利用对锁相环的频率进行调制的MEMS麦克风感测音频的系统和方法。MEMS麦克风包括可动电极和固定电极。可动电极被配置成使得作用在可动电极上的声学压力引起可动电极的运动。锁相环的压控振荡器耦合到MEMS麦克风并且接收控制信号。压控振荡器还基于控制信号和可动电极与固定电极之间的电容来生成振荡信号。锁相环的相位检测器接收并且确定振荡信号和参考信号之间的相位差。相位检测器还基于相位差来生成控制信号。控制器被配置成接收控制信号，并基于控制信号来确定音频信号。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求在2014年5月1日提交的并且题为“FREQUENCY MODULATED MICROPHONE SYSTEM”的美国临时申请No.61/987,198的优先权，通过引用并入该临时申请的全部内容。
技术介绍
本专利技术的实施例涉及使用频率调制的麦克风感测音频的系统和方法。更具体地说，本专利技术的实施例涉及用微机电系统（MEMS）麦克风的音频感测。
技术实现思路
在一些实施方式中，除其他事物之外，本专利技术的一个实施例还提供一种麦克风系统。麦克风系统包括MEMS麦克风、锁相环和控制器。MEMS麦克风包括可动电极和固定电极。可动电极具有第一侧和与第一侧相对的第二侧。可动电极被配置成使得作用在可动电极的第一侧和第二侧上的声学压力引起可动电极的运动。固定电极被定位在可动电极的第一侧上。锁相环包括压控振荡器和相位检测器。压控振荡器耦合到MEMS麦克风。压控振荡器接收控制信号。压控振荡器基于控制信号和可动电极与固定电极之间的电容来生成振荡信号。相位检测器耦合到压控振荡器。相位检测器接收振荡信号和参考信号。相位检测器检测振荡信号和参考信号之间的相位差。相位检测器还基于相位差来生成控制信号。控制器耦合到锁相环。控制器被配置成接收控制信号，并基于控制信号来确定音频信号。在其他实施方式中，本专利技术提供了利用MEMS麦克风感测音频的方法。MEMS麦克风包括可动电极和固定电极。可动电极具有第一侧和与第一侧相对的第二侧。可动电极被配置成使得作用在可动电极的第一侧和第二侧上的声学压力引起可动电极的运动。固定电极被定位在可动电极的第一侧。该方法包括利用压控振荡器接收控制信号。该方法还包括利用压控振荡器基于控制信号和可动电极与固定电极之间的电容来生成振荡信号。该方法还包括利用相位检测器接收振荡信号和参考信号。该方法还包括利用相位检测器检测振荡信号和参考信号之间的相位差。该方法还包括利用相位检测器基于相位差来生成控制信号。该方法还包括利用控制器接收控制信号。该方法还包括利用控制器基于控制信号来确定音频信号。本专利技术的其他方面将通过考虑详细描述和附图变得清楚。附图说明图1是MEMS麦克风的横截面侧视图。图2是锁相环的框图。图3是在图2的锁相环中的相位检测器的框图。图4是环形振荡器的框图。图5是在图4的环形振荡器中的CMOS反相器的框图。图6是麦克风系统的框图。图7是图1的MEMS麦克风和图5的CMOS反相器的框图。图8是图1的MEMS麦克风和图5的CMOS反相器的框图。具体实施方式在详细解释本专利技术的任何实施例之前，应当理解，本专利技术并不在其应用中被限制到在以下描述中阐述或在附图中所图示的部件的构造和布置的细节。本专利技术能够有其他实施例并且以各种方式被实践或实行。而且，要理解，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，且不应被视为限制。在此使用“包括”、“包含”或“具有”及其变体意指涵盖其后列出的项目及其等效物以及附加项目。术语“安装的”、“连接的”和“耦合的”被宽泛地使用并且涵盖直接和间接的安装、连接和耦合。此外，“连接的”和“耦合的”不局限于物理或机械连接或耦合，且可包括电连接或耦合，无论是直接还是间接的。而且，电子通信和通知可以使用其他已知的手段（包括直接连接、无线连接等）进行执行。还应当指出的是，多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构部件可被利用于实施本专利技术。此外，并且如在随后的段落中所描述，在各图中图示的具体的配置旨在举例说明本专利技术的实施例。替代配置是可能的。在一些实施方式中，除其他部件外，MEMS麦克风100还包括：具有第一侧107和第二侧108的可动电极105（例如，膜）、固定电极110，和阻挡物115，如图中1所图示的。固定电极110被定位在可动电极105的第一侧107上。阻挡物115隔离MEMS麦克风100的第一侧120和第二侧125。在一些实施方式中，可动电极105被保持在参考电压处，并且偏置电压被施加到固定电极110，以生成可动电极105和固定电极110之间的电感应场130。电感应场130在图1中图示为多个垂直破折号。在其他实施方式中，固定电极110被保持在参考电压处，并且偏置电压被施加到可动电极105以生成电感应场130。在一些实施方式中，参考电压是接地参考电压（即，约0伏特）。在其他实施方式中，参考电压为非零电压。作用在可动电极105的第一侧107和第二侧108上的声学和环境压力引起可动电极105在箭头135和140方向上的偏转。可动电极105的偏转对在可动电极105和固定电极110之间的电感应场130进行调制。可动电极105和固定电极110之间的电容基于电感应场130变化。锁相环200是生成其相位与输入信号的相位相关的输出信号的控制系统。在一些实施例中，除了其他部件之外，锁相环200还包括压控振荡器205、参考时钟210和相位检测器215，如图2中所图示的。压控振荡器205接收控制信号并基于该控制信号生成振荡信号。在一些实施方式中，控制信号是电压信号。振荡信号是在两个不同的电压电平之间振荡的电压信号。振荡信号的频率与控制信号部分地互相关。在一些实施方式中，除其他部件之外，压控振荡器205还包括电子振荡器。参考时钟210生成参考信号。参考信号是在两个不同的电压电平之间交替（即，振荡）的电压信号。在一些实施方式中，参考信号的频率基本上是恒定的。在一些实施方式中，除其他部件之外，参考时钟210还包括电子振荡器。相位检测器215接收振荡信号和参考信号，并生成控制信号。相位检测器215基于振荡信号和参考信号的比较来生成控制信号。在一些实施方式中，相位检测器215通过比较振荡信号的相位与参考信号的相位来生成控制信号。振荡信号的相位与振荡信号的频率互相关。同样地，参考信号的相位与参考信号的频率互相关。相位检测器215调整控制信号以将振荡信号的相位与参考信号的相位同步对齐。当相位匹配时控制信号基本上是恒定的。该控制信号基于振荡信号的相位是否超前或滞后于参考信号的相位而上下偏移。在一些实施方式中，参考信号的频率基本上是恒定的，并且控制信号与振荡信号的频率直接互相关。在一些实施方式中，除其他部件之外，相位检测器215还包括相位频率检测器300、电荷泵305以及低通滤波器310，如图3中所图示的。相位频率检测器300接收振荡信号和参考信号。相位频率检测器300将振荡信号的相位与参考信号的相位进行比较。相位频率检测器300基于振荡信号的相位是滞后还是超前于参考信号的相位（即，相位差）来生成上信号和下信号（例如，高和低电压信号）。电荷泵305将上信号和下信号转换为单个未滤波信号。在一些实施方式中，除其他部件之外，电荷泵305还包括DC至DC转换器，所述DC至DC转换器使用电容器作为能量存储元件来创建较高或较低电压源。低通滤波器310将未滤波信号转换成控制信号。在一些实施方式中，除其他部件之外，压控振荡器205还包括环形振荡器400。除其他部件之外，环形振荡器400还包括多个反相器405A-405C和偏置电路410，如图4中所图示的。多个反相器405A-405C被配置在串联电路配置中。偏置电路410接收控制信号，并生成基于控制信号的偏置信号。偏置电路410提供偏置电压到多个反相器405A-405C中的每个。在多个反相器405A-405本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种麦克风系统，包括：MEMS麦克风，包括可动电极，其具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，所述可动电极被配置成使得作用在所述可动电极的所述第一侧和所述第二侧上的声学压力引起所述可动电极的运动，以及固定电极，其被定位在所述可动电极的所述第一侧上；锁相环，包括耦合到所述MEMS麦克风的压控振荡器，其接收控制信号，以及基于所述控制信号和所述可动电极与所述固定电极之间的电容来生成振荡信号，以及耦合到所述压控振荡器的相位检测器，其接收所述振荡信号和参考信号，检测所述振荡信号和所述参考信号之间的相位差，以及基于所述相位差来生成所述控制信号；以及耦合到所述锁相环的控制器，所述控制器被配置成接收所述控制信号；以及基于所述控制信号来确定音频信号。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.01 US 61/9871981.一种麦克风系统，包括：MEMS麦克风，包括可动电极，其具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，所述可动电极被配置成使得作用在所述可动电极的所述第一侧和所述第二侧上的声学压力引起所述可动电极的运动，以及固定电极，其被定位在所述可动电极的所述第一侧上；锁相环，包括耦合到所述MEMS麦克风的压控振荡器，其接收控制信号，以及基于所述控制信号和所述可动电极与所述固定电极之间的电容来生成振荡信号，以及耦合到所述压控振荡器的相位检测器，其接收所述振荡信号和参考信号，检测所述振荡信号和所述参考信号之间的相位差，以及基于所述相位差来生成所述控制信号；以及耦合到所述锁相环的控制器，所述控制器被配置成接收所述控制信号；以及基于所述控制信号来确定音频信号。2.根据权利要求1所述的麦克风系统，其中所述振荡信号具有基于所述控制信号和所述电容的频率。3.根据权利要求1所述的麦克风系统，其中所述压控振荡器具有基于所述控制信号和所述电容的传播延迟，其中所述振荡信号具有基于所述传播延迟的相位。4.根据权利要求1所述的麦克风系统，其中所述压控振荡器具有环形振荡器。5.根据权利要求4所述的麦克风系统，其中所述环形振荡器具有带有输入节点和输出节点的反相器。6.根据权利要求5所述的麦克风系统，其中所述固定电极耦合到所述反相器的输出节点。7.根据权利要求6所述的麦克风系统，其中所述可动电极耦合到参考节点。8.根据权利要求5所述的麦克风系统，其中所述可动电极耦合到所述反相器的输出节点。9.根据权利要求8所述的麦克风系统，其中所述固定电极耦合到参考节点。10.根据权利要求1所述的麦克风系统，其中所述锁相环还包括生成所述参考信号的参考时钟。11.根据权利要求1所述的麦克风系统，其中所述锁相环具有相位频率检测器，...
【专利技术属性】
技术研发人员：S斯里达兰，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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