用于控制放大器的放大增益的装置及其方法

用于控制放大器的放大增益的装置及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于控制放大器的放大增益的控制器，该放大器用于放大模数转换器的高动态范围信号，该控制器包括：输入接口，用于接收该高动态范围信号的表示；信号压缩器，用于提供该高动态范围信号的低振幅表示，其中，该低振幅表示具有低于该高动态范围信号的信号振幅；比较器，用于比较低振幅表示的信号幅度与预设阈值；以及输出接口，用于提供控制信号到放大器。其中，该控制信号用于控制所述放大器的放大增益，使得当该低振幅表示的信号幅度超出预设阈值时降低所述放大增益。
【专利说明】用于控制放大器的放大增益的装置及其方法

【技术领域】
[0001]本发明具体涉及用于控制放大器的放大增益的装置及其方法，例如用于控制麦克风组件的数字电路中的放大器。

【背景技术】
[0002]将要控制的可变放大器的放大增益的应用是多种多样的。在数字转换器电路中，可变放大器可用于为后续的模数转换器预放大模拟信号。当将被数字化的模拟信号具有高的动态范围时，这个范围对应于大幅变化的幅度，有必要调整放大器的放大增益，从而使得模数(Α/D)转换器的不在动态范围外工作。也就是说，应当避免达到Α/D转换器的饱和状态。可通过检查Α/D转换器提供的数字信号来探测Α/D转换器的饱和。当数字信号的后续采样达到Α/D电路的最大数字值时，即可确定Α/D转换器运行的模拟信号的幅度超出A/D转换器的能力或范围。尽管在数字领域中可采用更复杂的标准，如通过预测滤波器探测A/D转换器是否达到饱和，但为了避免饱和，探测的时间过长，尤其是存在具有高动态范围和高转换率的信号时。具有高转换率的信号的幅度在短时间中剧烈变化。因此，采用的放大器的放大增益难以足够及时地避免达到Α/D转换器的饱和状态，而且还可能导致数字域中信号质量的降低，例如，在麦克风的信号被数字化的时候。举例来说，这还可能导致听众不能听懂演讲者的话，例如，在讲台讨论中或电话会议中。
[0003]因此，亟需改进用于放大高动态范围的信号的放大器的放大增益的控制。


【发明内容】

[0004]根据一个实施例，一种用于控制放大器放大增益的控制器，所述放大器用于放大模数转换器的高动态范围信号，所述控制器包括用于接收高动态范围信号的表示的输入接口。控制器的信号压缩器用于提供该高动态范围信号的低幅度表示，所述低幅度表示具有低于高动态范围信号的信号幅度。比较器用于比较所述低幅度表示的所述信号幅度与预设阈值，以及控制器的用于提供控制信号至放大器输出接口，当所述低幅度表示的信号幅度超出所述预设阈值时，控制信号用于降低放大器的放大增益。
[0005]也即，高动态范围信号的低幅度表示用于确定放大器增益改变的判定条件。这能使得对放大器增益进行合适的调整，即使对于高转换率的信号也能够以有成本效率方式进行调整，而无需过多的半导体面积。
[0006]根据一些其他的实施例，数字转换器电路包括用于接收高动态范围信号的输入接口以及同样用于接收高动态范围信号并用于提供高动态范围信号的放大的表示的放大器，该放大器由示例性的用于控制放大增益的控制器控制。使用导出条件的控制器时，根据该条件，放大器的放大增益是基于所述的高动态范围信号的低幅度表示来调整，该应用可允许使用单一的示例性的用于数字化来自几乎任意源的模拟信号的数字转换器电路，而无需为了特定的实现来调整Α/D转换器。
[0007]根据其它的实施例，麦克风组件包括:麦克风，其可操作用于在其输出端提供高动态范围信号，以及用于提供高动态范围信号的数字表示的数字转换器电路实施例。这能让麦克风信号不失真的数字化，即使需要数字化的声音具有极高的声压级(SPL)或者变动的声压级。此外，这还可以提供集成设备的可能性，该集成的设备由于它们的结构，使用具有固有的高动态范围的麦克风信号，诸如，例如某些微机电系统(MEMS)麦克风。
[0008]另一实施例的麦克风组件包括可操作用于在第一输出端提供高动态范围信号并在第二输出端提供高动态范围信号的低幅度表不的麦克风。也即，需放大的信号由麦克风提供，同时，需放大以及数字化的高动态范围信号的低幅度表示也由同一麦克风提供。通过在数字化电路内直接提供低幅度表示而无需在数字化电路中产生，这允许需使用的数字电路特别具有成本效益来实现。该效果的产生无需额外的成本，例如，通过相应生产的MEMS麦克风来产生该效果。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]附图提供对本发明的进一步理解，并构成说明书的一部分。附图示意了本发明的实施例，连同描述，有助于解释本发明的原理。参照下面的详细描述，本发明的其他实施例和预期优势将易于理解。
[0010]图1示出了一种用于控制放大器的放大增益的控制器的实施例，该放大器用于放大高动态范围信号给模数转换器；
[0011]图2示出了一种包括数字转换器电路实施例和控制器实施例的麦克风组件的实施例；
[0012]图3示出了另一种麦克风组件的实施例；
[0013]图4示出了另一种麦克风组件的实施例；
[0014]图5示出了说明图4的MEMS-麦克风组件的实施例的电路图；
[0015]图6示出了比对压缩和解压信号的信噪比的图示；
[0016]图7示出了一种控制放大器放大增益的方法的实施例的流程图。

【具体实施方式】
[0017]参照描述了示例性实施例的附图，多个示例性的实施例将被更加全面地描述。为了更加清楚，附图中线条、层和/或区域的厚度可能被放大。
[0018]因此，示例中的实施例能可以由多种修改或替换形式，其中的实施例通过附图示出并将在此详细地描述。可以理解的是，无论如何，并非意图将示例中的实施例限制为本文所公开的特定形式，相反的，示例性的实施例应当覆盖所有落入本文公开范围内的修改、等同和替换。附图描述中的相同数字指代相同或类似的元件。
[0019]可以理解的是，当元件被称为“连接(connected) ”或“I禹合(coupled) ”到另一元件时，该元件可直接连接或耦合到另一元件，或存在中间元件。与此相反，当元件被称为“直接相连(directly connected) ”或“直接稱合(directly coupled) ”到另一元件,贝U不存在中间元件。其它描述元件间关系的用语应当理解成类似的方式(例如，“在……之间”对于“直接在……之间”，“相邻”对于“直接相邻”等等)。
[0020]本文的术语仅用于描述具体的实施例，并非意图限制示例性的实施例。如本文所用，单数形式“一(a或an)”、“该(the) ”也可包括复数形式，除非上下文另有明确指明。还应当理解的是，若本文使用到术语“包括(comprising、comprises、include或includes) ”，是指具有陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或集合。
[0021]除非另有定义，对于属于本示例性的实施例领域里的普通技术人员来说，这里所用的所有术语(包括技术和科学术语)通常理解成具有相同的含义。更可以理解的是，术语，例如通用字典定义的，其含义应当解释成具有与相关领域的上下文中的一致含义，而不应当解释成理想化或过于正式化的含义，除非特意的如此定义。
[0022]图1示出了一种用于控制放大器的放大增益的控制器400的实施例，该放大器用于为模数转换器放大高动态范围信号。控制器400包括用于接收高动态范围信号202的表示(表示高动态范围的信号)的输入接口 414。信号压缩器410用于提供高动态范围信号202的低幅度表示408，该低幅度表示408的信号幅度比高动态范围信号202小。比较器416用于将低幅度表示408的信号幅度与预设阈值进行比较。控制器400还包括用于提供控制信号402到放大器的输入接口 404，控制信号402用于控制放大器的放大增益，从而当低幅度表示408的信号幅度超出预设阈值时，降低放大增益。该控制信号402能以任何随意的方式实施，举例来说，作为对应于所需的放大增益的模拟信号的幅度，作为通过数字值指示所需的放大增益的数字信号，脉宽调制信号或其它类似信号。通常来说，控制信号402是指对应于能改变关联的放大器的放大增益的任意信号或物理变量。该信号不是必须通过有线连接来传输，也可以无线传输，举例来说，通过诸如ZIGBEE，蓝牙，无线局域网(WLAN)或类似的数字传输协议。放大器的变化的供电电压也可以是本文的术语意义上的控制信号402，只是另一种替代的命名而已。比较器416可以是任意电路或设备，其能决定低幅度表示的信号幅度，并且能比较该信号与相关联的阈值标准。举例来说，比较器416可包括运行在模拟域中的差分放大器，以指示何时低幅度表示408的幅度超出提供给该差分放大器的另一输入的参考电压。比较器416也可包括数字转换器电路，其可首先数字化低幅度表示408，并执行比较或进一步的在数字域中的分析，例如，使用一个处理器。
[0023]图1中控制器400的全部功能将在下面的麦克风组件100的上下文中进行说明，控制器400的实施例用于控制放大器302,放大器302适用于给模数转换器306缩放高动态范围信号202。
[0024]图2示出了麦克风组件100的实施例。麦克风组件100包括麦克风200和数字转换器电路300。数字转换器电路300包括放大器302，放大器302用于接收高动态范围信号202并提供高动态范围信号的放大表不304。模数转换器306用于提供该放大表不304的数字表示308。在图2示出的【具体实施方式】中，数字转换器电路300还包括可选的滤波器310，其可操作用于降低放大表示304的带宽。滤波器310是可选的，在本【具体实施方式】中，其设置在模拟域。然而，其它实施例可不使用滤波器310，或者，在数字域中使用相应的滤波器，即，在模数转换器306之后使用。图2中数字转换器电路300还包括可选的重构器312，重构器312用于在数字电路300的输出端316处提供数字重构的高动态范围信号202。既然重构器312为可选的，那可以实现其它数字转换器电路300而无需重构器312。数字转换器电路300主要工作原理如下。
[0025]放大器302具有可变的放大增益，并且放大或缩放提供在其输入端的高动态范围的信号202。为此,应该指出的是,用来表达由放大器302提供的信号的术语放大表示304，不应该解释成必然意味着放大表示的幅度比高动态范围信号本身高。与此相反，对应于增益因子或缩放因子小于I时，该放大表示的幅度也可比原信号低。特别的，当处理MEMS-麦克风的高SPL信号时，为了使得模数转换器306不达到饱和状态，通常增益因子小于I。
[0026]放大表示304，或最终的，具有同样带宽过滤的表示被提供给模数转换器306，模数转换器306从而产生放大表示304的数字表示308。数字表示308可以例如由连续编号(流)的数字值组成，其代表放大表示304，因此，也代表高动态范围信号202。单一的数字值可对应于放大表示304在某时刻的幅度。为了使得模数转换器306不饱和，控制器400用于在其输出端404提供控制信号402，控制信号402适于控制放大器302的放大增益。例如，控制信号402可对应于指示绝对或相对情况下当前放大系数从当前值改变(减小或增大)多少的缩放因子406。也就是说，控制信号可以使放大器以一定比例或一定量减少或增大当前的放大增益。当然，控制信号402可选地还能够可操作用于指示被施加到高动态范围的信号202的总的绝对增益值或比例因子，而不是提供一个相对变化。也就是说，控制信号也能够有效地设置特定的放大增益，例如0.5的增益，或放大器302的输出端和输入端处信号幅度的任意其它比率。
[0027]特别的，当高动态范围信号202的低幅度表示408的信号幅度超出预设阈值时，提供的控制信号降低放大增益。
[0028]为了提供低幅度表示408，图2中的控制器400包括信号压缩器410。信号压缩器400接收作为输入的高动态范围信号202，且提供作为输出的低幅度表示408。在这个特别情况下，通过将高动态范围信号202的幅度除以固定值k来产生低幅度表示408。如下面所描述的，数字转换器电路的其它实施例也可以体现不具有信号压缩器410的控制器400。控制器中不使用信号压缩器410也可以提供本文所描述的功能。在这样一个实施例中，比较器可接收通过任何手段数字化的信号的低幅度表示408，即通过使用特别设计的MEMS-麦克风，其将参考图4和图5在下面段落中描述。
[0029]总之，图2的实施例使用控制器400来控制放大器302的放大增益，从而使得当低幅度表示408的信号幅度超出预设阈值时降低放大增益。为此，通过信号压缩器410来压缩高动态范围信号202，举例来说，通过将其幅度除以预设的缩放因子。根据进一步的实施例中，低幅度表示408可通过任意其他手段来提供或产生，并不一定要通过除以预设因子。
[0030]也可以在数字域中并基于数字表示308执行确定信号是否使模数转换器饱和，通过使用控制器400，实施例允许确定独立于模数转换器306的需求信息。使用这种拓扑结构，避免了冗长且耗时的信号路径(例如，由Α/D转换器的采样时间和保持时间或数字滤波器的延迟所造成的冗长与耗时的信号路径)，且因此可以，避免Α/D转换器306的饱和，该饱和可能因具有高转换率的高动态范围信号下而产生。
[0031]可以高效率地提供放大器302的需求控制信号，例如，只消耗很少的半导体区域和电能，因为相较于Α/D转换器，电平检测或控制器及相关联的电路的运行需求可以维持很低。电平检测可以如图2所示在模拟域中进行，或者可替代地，如图3所示在数字域中进行。也就是说，图3中的实施例的控制器400还包括用于数字化低幅度表示408的数字化电路412。也就是说，电平检测，即低幅度表示和预设阈值的幅度的比较也可以在数字域中进行。由于控制器400的有限需求，控制器400的数字化电路412可相对于Α/D转换器更具成本效益地实现，例如数字化电路412具有相对很低的分辨率，使用实施例中的控制器400仍可提供额外好处且成本低很多。例如，4bit的分辨率可能已经足够，允许提供放大器302的可变增益的16个不同电平。
[0032]在转到更进一步的实施例之前，需要指出的是，尽管关于图2中完整的麦克风组件100已被描述，麦克风组件100中的单独元件可形成单个实施例。具体的，控制器400的实施例本身就可以是一个单独的实施例，同样数字电路300的实施例本身也可以是一个单独的实施例。
[0033]也即是说，其它实施例可通过数字转换器电路300的元件来单独形成，并且其它实施例可通过控制器400的元件单独形成。特别的，根据实施例的控制器400包括用于接收高动态范围信号202的表示的输入接口 414，用于提供高动态范围信号202的低幅度表示408的信号压缩器410，该低幅度表示408具有比高动态范围信号202更低的信号幅度，以及用于将低幅度表示408的信号幅度与预设阈值进行比较的比较器416。控制器400的输出接口 404用于将控制信号402提供到放大器302，控制信号用于控制放大器302的放大增益，从而当低幅度表示408的信号幅度超出预设阈值时降低放大增益。
[0034]实施例允许处理具有高动态范围和极高转换率的信号，这将导致在A/D转换器的输入端的信号在短时间内强烈变化。为了提供合适的控制信号402，控制器400的实施例可在模拟域中使用电平探测，或在数字域中使用另外的A/D转换器或数字化电路412。
[0035]原则上，图2和图3所示的数字转换器电路允许基于高动态范围信号的电平进行快速和高效的放大增益调整。若处理高信号幅度时，降低放大器302的增益因子(进行信号压缩)来使得A/D转换器306不饱和。虽然这可能导致信噪比降低，但根据应用可能还是可以接受的。为了补偿减小或增加的增益，例如，基于缩放因子406来改变当前增益，数字转换器电路300的一些实施例包括在数字域中重新调整信号的重构器312。也就是说，在模拟域中通过放大器302来实现减少或增加的幅度在数字域中通过重构器312反转，从而保持信号的总规模，该信号在数字转换器电路300的输出端316提供。在传统的数字转换器电路中，A/D转换器的动态范围是对应于最大的预期幅度，这可能导致很好的信噪比。根据特定的实施例，随着信号电平的增加，信噪比的线性比例可能是次要的，举例来说，在使用麦克风作为数字转换器电路的输入时。使用麦克风时，信噪比可能相对特定的声压级(SPL)保持恒定，例如，从94dB SPL开始。对于此类应用使用传统的方法，A/D转换器将不得不根据预期的最大值进行调整，这可能导致巨大的开销和额外的成本，举例来说，关于半导体的面积和功耗。根据特定的实现方式，这样的设计甚至是不可能发生的，举例来说，当考虑到数字化的麦克风信号处于高SPL时，例如，140dB和140dB之上。
[0036]然而，非必要的开销能通过数字电路300或控制器400的实施方式来避免。在控制器400或数字电路300输入端的高动态范围信号的信号电平或幅度可以与不同的阈值进行比较，使得放大器302的放大增益可以在几个步骤中被减小，从而避免信号路径中A/D转换器306达到饱和。用于翻转放大增益的减小或变化的重构器312可以通过任意现有技术来实现，例如，一级或更多级的FIR滤波器。
[0037]在评述进一步的实施例之前，这里明确指出，将低幅度表示的信号幅度与预设阈值进行比较并非意味着阈值一定是单一阈值或使用的多个阈值。与此相反，定义该阈值的连续函数，或者一般的，参考函数均可以使用，从而通过与具有特定缩放因子或放大增益的低幅度表示的信号幅度相关联的连续函数对控制器的放大因子或控制信号进行定义。
[0038]根据图4示出的进一步的实施例，控制器400直接从特别配置的MEMS-麦克风202接收作为单独信号的低幅度表示408。为此，MEMS-麦克风202为高动态范围信号202提供第一输出204且为低幅度表不408提供第二输出206。
[0039]图4所示出的控制器400的特定实施例还包括信号压缩器410，从而可能进一步降低低幅度表示404的幅度，另外实施方式中可替换地使用不带信号压缩器410的控制器400。这些实施例可使用特殊设计的麦克风202，其已经提供合适的高动态范围信号204以及该高动态范围信号的低幅度表示408，从而使得低幅度表示408能直接提供到比较器416。
[0040]为此，可使用如图5所示出的MEMS-麦克风202。实施这样一个麦克风的具体方式是可以使用一个所谓分段的MEMS-麦克风202，其至少包括两个独立的膜区。
[0041]通常来说，MEMS-麦克风包括一个膜，该膜使用标准半导体工艺制造并且因此在非常小的尺寸上实现。由于声压的撞击，该膜相对于参考平面移动。因此，相对于该细长薄膜的参考平面的电容发生改变。通过合适的不同外部电路从这种MEMS-麦克风接收高动态范围信号可使用两个主要方法。一种方法是建立一个恒定电荷的MEMS-麦克风，从而使得由于声压引起的电容的改变能够导致相对于衬底或参考平面的膜的电压的改变。根据另外的实施方式，膜保持在一个恒定的参考电压，从而使得电容的改变导致电荷的改变，通过测量电荷从而接收高动态范围的麦克风信号。
[0042]独立于特定实施方式的MEMS-麦克风，MEMS-麦克风202具有所谓分段的膜，该膜至少包括第一膜区210和可能使用的第二、独立的膜区212。通过第一膜区210提供的信号可用于提供高动态范围信号202，以及通过第二膜区212提供的信号可用于提供低幅度表示 408。
[0043]图5不出了 MEMS-麦克风202的具体不例的不意图。该信号由第一运算放大器214和第二运算放大器216提供。进一步的，参考电压或偏置电压218应用到相对分段膜的参考平面上。在一种实施方式中，第二膜区212包括位于完整膜区的边界处的区域，而第一膜区210位于完整膜区内的中部。
[0044]根据高线性的声压，这可产生高动态范围信号，这是由于信号是通过相对于参考平面近似线性的移动的中部的第一膜区210而产生。与此相反，当选择的第二膜区212的面积相对于第一膜区的面积210充分小时，围绕于中部的第一膜区210的外部膜区212可直接提供低幅度表示。由于处于膜边界的膜区212而产生的非线性也许对整个系统的常规功能不具有很大的影响，因为提供到控制器400的信息也许可以是相对于高动态范围的信号是不准确的，同时仍然允许适当调整放大器。
[0045]换言之，麦克风的【具体实施方式】可使用图4和图5所示出的具有分段膜的MEMS-麦克风。第一膜区210耦合到MEMS-麦克风200的第一输出端204，从而提供高动态范围信号202 ;且MEMS-麦克风200的第二膜区212耦合到第二输出端206，从而直接提供低幅度表示408。一种实施例中，第二膜区212完全包围第一膜区210，其可以，举例来说，基本呈方形或圆形。
[0046]换言之，其它实施例可以具有图4和图5所示出的拓扑结构，其与图2和图3所示出实施例不同，MEMS-麦克风200提供第一和第二输出信号。MEMS-麦克风200直接提供用于电平探测的高动态范围信号202和低幅度表示408。而先前实施方式中，低幅度表示408需要是高动态范围信号202的唯一过程表示，从而有效提供本发明的有益效果。如图5所示，分段MEMS-麦克风200可用于提供高动态范围信号202和低幅度表示408。膜可被分段成两个或多个独立的区域。由于位于膜边缘的膜区呈现一定的非线性，这有利于使用位于膜边缘的第二膜区212产生低幅度表示。
[0047]图6示出了两个信噪比的曲线图，其依赖于作用在依据图2至5中的实施例之一的麦克风组件的麦克风的膜的声压级SPL。也即，X轴显示以dB为单位的声压级和y轴显示信噪比。第一曲线图502示出了相比于压缩信号504的解压信号的信噪比。由于压缩信号504可显示出高声压级的显著小的信噪比，对应的记录信号的降低在麦克风应用中可忽略不计。
[0048]图7示出了为模数转换器放大高动态范围信号的控制放大器放大增益的实施例的控制方法的流程图。该方法包括在602处的接收步骤，在该步骤中高动态范围信号表示被接收，和在604处的提供步骤，在该步骤中提供该动态范围信号的低幅度表示。在606处的比较的步骤，将低幅度表示的信号幅度与预设阈值进行比较。在607处的提供的步骤，其包括在608处的决策的步骤和在609处的发送的步骤。
[0049]在608处的决策的步骤中，可判断低幅度表示的信号幅度是否超出预设阈值。如果是，那在609处的发送的步骤中提供控制信号到放大器，从而降低放大器的放大增益；否贝U，在602处的接收步骤重新接收信号。
[0050]实施例还可提供具有执行上述一种方法的程序代码的计算机程序，而该计算机程序可在计算机或处理器中运行。本领域普通技术人员容易看出上述方法的不同步骤可以通过编程的计算机运行。本文中，一些实施例还旨在涵盖程序的存储设备，例如，数字数据存储介质，其是机器或计算机可读的且可编程的机器可执行的或计算机可执行的程序指令，其中，该指令执行上述方法一些或全部的动作。该程序存储设备可以是，例如数字记忆体，磁存储介质如磁盘盒磁带，硬盘，或者光学可读数字数据存储介质。该实施例也旨在覆盖实现上述方法的行为的计算机程序，或者(场)可编程的逻辑阵列((F) PLAs)，或者(场)可编程的门阵列((F)PGAs)，来编程实现上述方法的行为。
[0051]上述描述和附图仅揭露本发明的工作原理。因此，应当理解的是，本领域的技术人员将能够设计各种编排，尽管这里没有明确描述或示出，但是体现本发明的原理并包括在其精神和范围内。此外，本文引用的所有实施例主要旨在明确表示是仅用于教学目的，以帮助读者理解本发明的原理和发明人以促进本领域所贡献的的概念，并且应当被理解为不限于这些具体引用的示例和条件。此外，所有陈述在这里的叙述的原则，方面和本发明的实施例，以及其具体实例，意在包括其等同物。
[0052]定义为“用于...的装置”(执行某些功能)的功能块应被理解为功能模块，其包括被配置为分别执行特定功能的电路。因此，一个“用于……的装置”可能也被理解为一种“装置，被配置成或适合于……”。因此，被配置为执行特定功能的装置并不意味着这样的装置必须正在执行该功能(在给定的时刻即时执行即可)。
[0053]附图中所示的各种元件的功能，包括标记为“装置”的任何功能模块，“装置，用于提供一个传感器信号”，“装置，用于产生一个发送信号”等，可以通过使用专用硬件来提供，如“信号提供者”、“信号处理单元”、“处理器”、“控制器”等等以及硬件能够与相关联的合适的软件来执行软件。此外，本文中描述为“装置”的任何实体，可以对应于或被实现为“一个或多个模块”、“一个或多个设备”、“一个或多个单元”等。当由处理器提供时，则这些功能可以由单个专用处理器，或单个共享处理器，或多个独立的处理器提供，其中一些可以被共享。此外，明确使用术语“处理器”或“控制器”不应被解释为排他性地指代能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括，但不限于，数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器，专用集成电路(ASIC)、场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器。其他的硬件，常规和/或定制的，也可以包括在内。
[0054]本领域技术人员容易理解的是，本文任何框图所代表的说明性电路的体现本发明的原理。类似地，应当理解的是，任何流程图表，流程图，状态转移图，伪代码等，可以在计算机可读介质来实质性表示，并且由计算机或处理器执行，而不论这样的计算机或处理器是否被明确不出。
[0055]此外，下面的权利要求结合到【具体实施方式】，其每个权利要求可以作为一个单独的实施例来实现。而每个权利要求作为一个单独的实施例来实现，应当指明的是虽然从属权利要求是指在权利要求中与一个或多个其他权利要求的特定组合，其它实施例也可以包括从属权利要求与同主题的互相依赖或独立的权利要求的组合。这样的组合在本文中提议，除非它表示并不旨在特定的组合。此外，它旨在包括依赖于任意独立权利要求的一个权利要求的特征，尽管该权利要求不是直接依赖于该独立权利要求。
[0056]这里进一步指出，在本说明书或权利要求中所公开的方法可以由具有用于执行上述每种方法各自动作的设备来实现。
[0057]此外，应当理解的是，在说明书或权利要求中公开的多个行为或功能的公开内容不应被解释成在特定的顺序之内。因此，公开的多个行为或功能不会限制到特定顺序，除非该行为或功能由于技术原因不能互换。此外，在一些实施例中，单一的行为可以包括或者可以被分成多个子行为。除非明确地排除在外，该子行为可以包括并构成该单一行为的公开内容的一部分。
【权利要求】
1.一种用于控制放大器的放大增益的控制器，所述放大器用于放大用于模数转换器的高动态范围信号，所述控制器包括: 输入接口，用于接收所述高动态范围信号的表示； 信号压缩器，用于提供所述高动态范围信号的低幅度表示，所述低幅度表示具有低于所述高动态范围信号的信号幅度； 比较器，用于比较所述低幅度表示的信号幅度与预设阈值；以及输出接口，用于提供控制信号至所述放大器，所述控制信号用于控制所述放大器的放大增益，从而当所述低幅度表示的所述信号幅度超出所述预设阈值时降低所述放大增益。
2.如权利要求1所述的控制器，其中所述比较器包括数字化电路，所述数字化电路用于提供所述低幅度表示的数字表示。
3.如权利要求1所述的控制器，其中所述高动态范围信号是由麦克风提供的模拟信号。
4.一种用于控制放大器的放大增益的方法，所述放大器用于放大用于模数转换器的高动态范围信号，所述方法包括: 接收所述高动态范围信号的表示； 提供所述闻动态范围?目号的低幅度表不，所述低幅度表不具有低于所述闻动态范围/[目号的信号幅度； 比较所述低幅度表示的信号幅度与预设阈值；以及 当所述低幅度表示的所述信号幅度超出所述预设阈值时，为所述放大器提供控制信号，所述控制信号用于控制所述放大器的放大增益，从而降低所述放大增益。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述比较的步骤包括提供所述低幅度表示的数字表/Jn ο
6.如权利要求4所述的方法，其中所述高动态范围信号是由麦克风提供的模拟信号。
7.一种用于提供高动态范围信号的数字表示的数字转换器电路，包括: 输入接口，用于接收所述高动态范围信号； 放大器，用于接收所述高动态范围信号并且提供所述高动态范围信号的放大表示，其中，所述放大器具有可控的放大增益； 模数转换器，用于提供所述放大表示的数字表示；以及 控制器，用于控制所述放大器的所述放大增益，所述控制器包括: 输入接口，用于接收所述高动态范围信号的低幅度表示； 比较器，用于比较所述低幅度表示的所述信号幅度与预设阈值；以及输出接口，用于提供控制信号至所述放大器，所述控制信号用于控制所述放大器的所述放大增益，从而当所述低幅度表示的所述信号幅度超出所述预设阈值时，基于缩放因子降低所述放大增益。
8.如权利要求7所述的数字转换器电路，还包括: 重构器，其可操作用于使用所述数字表示来提供所述高动态范围信号的数字重构，所述重构器可操作用于基于所述缩放因子增加所述数字表示的幅度，从而提供所述数字重构。
9.如权利要求7所述的数字转换器电路，其中所述控制器还包括: 信号压缩器，用于使用所述高动态范围信号来提供所述低幅度表示。
10.如权利要求7所述的数字转换器电路，其中所述比较器包括数字化电路，所述数字化电路用于提供所述低幅度表示的数字表示，其中，所述数字化电路的分辨率低于所述模数转换器的分辨率。
11.如权利要求7所述的数字转换器电路，还包括耦合至所述放大器的输出端的高频滤波器，所述高频滤波器可操作用于提供所述放大表示的经滤波的表示到所述模数转换器的输入端。
12.如权利要求7所述的数字转换器电路，还包括耦合至所述输入接口的麦克风，所述麦克风用于提供所述高动态范围信号。
13.如权利要求12所述的数字转换器电路，其中所述麦克风是微机电系统(MEMS)麦克风，所述麦克风和所述数字转换器电路位于同一半导体衬底上。
14.一种麦克风组件,包括: 麦克风，所述麦克风可操作用于提供作为输出的高动态范围信号；以及 数字转换器电路，用于提供高动态范围信号的数字表示，包括: 输入接口，耦合至所述麦克风的输出端并用于接收所述高动态范围信号； 放大器，用于接收所述高动态范围信号并提供所述高动态范围信号的放大表示，其中，所述放大器具有可控的放大增益； 模数转换器，用于提供所述放大表示的数字表示； 控制器，用于所述放大器的所述放大增益，所述控制器包括: 信号压缩器，用于使用所述高动态范围信号来提供低幅度表示； 比较器，用于比较所述低幅度表示的信号幅度与预设阈值；以及输出接口，用于提供控制信号到所述放大器，所述控制信号用于控制所述放大器的所述放大增益，从而当所述低幅度表示的信号幅度超出所述预设阈值时基于缩放因子降低所述放大增益。
15.如权利要求14所述的麦克风组件，其中，所述数字转换器电路还包括: 重构器，可操作用于使用所述数字表示来提供所述高动态范围信号的数字重构，所述重构器可操作用于基于所述缩放因子来增加所述数字表示的幅度，从而提供所述数字重构。
16.如权利要求14所述的麦克风组件，其中所述比较器包括数字化电路，所述数字化电路用于提供所述低幅度表示的数字表示，其中，所述数字化电路的分辨率低于所述模数转换器的分辨率。
17.如权利要求14所述的麦克风组件，其中，所述数字转换器电路还包括耦合至所述放大器的输出端的高频滤波器，所述高频滤波器可操作用于提供所述放大表示的经滤波的表示到所述模数转换器的输入端。
18.如权利要求14所述的麦克风组件，其中所述麦克风是微机电系统(MEMS)麦克风，所述麦克风和所述数字转换器电路位于同一半导体衬底上。
19.一种麦克风组件,包括: 麦克风，所述麦克风可操作用于在第一输出端提供高动态范围信号，且在第二输出端提供所述高动态范围信号的低幅度表示；以及数字转换器电路，用于提供所述高动态范围信号的数字表示，所述数字转换器包括: 第一输入接口，耦合到所述麦克风的所述第一输出端，并且用于接收所述高动态范围信号; 放大器，用于接收所述高动态范围信号并且提供所述高动态范围信号的放大表示，其中所述放大器具有可控的放大增益； 模数转换器，用于提供所述放大表示的数字表示；以及 控制器，用于控制所述放大器的所述放大增益，所述控制器包括: 第二输入接口，耦合到所述麦克风的所述第二输出端，并且用于接收所述低幅度表示； 比较器，用于比较所述低幅度表示的信号幅度与预设阈值；以及 输出接口，用于提供控制信号到所述放大器，所述控制信号用于控制所述放大器的所述放大增益，从而当所述低幅度表示的信号幅度超出所述预设阈值时基于缩放因子降低所述放大增益。
20.如权利要求19所述的麦克风组件，其中，所述数字转换器电路还包括: 重构器，可操作用于使用所述数字表示来提供所述高动态范围信号的数字重构，所述重构器可操作用于基于所述缩放因子来增加所述数字表示的幅度，从而提供所述数字重构。
21.如权利要求19所述的麦克风组件，其中所述比较器包括数字化电路，所述数字化电路用于提供所述低幅度表示的数字表示，其中，所述数字化电路的分辨率低于所述模数转换器的分辨率。
22.如权利要求19所述的麦克风组件，其中，所述数字转换器电路还包括耦合至所述放大器的输出端的高频滤波器，所述高频滤波器可操作用于提供所述放大表示的经滤波的表示到所述模数转换器的输入端。
23.如权利要求19所述的麦克风组件，其中所述麦克风是微机电系统(MEMS)麦克风，所述麦克风和所述数字转换器电路位于同一半导体衬底上。
24.如权利要求23所述的麦克风组件，其中所述麦克风包括至少具有独立的第一膜区和第二膜区的膜，其中所述第一膜区与所述第一输出端耦合，且所述第二膜区与所述第二输出端I禹合。
25.如权利要求23所述的麦克风组件，其中所述第二膜区包围所述第一膜区。
【文档编号】H03M1/18GK104168024SQ201410200950
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2013年5月15日
【发明者】D·斯特雷尤斯尼格, A·韦斯鲍尔 申请人:英飞凌科技股份有限公司