用于声传感器双向通信信道的信号处理的制作方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2015年12月18日提交的题为“signalprocessingforanacousticsensorbi-directionalcommunicationchannel”的美国非临时专利申请序列号为14/975,155的优先权，其是于2013年11月7日提交的题为“multi-functionpinsforaprogrammableacousticsensor”的美国非临时专利申请号为14/074,587的部分延续。此外，本申请要求于2014年12月22日提交的题为“signalprocessingforacousticsensorbi-directionalcommunicationchannels”的美国临时专利申请号为62/095,108的优先权。上述申请的整体通过引用并入本文。

本主题公开大体上涉及声传感器，但不限于用于声传感器双向通信信道的信号处理。

背景

多个声传感器，即，微机电系统(mems)麦克风，用在消费电子设备中。这样的设备在电路板上的放置由声学特性驱动，并且可限制电连接性，即，传感器设备中使用的引脚数。在这方面，虽然常规的声传感器技术利用标准的双向通信接口，即内部集成电路(i2c)、串行外设接口(spi)或soundwire，以传送除了音频输出之外的信息，但这样的接口每个设备需要2到4个额外的专用引脚。因此，常规的声传感器技术已经具有一些缺陷，其中一些可参考以下所描述的各种实施例来引起注意。

附图简述

参照以下附图对主题公开的非限制性实施例进行描述，其中除非另有说明，否则在各个视图中类似的参考数字指类似部件。

图1图示了根据各个实施例的包括被配置为发送和/或接收叠加在音频输出上的数据的双向通信组件的声传感器的框图；

图2图示了根据各个实施例的包括用于发送叠加在音频输出上的数据的共模信号组件的声传感器的框图；

图3图示了根据各个实施例的表示相应引脚的差模音频输出信令和相应引脚上的共模数据信令的波形；

图4图示了根据各个实施例的包括用于发送和/或接收叠加在音频输出上的数据的时分复用组件的声传感器的框图；

图5图示了根据各个实施例的表示利用时分复用叠加在音频输出上的数据的波形；

图6图示了包括信号处理组件的声传感器的框图，该信号处理组件用于使用引脚来发送音频输出并基于时分复用使用另一引脚发送和/或接收数据；

图7图示了包括频率分隔组件的声传感器的框图，该频率分隔组件用于基于在对应于音频输出的音频带以外/基本上以外的定义的频率范围发送和/或接收数据；

图8图示了根据各个实施例的分别表示基于主机系统中采用的抽取滤波器叠加在音频输出上的数据的频谱和抽取滤波器的传递函数的波形；

图9图示了包括频率分隔组件的声传感器的框图，该频率分隔组件用于基于在对应于第二引脚的音频输出的音频带以外/基本上以外的定义的频率范围来经由第一引脚发送和/或接收数据；

图10图示了根据各个实施例的包括电源线通信组件的声传感器的框图，该电源线通信组件用于经由电源引脚和/或接地引脚发送/接收数据；以及

图11图示了根据各个实施例的与声传感器相关联的方法的流程图。

详细描述

现在将在下文中参照其中示出示例实施例的附图更充分地对本主题公开的方面进行描述。在以下的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对各个实施例的彻底理解。然而，本主题公开可以以许多不同的形式来体现，且不应被解释为限于本文中所阐述的示例实施例。

如上所述，常规的声传感器技术在传感器设备上使用专用引脚来传送例如非音频信息方面具有一些缺陷。本文中所公开的各个实施例可以通过使用信号处理技术发送/接收叠加在音频输出信号上的数据来改善对有价值的电路板基板面(realestate)的使用。

例如，声传感器可包括mems换能器(例如，mems麦克风)和双向通信组件。mems换能器可被配置为基于声压生成音频输出。双向通信组件可被配置为使用共模信令、时分复用或频率分隔来发送和/或接收叠加在音频输出上的数据。

在实施例中，mems换能器可包括信号处理组件，其可被配置为利用声传感器的第一引脚和声传感器的第二引脚之间的差模信令来发送定向到外部设备(例如，编码器-解码器(编解码器)、数字信号处理器(dsp)等)的音频输出。此外，信号处理组件可被配置为根据第一引脚和第二引脚的相应电压之和利用共模信令来发送数据。

在一个实施例中，信号处理组件可被配置为基于时分复用，在第一定义的时间段期间发送定向到外部设备的音频输出，并在第二定义的时间段期间发送或接收数据，例如，在此期间音频信息的丢失可基本上得到补偿、最小化等。

在另一实施例中，信号处理组件可被配置为基于时分复用，利用声传感器的引脚发送定向到外部设备的音频输出。此外，信号处理组件可被配置为利用引脚发送和/或接收数据。

在又一个实施例中，信号处理组件可被配置为基于时分复用，利用声传感器的第一引脚发送定向到外部设备的音频输出，并利用声传感器的第二引脚发送或接收数据。

在实施例中，信号处理组件可被配置为基于频率分隔，基于定义的频率范围发送或接收数据，该定义的频率范围在对应于音频输出的音频带以外和/或基本上在音频带以外。

在一个实施例中，定义的频率范围对应于耦合到声传感器的外部设备的抽取滤波器的陷波(notch)、外部设备的带阻滤波器的定义的阻带等。

在另一实施例中，信号处理组件可被配置为基于频率分隔利用声传感器的引脚来发送定向到外部设备的音频输出，并利用引脚发送或接收数据。

在又一个实施例中，信号处理组件可被配置为基于频率分隔利用声传感器的第一引脚来发送定向到外部设备的音频输出，并利用第二引脚发送或接收数据。

在实施例中，声传感器可包括电源线通信组件，其被配置为利用声传感器的电源引脚和/或接地引脚来发送和/或接收通信数据。

在一个实施例中，方法可包括通过声传感器生成对应于施加到mems换能器的声压的音频输出；以及基于共模信令、时分复用或频率分隔，通过声传感器来发送和/或接收叠加在音频输出上的数据。

在另一实施例中，方法可包括使用系统的第一引脚和系统的第二引脚之间的差分信令，通过声传感器发送定向到外部设备的音频输出，以及基于共模信令，基于第一引脚和第二引脚的相应电压之和发送数据。

在又一个实施例中，基于时分复用发送和/或接收数据可包括在第一时间段期间发送定向到外部设备的音频输出，以及在第二时间段期间发送或接收数据。

在实施例中，发送音频输出包括使用声传感器的引脚来在第一时间段期间发送定向到外部设备的音频输出。此外，在第二时间段期间发送或接收数据包括使用引脚来在第二时间段期间发送或接收数据。

在一个实施例中，基于频率分隔发送或接收数据包括基于定义的频率范围发送或接收数据，该定义的频率范围在对应于音频输出的音频带以外或基本上在音频带以外。

在另一实施例中，基于定义的频率范围发送或接收数据包括基于耦合到声传感器的外部设备的带阻滤波器的定义的阻带、外部设备的抽取滤波器的陷波等，发送或接收数据。

在又一个实施例中，基于定义的频率范围发送或接收数据可包括使用声传感器的引脚发送定向到外部设备的音频输出，以及使用该引脚发送或接收数据。

在实施例中，方法还可包括使用声传感器的电源引脚和/或声传感器的接地引脚，通过声传感器发送和/或接收例如与数据、双向通信组件130等相关联的通信数据。

在一个实施例中，系统可包括：声换能器，其被配置为将声信号转换为音频输出；以及双向通信组件，其被配置为基于共模传输、时分复用传输或频率分隔来发送和/或接收叠加在音频输出上的数据。

在另一实施例中，系统可包括：信号处理组件，其被配置为经由系统的引脚发送定向到外部设备的音频输出，并基于时分复用传输或频率分隔中的至少一个，经由引脚发送和/或接收数据。

贯穿本说明书中的对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合实施例所描述的特定的特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，在贯穿本说明书的各个地方中出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指相同的实施例。此外，特定的特征、结构或特性可在一个或更多个实施例中以任何适合的方式组合。

此外，就术语“包括(includes)”、“具有(has)”、“包含(contains)”和其他类似词语用在详细描述或所附权利要求中而言，这样的术语旨在以类似于术语“包括(comprising)”作为开放的过渡词而不排除任何附加或其他的元素的方式为包含性。此外，术语“或”旨在表示包容性的“或”而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有说明或从上下文中清楚明白，“x采用a或b”旨在表示任何自然包容性的排列。也就是说，如果x采用a；x采用b；或x采用a和b二者，则在任何前述情况下满足“x采用a或b”。另外，本申请和所附权利要求中所使用的冠词“一个(a)”和“一个(an)”通常应被解释为表示“一个或更多个”，除非另有说明或从上下文中清楚明白指向单数形式。

本文中所解释的装置、设备、系统、过程和过程块的方面可构成在机器内实施(例如，在与机器相关联的计算机可读介质(或媒体)、存储器设备中实施)的机器可执行指令。这样的指令在由机器执行时可使机器执行所述的操作。另外，装置、设备、系统、过程和过程块的方面可在诸如专用集成电路(asic)等的硬件内实施。此外，在每个过程中出现一些或全部过程块的顺序不应被视为限制性的。相反，受益于当前公开的本领域中的普通技术人员应该理解，一些过程块能够以未说明的各种顺序来执行。

此外，词语“示例性”和/或“说明性”在本文中用于表示充当示例、实例或说明。为了避免疑问，本文中所公开的主题不受这样的示例的限制。另外，本文中被描述为“示例性”和/或“说明性”的任何方面或设计不一定被解释为比其他方面或设计优选或有利，也不一定意味着排除受益于当前公开的本领域中的技术人员已知的等效的示例性结构和技术。

常规的声传感器技术在使用专用引脚来传送例如非音频信息方面具有一些缺陷。另一方面，本文中所公开的各个实施例可以通过使用各种信号处理技术经由公共引脚将通信信令叠加在音频输出信令上来保存有价值的电路板基板面并显著减少通信信令和音频输出信令之间的干扰。

在这方面，现在参照图1，声传感器110包括mems换能器120、双向通信组件130、信号处理组件140以及输入端/输出端(i/o)150。mems换能器120可与声压接触，并且声压的变化可引起mems换能器120的电气参数的改变。在实施例中，mems换能器120可由例如隔膜、悬板等形成。在这方面，声压的增加或减小可使隔膜弯曲或引起悬板的平移位移，并且mems换能器120可经由音频输出信号表示电气参数的相应变化。在实施例中，电气参数可包括表示隔膜的弯曲或悬板的位移的电容变化。

信号处理组件140可基于由mems换能器120生成的音频输出信号生成表示声压的电气输出信号、音频数据，音频输出等。此外，信号处理组件140可将音频数据发送到声传感器110的各种组件，例如，放大器、非易失性存储器、数字接口(dif)等(未示出)(参见例如通过引用并入本文的母案美国专利申请号为14/074,587的相关文本)，并且利用i/o150的电气接口引脚(例如，250、260、420、610)(参见以下)与在声传感器110外部的设备(例如，主机、dsp、处理器等(未示出))交换音频数据。

双向通信组件130可包括dif，其可用于向声传感器110的寄存器、非易失性存储器等(未示出)发送数据、通信数据等/从其接收数据、通信数据等，例如，以用于测试、配置、修整声传感器110的各种组件、从其获得信息等。此外，信号处理组件140可使用i/o150的公共电气接口引脚来在声传感器110和外部设备(未示出)之间发送/接收通信数据(例如，数据(data)、数据输出(dataout)等)。在这方面，信号处理组件140可利用共模信令、时分复用或频率分隔例如使用逻辑电路、开关、多路复用器、多路分配器等(未示出)将通信数据叠加在音频数据上。

现在参照图2和图3，分别图示了根据各个实施例的包括用于发送叠加在音频输出上的数据、通信数据等的共模信号组件(210)的声传感器的框图(200)，以及表示相关联的差模信令和共模信令的波形。在这方面，信号处理组件140可基于从mems换能器120接收的音频输出，使用电气接口引脚250和260来发送作为差分输出信号的音频输出，例如，“+音频输出”(+audioout)和“-音频输出”(-audioout)。此外，共模信号组件210可利用包括电气接口引脚250和260的相应电压之和的共模信令，将通信数据(例如，“dataout”)发送到外部设备(未示出)。如图3所图示的，音频输出(例如，“audioout”)包括差分输出信号“+audioout”和“-audioout”之间的电压差。此外，通信数据(例如，“dataout”)包括“+audioout”和“-audioout”的波形之和。

在其他实施例(未示出)中，信号处理组件可利用共模信令从外部设备接收通信数据，例如“data”、“datain”等。在这方面，电气接口引脚250和260可包括双向输入/输出引脚，并且声传感器可包括接收器、放大器、比较器、模数转换器等(未示出)，以对共模数据进行解码，将其转换成可被输入到双向通信组件130的标准逻辑电平信号等。

在实施例中，电源线通信组件220可被配置为经由电源引脚240(例如，电源接口(pwr)230的电源引脚或接地引脚)从外部设备接收通信数据。在这方面，电源线通信组件220可包括数据和时钟调节电路(未示出)(参见例如，通过引用并入本文的母案美国专利申请号为14/074,587的相关文本)，其可以将被编码到电源引脚240上的通信数据转化为可被输入到双向通信组件130的标准逻辑电平信号。

在一个实施例中，数据和时钟调节电路可利用叠加在电源上的高频载波和幅移键控信令方案。(参见例如，图3以及通过引用并入本文的母案美国专利申请号为14/074,587的相关文本)。在另一实施例中，数据和时钟调节电路可利用叠加在电源上的通带信令方案。(参见例如，图4以及通过引用并入本文的母案美国专利申请号为14/074,587的相关文本)。在又一个实施例中，数据和时钟调节电路可利用叠加在电源上的基带信令方案。(参见例如，图5以及通过引用并入本文的母案美国专利申请号为14/074,587的相关文本)。

图4图示了根据各个实施例的包括用于发送和/或接收叠加在音频输出上的数据的时分复用组件(410)的声传感器的框图(400)。在这方面，现在参照图5，时分复用组件410可被配置为在第一定义的时间段期间发送定向到外部设备(未示出)的音频输出，例如“audiooutput”。此外，时分复用组件410可被配置为利用双向电气接口引脚420在第二定义的时间段期间发送或接收通信数据，例如，“data”、“datain”、“dataout”等，例如，减少或显著减少了在通信数据和音频输出数据之间例如由于电源、接地等布局缺陷、封装限制等所引起的干扰。

在一个实施例中，时分复用组件410可被配置为利用引脚(例如，电气接口引脚410)发送定向到外部设备的音频输出，并利用相同引脚发送或接收通信数据。

在图6所图示的另一实施例中，时分复用组件410可被配置为利用第一引脚(例如，电气接口引脚610)发送定向到外部设备的音频输出，并使用不同的引脚或第二引脚(例如，双向电气接口引脚620)来发送或接收数据。

现在参照图7，图示了根据各个实施例的包括频率分隔组件(710)的声传感器的框图(700)，该频率分隔组件710用于基于在对应于音频输出的音频带(例如，20hz到20khz)以外或基本上以外的定义的频率范围发送和/或接收数据。在这方面，频率分隔组件710可被配置为基于在对应于音频输出的音频频带以外或基本上在音频带以外的定义的频率范围发送或接收数据，例如脉冲密度调制(pdm)音频数据。在图8所图示的实施例中，定义的频率范围可对应于耦合到声传感器的外部设备(未示出)的抽取滤波器的陷波、外部设备的带阻滤波器的定义的阻带等。

在一个实施例中，频率分隔组件710可经由例如以时钟信号形式的通信数据从外部设备接收表示陷波、定义的阻带等的频率信息。此外，频率分隔组件710可基于频率信息发送或接收数据。

如图7所图示的，信号处理组件140可被配置为利用双向电气接口引脚420发送定向到外部设备的音频输出，并利用相同的引脚-根据定义的频率范围-发送或接收通信数据。在图9所图示的另一实施例中，信号处理组件140可被配置为利用第一引脚(例如，电气接口引脚610)发送定向到外部设备的音频输出，并利用第二引脚(例如，双向电气接口引脚620)-根据定义的频率范围-发送或接收通信数据。

图10图示了根据各个实施例的包括电源线通信组件(220)的声传感器的框图(1000)，该电源线通信组件220用于经由电源引脚(240)发送和/或接收数据。在这方面，如上所述，电源线通信组件220可包括数据和时钟调节电路，其用于将被编码到电源引脚240上的通信数据转化成可被输入到双向通信组件130的标准逻辑电平信号。

在经由电源引脚240发送数据、输出数据等的情况下，电源线通信组件220能够以通过电源引脚240的负载电流-转换成电流脉冲的数据输出的形式传输例如，从双向通信组件130接收的通信数据、数据等。在一个实施例中，数据输入和/或数据时钟可经由电源引脚240被接收，作为叠加的电压信号。(参见例如，通过引用并入本文的母案美国专利申请号为14/074,587的相关文本和附图)。

在实施例中，mems换能器120和声传感器110的其它组件可以完全集成在单一管芯中、在单独的管芯上实现，其中mems换能器120和其它组件经由附加的引脚和接合线等互连。此外，声传感器110可经由i/o150耦合到主机系统(未示出)，例如，编解码器、dsp、处理器等。例如，主机系统可以是在声传感器110的生产和表征期间使用的测试仪、采集/发送声传感器的输出、通信数据等的外部设备。

图11图示了根据公开的主题的方法。为了简化解释，该方法被描绘并描述为一系列动作。应理解并认识到的是，本文中所公开的各个实施例不受所说明的动作和/或动作顺序的限制。例如，动作能够以各种顺序发生和/或同时发生，并且与本文中未呈现或描述的其它动作同时发生。此外，可能不需要所有说明的动作来实现根据公开的主题的方法。另外，本领域中的技术人员将理解和认识到，该方法可替代地能够通过状态图或事件表示为一系列相互关联的状态。另外，应该进一步认识到，下文和整个说明书中公开的方法的一个或更多个动作能够被存储在制品上，以便于将这样的方法传送和转移到计算机、处理器、处理组件等。如本文中所使用的术语制品旨在涵盖可从任何计算机可读设备、载体或媒体访问的计算机程序。

现在参照图11，根据各个实施例，图示了由声传感器(例如，110)执行的过程1100。在1110，声传感器可生成对应于施加到mems换能器的声压的音频输出。在1120，声传感器可基于共模信令、时分复用或频率分隔来发送和/或接收叠加在音频输出上的数据。

如在本说明书中所采用的，术语“处理器”、“处理组件”等可大体上指包括但不限于包括单核处理器的任何计算处理单元或设备；具有软件多线程执行能力的单处理器；多核处理器；具有软件多线程执行能力的多核处理器；具有硬件多线程技术的多核处理器；并行平台；以及具有分布式共享存储器的并行平台。另外，处理器可指集成电路、编解码器、专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑控制器(plc)、复杂可编程逻辑器件(cpld)、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其被设计用于执行本文中所描述的功能和/或过程的任何组合。此外，处理器可以利用纳米级架构，诸如但不限于基于分子和量子点的晶体管、开关和门，例如，以便优化空间使用或增强移动设备的性能。处理器也可被实现为计算处理单元、设备等的组合。

在本说明书中，诸如“存储器”、“非易失性存储器”的术语以及与本文中所公开的mems麦克风和/或设备的操作和功能基本上相关的任何其它信息存储组件是指“存储器组件”或在“存储器”中包含的实体或包括存储器的组件。将认识到的是，存储器可包括易失性存储器和/或非易失性存储器。通过说明而非限制的方式，易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)，其可以充当外部高速缓冲存储器。通过说明而非限制的方式，ram可包括同步ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据速率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路dram(sldram)、rambus直接ram(rdram)、直接rambus动态ram(drdram)和/或rambus动态ram(rdram)。在其他实施例中，非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除rom(eeprom)或闪存。另外，本文中所公开的系统和/或设备可包括但不限于包括这些存储器和任何其它合适类型的存储器。

包括在摘要中所描述的内容的本公开的说明的实施例的以上描述不旨在穷举性的或将其限于公开的精确形式。如相关领域中的技术人员能够认识到的，虽然出于说明的目的，在本文中对具体的实施例和示例进行了描述，但被认为在这样的实施例和示例的范围内的各种修改是可能的。

在这方面，虽然已经结合各个实施例和相应的附图来对公开的主题进行了描述，但是在适用的情况下，应理解，可使用其他类似的实施例，或者可对所描述的实施例进行修改和添加，以在不偏离公开的主题的情况下执行与其相同、类似、替代或代替的功能。因此，公开的主题不应该限于本文中所描述的任何单一实施例，而应根据以下所附权利要求在广度和范围内加以解释。