麦克风的制作方法

本发明涉及麦克风，具体涉及一种带低功耗模式的麦克风。

背景技术：

MEMS麦克风是采用微机电系统(Microelectromechanical Systems,MEMS)，与传统驻极体电容式麦克风(ECM)相比，具有更好的声学性能、更高的信噪比、更好的一致性的敏感度以及更低的功耗。MEMS麦克风已经广泛应用在语音通信、助听装置、智能手机、笔记本电脑等领域以提供更高的语音质量。

如图1所示，现有的数字MEMS麦克风包括MEMS传感器10、放大器11、模数转换器12以及脉冲密度调制模块(Pulse density modulation,PDM)13。当提供相应的时钟CLK和工作电压VDD后，麦克风开始工作。MEMS传感器10通常包括一个可变电容并且具有较高的输出阻抗。MEMS传感器10将外界的声信号转化为电容信号的变化。MEMS传感器10的输出信号首先通过放大器11放大和阻抗变换。经放大和阻抗变换的信号经过模数转换和脉冲密度调制后为输出1位的PDM数字信号DATA。

现有技术的MEMS麦克风只有两种工作状态：关机(Power down)模式和正常工作(Normal)模式。在供电电压为零的时，为关机模式，整个麦克风处于不工作状态，在供电电压为工作电压VDD并提供有效的时钟信号CLK时，为正常工作模式,麦克风正常工作。麦克风在识别人的语音时的带宽为20Hz至8kHz，远远低于麦克风处于工作状态(即正常工作模式)时的带宽20Hz至20kHz。

对于一些低功耗的需求(例如可穿戴设备)，期望能够尽量降低麦克风的功耗，同时又不希望麦克风停止工作，保持识别人的语音的功能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种麦克风能够提供更低的功耗，适用于可穿戴设备等低功耗应用。

所述麦克风包括：MEMS传感器，用于将声音信号转换为电信号；放大器，被配置为接收所述电信号,并生成放大信号；模数转换器，用于将所述放大信号转换为对应的数字信号；脉冲密度调制模块，用于将所述数字信号转换为PDM输出信号；以及模式选择模块，根据第一时钟信号使得所述麦克风在第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式之间切换。

优选地，所述模式选择模块包括：振荡器，用于提供固定频率的时钟信号；以及模式判断模块，用于根据所述固定频率的时钟信号判断第一时钟信号的频率，并根据所述第一时钟信号的频率产生电流控制信号，使得所述放大器和模数转换器的工作电流与所述第一时钟信号的频率的匹配。

优选地，在所述第一工作模式，所述第一时钟信号的频率小于第一频率，所述麦克风的供电电压为第一电压；在所述第二工作模式，所述第一时钟信号的频率大于第一频率并小于第二频率，所述麦克风的工作带宽为第一带宽，所述麦克风的供电电压为第一电压；在所述第三工作模式，所述第一时钟信号的频率大于第二频率，所述麦克风的工作带宽为第二带宽，所述麦克风的供电电压为第一电压。

优选地，所述第一频率为1KHz，所述第二频率为768KHz，所述第一带宽为20Hz至8KHz，所述第二带宽为20Hz至20KHz。

在所述第二和第三工作模式，麦克风的信噪比一致。

优选地，所述固定频率为32KHz。

优选地，所述麦克风还包括第四工作模式，在所述第四工作模式，所述麦克风的供电电压为零。

优选地，麦克风在所述第一工作模式的功耗小于麦克风在所述第二工作模式的功耗，麦克风在所述第二工作模式的功耗小于麦克风在所述第三工作模式的功耗。

本发明的麦克风包括多个工作模式，满足低功耗的要求。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是现有技术的麦克风的示意性结构图；

图2是根据本发明实施例的麦克风的示意性结构图；以及

图3是根据本发明实施例的模式选择模块的结构框图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图2是根据本发明实施例的麦克风的示意性结构图，参照图2，本实施例的麦克风包括：MEMS传感器10、放大器11、模数转换器12、脉冲密度调制模块13以及模式选择模块15。

该麦克风依靠合适的供电电压和时钟信号CLK工作。麦克风包括四个工作模式：休眠(Sleep)模式，低功耗(low power)模式，正常工作(normal)模式，以及关机(power down)模式。

MEMS传感器10通常包括一个可变电容并且具有较大的输出阻抗。MEMS传感器10将外界的声信号转化为电容信号的变化。MEMS传感器10的输出信号首先通过放大器11放大和阻抗变换。经放大和阻抗变换的信号经过模数转换和脉冲密度调制后为输出1位的PDM数字信号DATA。

麦克风具有一定的工作带宽，为了获得清晰的声音信号(即好的信噪比)需要匹配的时钟信号的频率和工作电流。通常，工作带宽要求较高时，需要的时钟信号的频率越高，工作电流越大，功耗也越大。麦克风正常工作时的工作带宽在20Hz至20KHz，麦克风能够接收自然界的各种声音。工作带宽在20Hz至8KHz时，麦克风仍能够接收人的语音。

模式选择模块15根据时钟信号CLK的频率，使得麦克风在休眠模式，低功耗模式，正常工作模式，以及关机模式之间切换。

提供给麦克风的供电电压具有两个电压值：0和工作电压VDD。

麦克风的供电电压为0，麦克风处于关机模式，整个麦克风处于不工作状态，麦克风的功耗为0。

在麦克风的供电电压为VDD，时钟信号CLK的频率小于1KHz时，模式选择模块15将麦克风切换到休眠模式。在休眠模式，麦克风处于及低功耗工作状态，不能识别声信号，MEMS传感器10、放大器11、模数转换器12以及脉冲密度调制模块13处于不工作状态，只有当时钟信号CLK提升后才能唤醒麦克风工作。在休眠模式，麦克风的功耗为第一功耗。

在麦克风的供电电压为VDD，时钟信号CLK的频率大于1KHz并且小于768KHz时，模式选择模块15将麦克风切换到低功耗模式。在低功耗模式，麦克风的工作带宽降低到20Hz至8KHz，麦克风能够识别人说话的声音，内部工作电流降低，同时麦克风信噪比保持原来数值。在低功耗模式，麦克风的功耗为第二功耗。在低功耗模式，麦克风在不牺牲声音变化侦测(Voice Activity Detection，VDA)效果的情况下，麦克风的功耗降低。例如麦克风应用在可穿戴设备上，用于接收用户发出的声音指令，麦克风处在低功耗模式可以维持更长的工作时间。

在麦克风的供电电压为VDD，时钟信号CLK的频率大于768KHz时，模式选择模块15将麦克风切换到正常工作模式。在正常工作模式麦克风处于正常工作状态，工作带宽在20Hz至20KHz，能够接收各种自然界的声音，同时麦克风信噪比为最佳数值。在正常工作模式，麦克风的功耗为第三功耗。

第一功耗小于第二功耗，第二功耗小于第三功耗。

参照图3，模式选择模块15包括：振荡器16和模式判断模块17。

振荡器16用于提供固定频率的时钟信号。模式判断模块17同时接收振荡器16提供的固定频率的时钟信号和时钟信号CLK。模式判断模块17用于根据所述固定频率的时钟信号和时钟信号CLK判断时钟信号CLK的频率，并根据时钟信号CLK的频率向放大器11、模数转换器12以及脉冲密度调制模块13发送电流控制信号，从而切换所述麦克风的工作模式。在优选的实施例中，所述固定频率为32KHz。

例如，当时钟信号CLK的频率小于1小于1KHz时，模式选择模块15产生相应的信号，将麦克风切换到休眠模式，告知其他部件降低工作电流；当时钟信号CLK的频率大于1小于1KHz并且小于768KHz时，模式选择模块15将麦克风切换到低功耗模式；当时钟信号CLK的频率大于768KHz时，模式选择模块15将麦克风切换到正常模式。

在优选的实施例中，麦克风还包括电源管理系统，以及L/R输入端，用于选定时钟信号CLK的边沿。

本发明的麦克风提供了多个工作模式以降低功耗，适用于可穿戴设备的应用。本发明的麦克风可应用在但不限于语音通信、助听装置、手机、笔记本电脑等领域。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。