號是否是希望超聲波信號，並且在該信號強度與預定閾值之間進行比較。在其它方面，利用測量的濾波信號強度，通過處理器104確定該聲音信號是否是希望的超聲波信號，並且在該信號強度與自適應或用戶可改變的閾值之間進行比較。

在一些示例中，經由數字或模擬濾波器來實現超聲波信號的檢測。例如，濾波器可以是衰減聲頻帶頻率的高通濾波器。在其它示例中，在處理器104處，通過混疊將超聲波信號按子採樣頻率速率數字移位至基帶頻率。

現在參照圖2，描述了在麥克風中具有處理器的低功率聲學系統。該系統包括具有超聲波活動檢測(UAD)的麥克風202以及處理器(例如，編解碼器)204。

具有超聲波活動檢測(UAD)的麥克風202包括低功率感測模塊220和較高功率信號處理模塊222。低功率感測模塊220可以包括將聲能轉換為電信號的微機電系統(MEMS)裝置(具有膜片和背板)。較高功率信號處理模塊222確定來自從模塊220接收到的信號中的前導碼的存在，並且嘗試將所確定的前導碼與被批准用於處理的一個或更多個可接受或已知的前導碼的列表進行匹配。該相關或模式匹配指出接收到的聲信號是否是希望的超聲波信號。

處理器204從麥克風202接收信號，並且針對這些信號提供編碼和/或解碼功能。例如，編解碼器可以將模擬信號轉換成數位訊號，可以壓縮或解壓縮信號，可以執行其它信號處理功能。處理器204的輸出被傳送至系統組件206。例如，處理器204可以輸出喚醒系統組件206的處理器或者使系統組件206的處理器啟動應用的信號。

麥克風202按第一操作狀態操作，使得在第一操作狀態下，麥克風確定是否檢測到超聲波信號。麥克風202接收聲信號並確定所接收的信號是否是希望超聲波信號。在麥克風202確定檢測到希望超聲波信號時，麥克風202進入第二操作狀態222。第二操作狀態可以消耗比第一操作狀態多的功率。在第二操作狀態下，麥克風處理超聲波信號以確定其是否包含預定義的超聲波ID或前導碼。如果發現希望的ID或前導碼，則麥克風202將喚醒信號發送至處理器204。在麥克風202確定接收到的超聲波信號不是希望的超聲波信號時，麥克風202返回至第一操作狀態220。

在一些方面，利用測量的濾波信號強度，通過模塊222確定該聲音信號是否是希望的超聲波信號，並且在該信號強度與預定閾值之間進行比較。在其它方面，利用測量的濾波信號強度，通過模塊222確定該聲音信號是否是希望的超聲波信號，並且在該信號強度與自適應或用戶可改變的閾值之間進行比較。

在一些示例中，模塊220使用數字或模擬濾波器來確定接收到的聲音信號是否是希望的超聲波信號。在其它示例中，利用混疊將接收到的超聲波信號按子採樣頻率速率數字移位至基帶頻率。

在其它示例中，麥克風202可以直接聯接至系統組件206並直接喚醒這些組件，而不涉及處理器204。

下面，參照圖3，描述了低功率聲學系統的操作。在這個示例中，假定正在使用麥克風。然而，如上所述，應當清楚，本文描述的原理不限於麥克風，而是可應用於具有所有類型的傳感器的所有類型的感測構造。

在第一低功率感測模式302下，麥克風感測超聲波信號。在這個模式中，麥克風的各種組件是不活動的或者正在低功率操作模式下操作。

在步驟306，進行前導碼標識。在該步驟中並且使用一個示例，確定前導碼是否在接收到的超聲波信號中。如果存在前導碼，則通過將信號中的標識/前導碼信息與可接受/已識別的前導碼/標識信息進行比較，而藉助於算法將該信號相關、模式匹配或確定。在其它示例中，代替識別前導碼，進行頻移檢測(例如，由在傳感器前揮手的人產生)。

在步驟308，發生系統喚醒。在該相關指出接收到的聲音信號是希望的超聲波信號時，可以發送信號以喚醒系統組件。在相關指出希望的超聲波信號尚未被確定時，再次進入低功率狀態。在其它方法中，步驟308可以包括向已經喚醒的一個或更多個系統組件發送信號。例如，步驟308可以包括向處理器發送使該處理器啟動應用的信號。

下面，參照圖4A，描述了檢測方法的一個示例。電荷泵401聯接至MEMS裝置403，MEMS裝置403聯接至濾波器402，濾波器402聯接至功率估計器404。

電荷泵401提供電流、電壓或功率，以使MEMS裝置403工作。MEMS裝置403包括膜片和背板，並將接收到的聲能(包括超聲波信號)轉換成電信號。

濾波器402被用於過濾不需要的噪聲和信號。功率估計器404確定信號的功率。在步驟406，確定是否超過所需的功率電平。如果該回答為肯定，則模數轉換器408將模擬信號轉換成數位訊號，並且在步驟410，發生數位訊號的相關或模式匹配，如本文其它地方所描述的。如果相關/模式匹配是肯定的，則在步驟412，喚醒系統。如果該回答為否定，則在步驟416，系統返回至正常感測模式。

下面，參照圖4B，描述了檢測方法的一個示例。電荷泵431聯接至MEMS裝置432，MEMS裝置432聯接至模數轉換器(ADC)434，ADC 434聯接至濾波器435，濾波器435聯接至功率估計器436。

電荷泵431提供電流、電壓或功率，以使MEMS裝置432工作。MEMS裝置432包括膜片和背板，並將接收到的聲能(包括超聲波信號)轉換成電信號。ADC 434將來自MEMS裝置432的模擬信號轉換成數位訊號。

濾波器435被用於過濾不需要的噪聲，並且功率估計器436確定信號的功率。在步驟438，確定是否超過所需的功率電平。如果該回答為肯定，則在步驟440，發生數位訊號的相關或模式匹配，如本文其它地方描述的。如果相關/模式匹配是肯定的，則在步驟442，喚醒系統。如果該回答為否定，則在步驟446，系統返回至正常感測模式。

下面，參照圖5，描述了具有DSP或其它處理裝置的麥克風500。麥克風500將信號發送至處理器(例如，編解碼器)502。處理器(例如，編解碼器)502從麥克風500接收信號，並且針對這些信號提供編碼和/或解碼功能。例如，處理器(例如，編解碼器)502可以將模擬信號轉換成數位訊號，可以壓縮或解壓縮信號，可以執行其它信號處理功能。處理器(例如，編解碼器)502的輸出被傳送至其它系統組件。

麥克風500包括MEMS裝置504、低功率單元(block)506以及高功率單元508。MEMS裝置504包括膜片和背板，並將聲能510轉換成電信號。

低功率單元506可以是單個晶片(矽片)並且可以是專用集成電路(ASIC)。這些組件被設置成檢測超聲波信號。低功率單元506包括電荷泵520、帶通或高通濾波器522、放大器524以及比較器526。也可以存在其它組件。電荷泵520向MEMS裝置504提供電流、電壓或功率。帶通或高通濾波器522使來自由MEMS裝置504生成的電信號的某些(例如，高)超聲波頻率通過並且拒絕其它(例如，較低)頻率。放大器524放大來自帶通或高通濾波器522的信號以生成信號512，並且比較器526將這些信號與閾值進行比較，以查明傳入的超聲波信號具有足夠的信號強度，由此生成信號514。信號514被發送至高功率單元508。

高功率單元508(可以是數位訊號處理晶片)包括執行相關功能的模式匹配模塊，諸如信號相關器(或其它類型的檢測器)540。更具體地，相關器540在信號514中尋找前導碼，並將該前導碼與可接受的前導碼/標識符進行比較。當識別出前導碼或標識信息時，從麥克風500向處理器(例如，編解碼器)502發送信號516以喚醒處理器(例如，應用處理器)502和電氣系統的其餘部分。如果相關未識別信號514，則不向處理器(例如，應用處理器)502發送信號，並且麥克風繼續在低功率模式下操作。在低功率模式下，低功率單元506繼續感測信號，但是高功率單元508和編解碼器處於睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

信號510可以利用頻移鍵控、頻率調製以及其它處理技術來編碼。

下面，參照圖6，描述了具有DSP或其它處理裝置的另一麥克風。麥克風600將信號發送至諸如處理器602的晶片上系統(SoC)。在一個示例中，處理器602是編解碼器。處理器602從麥克風600接收信號，並且針對這些信號提供編碼和/或解碼功能。例如，處理器602可以將模擬信號轉換成數位訊號，可以壓縮或解壓縮信號，可以執行其它信號處理功能。處理器602的輸出被發送至其它系統組件。

麥克風600包括MEMS裝置604、低功率單元606以及高功率單元608。MEMS裝置604包括膜片和背板，並將聲能610轉換成電信號。

低功率單元606與MEMS裝置604一起可以設置在諸如專用集成電路(ASIC)的單個晶片(單片的矽)上。低功率單元606包括電荷泵620、超聲波活動檢測器605以及語音活動檢測器607。電荷泵620向MEMS裝置604提供電流、電壓或功率。

超聲波活動檢測器605檢測超聲波信號，並且包括第一帶通或高通濾波器622、第一放大器624以及第一比較器626。帶通或高通濾波器622使來自由MEMS裝置604生成的電信號的某些(例如，高)超聲波頻率通過並且拒絕其它(例如，較低)頻率。第一放大器624放大來自帶通或高通濾波器622的信號以生成信號612，並且比較器626將這些信號與閾值進行比較，以查明傳入的超聲波信號具有足夠的信號強度，由此生成信號614。信號614被發送至高功率單元608。

語音活動檢測器607檢測語音信號/命令，並生成與接收到的語音信號相對應的信號615。信號615被發送至高功率單元608。

高功率單元608(可以是數位訊號處理晶片)包括超聲波模式匹配模塊(諸如處理/相關器模塊640，其執行相關功能)以及關鍵短語檢測模塊642。更具體地，相關器模塊640在信號614中尋找前導碼，並將其與可接受的前導碼/標識符進行比較。在識別出前導碼或標識信息時，從麥克風600向編解碼器602發送信號616以喚醒編解碼器602。如果相關或模式匹配未識別信號614，則不向編解碼器602發送信號，並且麥克風600繼續在低功率模式下操作，除非檢測到語音活動。在低功率模式下，低功率單元606繼續感測信號，但是高功率單元608和編解碼器6902處於睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

關鍵短語檢測模塊642檢測信號615中的預定語音短語。關鍵短語檢測模塊642可以存儲與在信號615中發現的短語進行比較的關鍵短語的列表。當識別出關鍵短語時，從麥克風600向處理器602發送信號616以喚醒編解碼器602。如果在信號615中未識別出關鍵短語，則不向處理器602發送信號，並且麥克風600繼續在低功率模式下操作，除非檢測到超聲波活動。在低功率模式下，低功率單元606繼續感測信號，但是高功率單元608和編解碼器處於睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

應理解，可以對聲能610進行編碼，並且高功率單元608可以解碼該信號。信號610可以利用頻移鍵控、頻率調製以及其它處理技術來編碼。

下面，參照圖7，描述了具有DSP或其它處理裝置的另一麥克風。麥克風700將信號發送至諸如處理器702的晶片上系統(SoC)。在一個示例中，處理器702是編解碼器。處理器702從麥克風700接收信號，並且針對這些信號提供編碼和/或解碼功能。例如，處理器702可以將模擬信號轉換成數位訊號，可以壓縮或解壓縮信號，可以執行其它信號處理功能。處理器702的輸出被發送至其它系統組件。

麥克風700包括第一MEMS裝置703、第二MEMS裝置704、低功率單元706以及高功率單元708。第一MEMS裝置703和第二MEMS裝置704皆包括膜片和背板。第一MEMS裝置704被優化用於超聲波操作(例如，用於接收超聲波信號)，並且第二MEMS裝置704將人類音頻範圍中的信號轉換成電信號。

低功率單元706與第一和第二MEMS裝置703和704一起可以設置在諸如專用集成電路(ASIC)的單個晶片(單片的矽)上。低功率單元706包括電荷泵720、超聲波活動檢測器705以及語音活動檢測器707。電荷泵720向第一和第二MEMS裝置703和704提供電流、電壓或功率。

超聲波活動檢測器705檢測超聲波信號，並且包括第一帶通或高通濾波器722、第一放大器724以及第一比較器726。帶通或高通濾波器722從由第一MEMS裝置703生成的電信號去除某些頻率。第一放大器724放大來自帶通或高通濾波器722的信號以生成信號712，並且第一比較器726將所述信號與閾值進行比較，以查明傳入的超聲波信號具有足夠的信號強度，由此生成信號714。信號714被發送至高功率單元708。

語音活動檢測器707檢測語音信號/命令，並生成與接收到的語音信號相對應的信號。信號715被發送至高功率單元708。

高功率單元708(可以是數位訊號處理晶片)包括超聲波模式匹配模塊(諸如處理/相關器模塊740，執行相關功能)以及關鍵短語檢測模塊742。更具體地，相關器模塊740在信號714中尋找前導碼，並將其與可接受的前導碼/標識符進行比較。當識別出前導碼或標識信息時，從麥克風700向處理器702發送信號716以喚醒處理器702。如果相關未識別出信號614，則不向處理器702發送信號，並且麥克風700繼續在低功率模式下操作，除非檢測到語音活動。在低功率模式下，低功率單元706繼續感測信號，但是高功率單元708和編解碼器處於睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

關鍵短語檢測模塊742檢測信號715中的預定語音短語。關鍵短語檢測模塊742可以存儲與在信號715中發現的短語進行比較的關鍵短語的列表。當識別出關鍵短語時，從麥克風700向處理器702發送信號716以喚醒處理器702。如果在信號715中未識別出關鍵短語，則不向處理器702發送信號，並且麥克風700繼續在低功率模式下操作，除非檢測到超聲波活動。在低功率模式下，低功率單元706繼續感測信號，但是高功率單元708和編解碼器處於睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

應理解，可以對聲能710進行編碼，並且高功率單元608可以解碼該信號。信號710可以利用頻移鍵控、頻率調製以及其它處理技術來編碼。

現在參照圖8，對本方法的應用的示例進行描述。在這種情況下，筆802(或類似物體)被配置或配備有超聲波發送器並將超聲波信號804發送至智慧型電話或平板806。智慧型手機或平板806包括編解碼器，並且被設置成在沒有任何用戶幹預的情況下啟動應用。在這些方面，智慧型手機或平板806最初處於低功率感測模式820。在步驟822，檢測超聲波信號。在步驟824，智慧型手機或平板806識別信號中的前導碼。在步驟826，智慧型手機或平板806被喚醒(例如，通過喚醒其編解碼器或其它系統組件)。如果未識別出前導碼，則智慧型手機或平板806返回至低功率感測模式820。

下面，參照圖9，對本方法的應用的另一示例進行描述。在圖9的示例中，行動電話902包括超聲波麥克風904以及揚聲器或接收器(或任何通用超聲波換能器，如壓電換能器)906。行動電話902還可以接收用戶輸入908。用戶輸入908可以是各種形式，包括語音信號、小鍵盤的致動或觸控螢幕的致動。其它示例也是可能的。

將麥克風902附近設置鍵或標籤(tag)910。該鍵或標籤910包括揚聲器或接收器(或任何通用超聲波換能器，如壓電換能器)912和高靈敏度超聲波麥克風或傳感器914。

在步驟920，行動電話902處的揚聲器或接收器906向鍵或標籤910發送超聲波信號。在步驟922，高靈敏度超聲波麥克風或傳感器914接收該信號。在步驟924，從鍵或標籤910的揚聲器或接收器912向行動電話902發送超聲波信號。在步驟926，可以在行動電話902處執行三角測量以確定其位置。當行動電話902接近鍵或標籤910時，揚聲器906可以播放鈴聲。

應理解，本方法可以部署在各種不同環境和應用中。例如，本方法可以在交通(例如，公共汽車和火車)環境中應用於停車計時錶。

本方法可用於定位物體(例如，電話、照相機、鑰匙、無線電子設備或電視遙控器)。在這些各種應用中，位於要被定位的物體處的集成的超聲波發送應答器將使能低功率感測模式，直到檢測到超聲波信號(來自用戶對物體的搜索)為止。該系統被開啟，並且可以從用戶裝置執行三角測量(用於位置確定)。物體本身還可以包括聲音激活裝置(例如，接收器)，其被激活以允許用戶聽到聲音並由此定位該物體。

下面，參照圖10至圖12，描述了麥克風的各種示例。應理解，模塊、單元(block)，處理器或者被用於構造麥克風的其它組件可以利用硬體和/或軟體組件的任何組合來實現。即，麥克風的組件不限於特定硬體和/或軟體配置。

下面，參照圖10，描述了具有DSP或其它處理裝置的麥克風1000。麥克風1000將信號發送至處理器(例如，編解碼器)1002。處理器(例如，編解碼器)1002從麥克風1000接收信號，並且針對這些信號提供編碼和/或解碼功能。例如，處理器(例如，編解碼器)1002可以將模擬信號轉換成數位訊號，可以壓縮或解壓縮信號，可以執行其它信號處理功能。處理器1002的輸出被發送至其它系統組件。

麥克風1000包括MEMS裝置1004、ASIC 1006(包括電荷泵1008和超聲波信號檢測模塊1010(包括帶通或高通濾波器1012)以及DSP 1014(包括超聲波信號處理模塊1016)。MEMS裝置1004包括膜片和背板，並將聲能轉換成電信號。

超聲波檢測模塊1010被設置成檢測超聲波信號。在這些方面，帶通或高通濾波器1012使來自由MEMS裝置1004生成的電信號的某些(例如，高)超聲波頻率通過並且拒絕其它(例如，較低)頻率。超聲波信號處理模塊1016在從超聲波信號檢測模塊1010接收到的信號中尋找前導碼，並將其與可接受的前導碼/標識符進行比較。當識別出前導碼或標識信息時，從麥克風1000向處理器(例如，編解碼器)1002發送信號1018以喚醒處理器(例如，編解碼器)1002和電氣系統的其餘部分。如果相關(或模式匹配)未識別出信號1016，則不向處理器(例如，編解碼器)1002發送信號，並且麥克風繼續在低功率模式下操作。在低功率模式下，超聲波信號檢測模塊1010繼續感測信號，但是超聲波信號處理模塊1016和處理器1002(例如，編解碼器)處於睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

下面，參照圖11，描述了具有DSP或其它處理裝置的另一麥克風。麥克風1100將信號發送至處理器(例如，編解碼器)1102。SoC(例如，處理器或編解碼器)1102從麥克風1100接收信號，並且針對這些信號提供編碼和/或解碼功能。例如，處理器(例如，編解碼器)1102可以將模擬信號轉換成數位訊號，可以壓縮或解壓縮信號，可以執行其它信號處理功能。處理器(例如，編解碼器)1102的輸出被傳送至其它系統組件。

麥克風1100包括MEMS裝置1104、ASIC 1106(包括電荷泵1108和低功率單元1110)及DSP 1120(包括超聲波信號處理模塊1122)。信號處理模塊1122包括超聲波模式匹配模塊(諸如處理/相關器模塊1224)以及關鍵短語檢測模塊1226。MEMS裝置1104包括膜片和背板，並將聲能轉換成電信號。低功率單元1110包括超聲波活動檢測器1112和語音活動檢測器1114。電荷泵1108向MEMS裝置1104提供電流、電壓或功率。

超聲波活動檢測模塊1112檢測超聲波信號。語音活動檢測器模塊1114檢測超語音信號/命令。

超聲波處理/相關器模塊1124執行相關(或模式匹配)功能。相關器模塊1124在從超聲波活動檢測模塊1112接收到的信號中尋找前導碼，並將其與可接受的前導碼/標識符進行比較。當識別出前導碼或標識信息時，從麥克風1100向編解碼器1102發送信號1130以喚醒編解碼器1102。如果相關或模式匹配未識別出信號，則不向編解碼器1102發送信號，並且麥克風1100繼續在低功率模式下操作，除非檢測到語音活動。在低功率模式下，低功率單元1110繼續感測信號，但是DSP 1120和編解碼器1102處於睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

關鍵短語檢測模塊1126檢測從語音活動檢測器模塊1114接收到的信號中的預定語音短語。關鍵短語檢測模塊1126可以存儲與在信號中發現的短語進行比較的關鍵短語的列表。當識別出關鍵短語時，從麥克風1100向處理器(例如，編解碼器)1102發送信號1130以喚醒編解碼器1102。如果在信號中未識別出關鍵短語，則不向處理器(例如，編解碼器)1102發送信號，並且麥克風1100繼續在低功率模式下操作，除非檢測到超聲波活動。在低功率模式下，低功率單元1110繼續感測信號，但是DSP 1120和編解碼器1102處於睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

下面，參照圖12，描述了具有DSP或其它處理裝置的另一麥克風。麥克風1200將信號發送至處理器(例如，編解碼器)1202。處理器(例如，編解碼器)1202從麥克風1200接收信號，並且針對這些信號提供編碼和/或解碼功能。例如，處理器(例如，編解碼器)1202可以將模擬信號轉換成數位訊號，可以壓縮或解壓縮信號，可以執行其它信號處理功能。處理器(例如，編解碼器)1202的輸出被傳送至其它系統組件。

麥克風1200包括第一MEMS裝置1203、第二MEMS裝置1204、ASIC 1206(包括電荷泵1208、低功率單元1210(包括超聲波活動檢測模塊1212))以及DSP 1220(包括信號處理模塊1222)。信號處理模塊1222包括超聲波模式匹配模塊(諸如處理/信號相關模塊1224)以及關鍵短語檢測模塊1226。第一和第二MEMS裝置1203和1204皆包括膜片和背板。第一MEMS裝置1204被優化用於超聲波操作(例如，用於接收超聲波信號)，並且第二MEMS裝置1204將人類音頻範圍中的信號轉換成電信號。電荷泵1208向MEMS裝置1203和1204提供電流、電壓或功率。

超聲波活動檢測模塊1212檢測超聲波信號。語音活動檢測器模塊1214檢測超語音信號/命令。

超聲波處理/相關器模塊1224執行相關功能。相關器模塊1124在從超聲波活動檢測模塊1212接收到的信號中尋找前導碼，並將其與可接受的前導碼/標識符進行比較。當識別出前導碼或標識信息時，從麥克風1200向編解碼器1202發送信號1230以喚醒編解碼器1202。如果相關或模式匹配未識別出該信號，則不向編解碼器1202發送信號，並且麥克風1200繼續在低功率模式下操作，除非檢測到語音活動。在低功率模式下，低功率單元1210繼續感測信號，但是DSP 1220和編解碼器1202處於睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

關鍵短語檢測模塊1226檢測從語音活動檢測器模塊1214接收到的信號中的預定語音短語。關鍵短語檢測模塊1226可以存儲與在信號中發現的短語進行比較的關鍵短語的列表。當識別出關鍵短語時，從麥克風1200向處理器(例如，編解碼器)1202信號1230以喚醒編解碼器1202。如果在信號中未識別出關鍵短語，則不向處理器(例如，編解碼器)1202發送信號，並且麥克風1200繼續在低功率模式下操作，除非檢測到超聲波活動。在低功率模式下，低功率單元1210繼續感測信號，但是DSP 1220和編解碼器1202處於睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

在此對本發明的優選實施方式進行了描述，包括本發明人已知的用於執行本發明的最佳模式。應理解，所示實施方式僅是示例性的，而不應被視為限制本發明的範圍。