用於聲傳感器雙向通信信道的信號處理的製作方法

2023-10-06 14:55:44

相關申請的交叉引用

本專利申請要求於2015年12月18日提交的題為「signalprocessingforanacousticsensorbi-directionalcommunicationchannel」的美國非臨時專利申請序列號為14/975,155的優先權，其是於2013年11月7日提交的題為「multi-functionpinsforaprogrammableacousticsensor」的美國非臨時專利申請號為14/074,587的部分延續。此外，本申請要求於2014年12月22日提交的題為「signalprocessingforacousticsensorbi-directionalcommunicationchannels」的美國臨時專利申請號為62/095,108的優先權。上述申請的整體通過引用併入本文。

本主題公開大體上涉及聲傳感器，但不限於用於聲傳感器雙向通信信道的信號處理。

背景

多個聲傳感器，即，微機電系統(mems)麥克風，用在消費電子設備中。這樣的設備在電路板上的放置由聲學特性驅動，並且可限制電連接性，即，傳感器設備中使用的引腳數。在這方面，雖然常規的聲傳感器技術利用標準的雙向通信接口，即內部集成電路(i2c)、串行外設接口(spi)或soundwire，以傳送除了音頻輸出之外的信息，但這樣的接口每個設備需要2到4個額外的專用引腳。因此，常規的聲傳感器技術已經具有一些缺陷，其中一些可參考以下所描述的各種實施例來引起注意。

附圖簡述

參照以下附圖對主題公開的非限制性實施例進行描述，其中除非另有說明，否則在各個視圖中類似的參考數字指類似部件。

圖1圖示了根據各個實施例的包括被配置為發送和/或接收疊加在音頻輸出上的數據的雙向通信組件的聲傳感器的框圖；

圖2圖示了根據各個實施例的包括用於發送疊加在音頻輸出上的數據的共模信號組件的聲傳感器的框圖；

圖3圖示了根據各個實施例的表示相應引腳的差模音頻輸出信令和相應引腳上的共模數據信令的波形；

圖4圖示了根據各個實施例的包括用於發送和/或接收疊加在音頻輸出上的數據的時分復用組件的聲傳感器的框圖；

圖5圖示了根據各個實施例的表示利用時分復用疊加在音頻輸出上的數據的波形；

圖6圖示了包括信號處理組件的聲傳感器的框圖，該信號處理組件用於使用引腳來發送音頻輸出並基於時分復用使用另一引腳發送和/或接收數據；

圖7圖示了包括頻率分隔組件的聲傳感器的框圖，該頻率分隔組件用於基於在對應於音頻輸出的音頻帶以外/基本上以外的定義的頻率範圍發送和/或接收數據；

圖8圖示了根據各個實施例的分別表示基於主機系統中採用的抽取濾波器疊加在音頻輸出上的數據的頻譜和抽取濾波器的傳遞函數的波形；

圖9圖示了包括頻率分隔組件的聲傳感器的框圖，該頻率分隔組件用於基於在對應於第二引腳的音頻輸出的音頻帶以外/基本上以外的定義的頻率範圍來經由第一引腳發送和/或接收數據；

圖10圖示了根據各個實施例的包括電源線通信組件的聲傳感器的框圖，該電源線通信組件用於經由電源引腳和/或接地引腳發送/接收數據；以及

圖11圖示了根據各個實施例的與聲傳感器相關聯的方法的流程圖。

詳細描述

現在將在下文中參照其中示出示例實施例的附圖更充分地對本主題公開的方面進行描述。在以下的描述中，出於解釋的目的，闡述了許多具體細節，以便提供對各個實施例的徹底理解。然而，本主題公開可以以許多不同的形式來體現，且不應被解釋為限於本文中所闡述的示例實施例。

如上所述，常規的聲傳感器技術在傳感器設備上使用專用引腳來傳送例如非音頻信息方面具有一些缺陷。本文中所公開的各個實施例可以通過使用信號處理技術發送/接收疊加在音頻輸出信號上的數據來改善對有價值的電路板基板面(realestate)的使用。

例如，聲傳感器可包括mems換能器(例如，mems麥克風)和雙向通信組件。mems換能器可被配置為基於聲壓生成音頻輸出。雙向通信組件可被配置為使用共模信令、時分復用或頻率分隔來發送和/或接收疊加在音頻輸出上的數據。

在實施例中，mems換能器可包括信號處理組件，其可被配置為利用聲傳感器的第一引腳和聲傳感器的第二引腳之間的差模信令來發送定向到外部設備(例如，編碼器-解碼器(編解碼器)、數位訊號處理器(dsp)等)的音頻輸出。此外，信號處理組件可被配置為根據第一引腳和第二引腳的相應電壓之和利用共模信令來發送數據。

在一個實施例中，信號處理組件可被配置為基於時分復用，在第一定義的時間段期間發送定向到外部設備的音頻輸出，並在第二定義的時間段期間發送或接收數據，例如，在此期間音頻信息的丟失可基本上得到補償、最小化等。

在另一實施例中，信號處理組件可被配置為基於時分復用，利用聲傳感器的引腳發送定向到外部設備的音頻輸出。此外，信號處理組件可被配置為利用引腳發送和/或接收數據。

在又一個實施例中，信號處理組件可被配置為基於時分復用，利用聲傳感器的第一引腳發送定向到外部設備的音頻輸出，並利用聲傳感器的第二引腳發送或接收數據。

在實施例中，信號處理組件可被配置為基於頻率分隔，基於定義的頻率範圍發送或接收數據，該定義的頻率範圍在對應於音頻輸出的音頻帶以外和/或基本上在音頻帶以外。

在一個實施例中，定義的頻率範圍對應於耦合到聲傳感器的外部設備的抽取濾波器的陷波(notch)、外部設備的帶阻濾波器的定義的阻帶等。

在另一實施例中，信號處理組件可被配置為基於頻率分隔利用聲傳感器的引腳來發送定向到外部設備的音頻輸出，並利用引腳發送或接收數據。

在又一個實施例中，信號處理組件可被配置為基於頻率分隔利用聲傳感器的第一引腳來發送定向到外部設備的音頻輸出，並利用第二引腳發送或接收數據。

在實施例中，聲傳感器可包括電源線通信組件，其被配置為利用聲傳感器的電源引腳和/或接地引腳來發送和/或接收通信數據。

在一個實施例中，方法可包括通過聲傳感器生成對應於施加到mems換能器的聲壓的音頻輸出；以及基於共模信令、時分復用或頻率分隔，通過聲傳感器來發送和/或接收疊加在音頻輸出上的數據。

在另一實施例中，方法可包括使用系統的第一引腳和系統的第二引腳之間的差分信令，通過聲傳感器發送定向到外部設備的音頻輸出，以及基於共模信令，基於第一引腳和第二引腳的相應電壓之和發送數據。

在又一個實施例中，基於時分復用發送和/或接收數據可包括在第一時間段期間發送定向到外部設備的音頻輸出，以及在第二時間段期間發送或接收數據。

在實施例中，發送音頻輸出包括使用聲傳感器的引腳來在第一時間段期間發送定向到外部設備的音頻輸出。此外，在第二時間段期間發送或接收數據包括使用引腳來在第二時間段期間發送或接收數據。

在一個實施例中，基於頻率分隔發送或接收數據包括基於定義的頻率範圍發送或接收數據，該定義的頻率範圍在對應於音頻輸出的音頻帶以外或基本上在音頻帶以外。

在另一實施例中，基於定義的頻率範圍發送或接收數據包括基於耦合到聲傳感器的外部設備的帶阻濾波器的定義的阻帶、外部設備的抽取濾波器的陷波等，發送或接收數據。

在又一個實施例中，基於定義的頻率範圍發送或接收數據可包括使用聲傳感器的引腳發送定向到外部設備的音頻輸出，以及使用該引腳發送或接收數據。

在實施例中，方法還可包括使用聲傳感器的電源引腳和/或聲傳感器的接地引腳，通過聲傳感器發送和/或接收例如與數據、雙向通信組件130等相關聯的通信數據。

在一個實施例中，系統可包括：聲換能器，其被配置為將聲信號轉換為音頻輸出；以及雙向通信組件，其被配置為基於共模傳輸、時分復用傳輸或頻率分隔來發送和/或接收疊加在音頻輸出上的數據。

在另一實施例中，系統可包括：信號處理組件，其被配置為經由系統的引腳發送定向到外部設備的音頻輸出，並基於時分復用傳輸或頻率分隔中的至少一個，經由引腳發送和/或接收數據。

貫穿本說明書中的對「一個實施例」或「實施例」的引用意指結合實施例所描述的特定的特徵、結構或特性被包括在至少一個實施例中。因此，在貫穿本說明書的各個地方中出現的短語「在一個實施例中」或「在實施例中」不一定都指相同的實施例。此外，特定的特徵、結構或特性可在一個或更多個實施例中以任何適合的方式組合。

此外，就術語「包括(includes)」、「具有(has)」、「包含(contains)」和其他類似詞語用在詳細描述或所附權利要求中而言，這樣的術語旨在以類似於術語「包括(comprising)」作為開放的過渡詞而不排除任何附加或其他的元素的方式為包含性。此外，術語「或」旨在表示包容性的「或」而不是排他性的「或」。也就是說，除非另有說明或從上下文中清楚明白，「x採用a或b」旨在表示任何自然包容性的排列。也就是說，如果x採用a；x採用b；或x採用a和b二者，則在任何前述情況下滿足「x採用a或b」。另外，本申請和所附權利要求中所使用的冠詞「一個(a)」和「一個(an)」通常應被解釋為表示「一個或更多個」，除非另有說明或從上下文中清楚明白指向單數形式。

本文中所解釋的裝置、設備、系統、過程和過程塊的方面可構成在機器內實施(例如，在與機器相關聯的計算機可讀介質(或媒體)、存儲器設備中實施)的機器可執行指令。這樣的指令在由機器執行時可使機器執行所述的操作。另外，裝置、設備、系統、過程和過程塊的方面可在諸如專用集成電路(asic)等的硬體內實施。此外，在每個過程中出現一些或全部過程塊的順序不應被視為限制性的。相反，受益於當前公開的本領域中的普通技術人員應該理解，一些過程塊能夠以未說明的各種順序來執行。

此外，詞語「示例性」和/或「說明性」在本文中用於表示充當示例、實例或說明。為了避免疑問，本文中所公開的主題不受這樣的示例的限制。另外，本文中被描述為「示例性」和/或「說明性」的任何方面或設計不一定被解釋為比其他方面或設計優選或有利，也不一定意味著排除受益於當前公開的本領域中的技術人員已知的等效的示例性結構和技術。

常規的聲傳感器技術在使用專用引腳來傳送例如非音頻信息方面具有一些缺陷。另一方面，本文中所公開的各個實施例可以通過使用各種信號處理技術經由公共引腳將通信信令疊加在音頻輸出信令上來保存有價值的電路板基板面並顯著減少通信信令和音頻輸出信令之間的幹擾。

在這方面，現在參照圖1，聲傳感器110包括mems換能器120、雙向通信組件130、信號處理組件140以及輸入端/輸出端(i/o)150。mems換能器120可與聲壓接觸，並且聲壓的變化可引起mems換能器120的電氣參數的改變。在實施例中，mems換能器120可由例如隔膜、懸板等形成。在這方面，聲壓的增加或減小可使隔膜彎曲或引起懸板的平移位移，並且mems換能器120可經由音頻輸出信號表示電氣參數的相應變化。在實施例中，電氣參數可包括表示隔膜的彎曲或懸板的位移的電容變化。

信號處理組件140可基於由mems換能器120生成的音頻輸出信號生成表示聲壓的電氣輸出信號、音頻數據，音頻輸出等。此外，信號處理組件140可將音頻數據發送到聲傳感器110的各種組件，例如，放大器、非易失性存儲器、數字接口(dif)等(未示出)(參見例如通過引用併入本文的母案美國專利申請號為14/074,587的相關文本)，並且利用i/o150的電氣接口引腳(例如，250、260、420、610)(參見以下)與在聲傳感器110外部的設備(例如，主機、dsp、處理器等(未示出))交換音頻數據。

雙向通信組件130可包括dif，其可用於向聲傳感器110的寄存器、非易失性存儲器等(未示出)發送數據、通信數據等/從其接收數據、通信數據等，例如，以用於測試、配置、修整聲傳感器110的各種組件、從其獲得信息等。此外，信號處理組件140可使用i/o150的公共電氣接口引腳來在聲傳感器110和外部設備(未示出)之間發送/接收通信數據(例如，數據(data)、數據輸出(dataout)等)。在這方面，信號處理組件140可利用共模信令、時分復用或頻率分隔例如使用邏輯電路、開關、多路復用器、多路分配器等(未示出)將通信數據疊加在音頻數據上。

現在參照圖2和圖3，分別圖示了根據各個實施例的包括用於發送疊加在音頻輸出上的數據、通信數據等的共模信號組件(210)的聲傳感器的框圖(200)，以及表示相關聯的差模信令和共模信令的波形。在這方面，信號處理組件140可基於從mems換能器120接收的音頻輸出，使用電氣接口引腳250和260來發送作為差分輸出信號的音頻輸出，例如，「+音頻輸出」(+audioout)和「-音頻輸出」(-audioout)。此外，共模信號組件210可利用包括電氣接口引腳250和260的相應電壓之和的共模信令，將通信數據(例如，「dataout」)發送到外部設備(未示出)。如圖3所圖示的，音頻輸出(例如，「audioout」)包括差分輸出信號「+audioout」和「-audioout」之間的電壓差。此外，通信數據(例如，「dataout」)包括「+audioout」和「-audioout」的波形之和。

在其他實施例(未示出)中，信號處理組件可利用共模信令從外部設備接收通信數據，例如「data」、「datain」等。在這方面，電氣接口引腳250和260可包括雙向輸入/輸出引腳，並且聲傳感器可包括接收器、放大器、比較器、模數轉換器等(未示出)，以對共模數據進行解碼，將其轉換成可被輸入到雙向通信組件130的標準邏輯電平信號等。

在實施例中，電源線通信組件220可被配置為經由電源引腳240(例如，電源接口(pwr)230的電源引腳或接地引腳)從外部設備接收通信數據。在這方面，電源線通信組件220可包括數據和時鐘調節電路(未示出)(參見例如，通過引用併入本文的母案美國專利申請號為14/074,587的相關文本)，其可以將被編碼到電源引腳240上的通信數據轉化為可被輸入到雙向通信組件130的標準邏輯電平信號。

在一個實施例中，數據和時鐘調節電路可利用疊加在電源上的高頻載波和幅移鍵控信令方案。(參見例如，圖3以及通過引用併入本文的母案美國專利申請號為14/074,587的相關文本)。在另一實施例中，數據和時鐘調節電路可利用疊加在電源上的通帶信令方案。(參見例如，圖4以及通過引用併入本文的母案美國專利申請號為14/074,587的相關文本)。在又一個實施例中，數據和時鐘調節電路可利用疊加在電源上的基帶信令方案。(參見例如，圖5以及通過引用併入本文的母案美國專利申請號為14/074,587的相關文本)。

圖4圖示了根據各個實施例的包括用於發送和/或接收疊加在音頻輸出上的數據的時分復用組件(410)的聲傳感器的框圖(400)。在這方面，現在參照圖5，時分復用組件410可被配置為在第一定義的時間段期間發送定向到外部設備(未示出)的音頻輸出，例如「audiooutput」。此外，時分復用組件410可被配置為利用雙向電氣接口引腳420在第二定義的時間段期間發送或接收通信數據，例如，「data」、「datain」、「dataout」等，例如，減少或顯著減少了在通信數據和音頻輸出數據之間例如由於電源、接地等布局缺陷、封裝限制等所引起的幹擾。

在一個實施例中，時分復用組件410可被配置為利用引腳(例如，電氣接口引腳410)發送定向到外部設備的音頻輸出，並利用相同引腳發送或接收通信數據。

在圖6所圖示的另一實施例中，時分復用組件410可被配置為利用第一引腳(例如，電氣接口引腳610)發送定向到外部設備的音頻輸出，並使用不同的引腳或第二引腳(例如，雙向電氣接口引腳620)來發送或接收數據。

現在參照圖7，圖示了根據各個實施例的包括頻率分隔組件(710)的聲傳感器的框圖(700)，該頻率分隔組件710用於基於在對應於音頻輸出的音頻帶(例如，20hz到20khz)以外或基本上以外的定義的頻率範圍發送和/或接收數據。在這方面，頻率分隔組件710可被配置為基於在對應於音頻輸出的音頻頻帶以外或基本上在音頻帶以外的定義的頻率範圍發送或接收數據，例如脈衝密度調製(pdm)音頻數據。在圖8所圖示的實施例中，定義的頻率範圍可對應於耦合到聲傳感器的外部設備(未示出)的抽取濾波器的陷波、外部設備的帶阻濾波器的定義的阻帶等。

在一個實施例中，頻率分隔組件710可經由例如以時鐘信號形式的通信數據從外部設備接收表示陷波、定義的阻帶等的頻率信息。此外，頻率分隔組件710可基於頻率信息發送或接收數據。

如圖7所圖示的，信號處理組件140可被配置為利用雙向電氣接口引腳420發送定向到外部設備的音頻輸出，並利用相同的引腳-根據定義的頻率範圍-發送或接收通信數據。在圖9所圖示的另一實施例中，信號處理組件140可被配置為利用第一引腳(例如，電氣接口引腳610)發送定向到外部設備的音頻輸出，並利用第二引腳(例如，雙向電氣接口引腳620)-根據定義的頻率範圍-發送或接收通信數據。

圖10圖示了根據各個實施例的包括電源線通信組件(220)的聲傳感器的框圖(1000)，該電源線通信組件220用於經由電源引腳(240)發送和/或接收數據。在這方面，如上所述，電源線通信組件220可包括數據和時鐘調節電路，其用於將被編碼到電源引腳240上的通信數據轉化成可被輸入到雙向通信組件130的標準邏輯電平信號。

在經由電源引腳240發送數據、輸出數據等的情況下，電源線通信組件220能夠以通過電源引腳240的負載電流-轉換成電流脈衝的數據輸出的形式傳輸例如，從雙向通信組件130接收的通信數據、數據等。在一個實施例中，數據輸入和/或數據時鐘可經由電源引腳240被接收，作為疊加的電壓信號。(參見例如，通過引用併入本文的母案美國專利申請號為14/074,587的相關文本和附圖)。

在實施例中，mems換能器120和聲傳感器110的其它組件可以完全集成在單一管芯中、在單獨的管芯上實現，其中mems換能器120和其它組件經由附加的引腳和接合線等互連。此外，聲傳感器110可經由i/o150耦合到主機系統(未示出)，例如，編解碼器、dsp、處理器等。例如，主機系統可以是在聲傳感器110的生產和表徵期間使用的測試儀、採集/發送聲傳感器的輸出、通信數據等的外部設備。

圖11圖示了根據公開的主題的方法。為了簡化解釋，該方法被描繪並描述為一系列動作。應理解並認識到的是，本文中所公開的各個實施例不受所說明的動作和/或動作順序的限制。例如，動作能夠以各種順序發生和/或同時發生，並且與本文中未呈現或描述的其它動作同時發生。此外，可能不需要所有說明的動作來實現根據公開的主題的方法。另外，本領域中的技術人員將理解和認識到，該方法可替代地能夠通過狀態圖或事件表示為一系列相互關聯的狀態。另外，應該進一步認識到，下文和整個說明書中公開的方法的一個或更多個動作能夠被存儲在制品上，以便於將這樣的方法傳送和轉移到計算機、處理器、處理組件等。如本文中所使用的術語製品旨在涵蓋可從任何計算機可讀設備、載體或媒體訪問的電腦程式。

現在參照圖11，根據各個實施例，圖示了由聲傳感器(例如，110)執行的過程1100。在1110，聲傳感器可生成對應於施加到mems換能器的聲壓的音頻輸出。在1120，聲傳感器可基於共模信令、時分復用或頻率分隔來發送和/或接收疊加在音頻輸出上的數據。

如在本說明書中所採用的，術語「處理器」、「處理組件」等可大體上指包括但不限於包括單核處理器的任何計算處理單元或設備；具有軟體多線程執行能力的單處理器；多核處理器；具有軟體多線程執行能力的多核處理器；具有硬體多線程技術的多核處理器；並行平臺；以及具有分布式共享存儲器的並行平臺。另外，處理器可指集成電路、編解碼器、專用集成電路(asic)、數位訊號處理器(dsp)、現場可編程門陣列(fpga)、可編程邏輯控制器(plc)、複雜可編程邏輯器件(cpld)、離散門或電晶體邏輯、離散硬體組件或其被設計用於執行本文中所描述的功能和/或過程的任何組合。此外，處理器可以利用納米級架構，諸如但不限於基於分子和量子點的電晶體、開關和門，例如，以便優化空間使用或增強行動裝置的性能。處理器也可被實現為計算處理單元、設備等的組合。

在本說明書中，諸如「存儲器」、「非易失性存儲器」的術語以及與本文中所公開的mems麥克風和/或設備的操作和功能基本上相關的任何其它信息存儲組件是指「存儲器組件」或在「存儲器」中包含的實體或包括存儲器的組件。將認識到的是，存儲器可包括易失性存儲器和/或非易失性存儲器。通過說明而非限制的方式，易失性存儲器可包括隨機存取存儲器(ram)，其可以充當外部高速緩衝存儲器。通過說明而非限制的方式，ram可包括同步ram(sram)、動態ram(dram)、同步dram(sdram)、雙數據速率sdram(ddrsdram)、增強型sdram(esdram)、同步鏈路dram(sldram)、rambus直接ram(rdram)、直接rambus動態ram(drdram)和/或rambus動態ram(rdram)。在其他實施例中，非易失性存儲器可包括只讀存儲器(rom)、可編程rom(prom)、電可編程rom(eprom)、電可擦除rom(eeprom)或快閃記憶體。另外，本文中所公開的系統和/或設備可包括但不限於包括這些存儲器和任何其它合適類型的存儲器。

包括在摘要中所描述的內容的本公開的說明的實施例的以上描述不旨在窮舉性的或將其限於公開的精確形式。如相關領域中的技術人員能夠認識到的，雖然出於說明的目的，在本文中對具體的實施例和示例進行了描述，但被認為在這樣的實施例和示例的範圍內的各種修改是可能的。

在這方面，雖然已經結合各個實施例和相應的附圖來對公開的主題進行了描述，但是在適用的情況下，應理解，可使用其他類似的實施例，或者可對所描述的實施例進行修改和添加，以在不偏離公開的主題的情況下執行與其相同、類似、替代或代替的功能。因此，公開的主題不應該限於本文中所描述的任何單一實施例，而應根據以下所附權利要求在廣度和範圍內加以解釋。