高声学过载点恢复装置和方法与流程

本发明的说明性实施例总体上涉及传感器，并且更具体地，本发明的各种实施例涉及mems声学传感器。

背景技术：

1、高声学过载点(aop)事件非常嘈杂(对于麦克风)，或非常大的加速度(对于加速度计)或非常高的旋转(对于陀螺仪)事件，这使压电电容式mems传感器过载。这些事件导致前端放大器限幅并且可能卡在该限幅状态。在该限幅状态期间，没有信号将通过，使得麦克风/加速度计/陀螺仪无用，直到放大器可以恢复，这归因于所涉及的动态，可能需要若干秒。

技术实现思路

1、系统实施例

2、根据一个实施例，换能器信号处理装置包括：

3、(1)信号处理电路，其具有被配置为从换能器输出接口接收换能器输出信号的输入接口以及被配置为产生从所述换能器输出信号产生的系统输出信号的输出接口；并且还包括：

4、(2)过载传感器电路，其具有用于接收所述换能器输出信号以及被配置为检测声学过载事件的过载传感器输入接口和被配置为响应于检测到声学过载而提供声学过载信号的过载传感器输出接口；以及

5、(3)系统复位电路，其被配置为响应于检测到声学过载事件而复位所述信号处理电路，所述系统复位电路具有耦合到过载传感器输出接口的输入接口。

6、在一些实施例中，所述过载传感器电路被配置为通过检测所述换能器输出信号指示声学过载来检测声学过载事件。例如，在一些实施例中，所述过载传感器电路被配置为通过检测所述换能器输出信号超过预定的声学过载阈值振幅来检测声学过载事件。在其它实施例中，所述过载传感器电路被配置为通过检测所述换能器输出信号被限幅来检测声学过载事件。

7、信号处理装置可以具有声学过载点，因为提供换能器输出信号的换能器具有换能器声学过载点，和/或所述信号处理电路具有声学过载点(其可以被称为“信号链声学过载点”)。因此，在一些实施例中，所述信号处理电路具有信号链声学过载点，并且其中，所述声学过载阈值被预先确定为处于或低于所述信号链声学过载点，并且低于所述换能器的声学过载点。在其它实施例中，所述换能器具有换能器声学过载点，并且所述声学过载阈值被预先确定为处于或低于所述换能器声学过载点。在一些实施例中，所述换能器具有换能器声学过载点振幅，并且所述过载传感器电路被配置为通过确定所述换能器输出信号超过所述换能器声学过载点振幅来检测声学过载事件。

8、在所述换能器信号处理装置的一些实施例中，所述信号处理电路包括：

9、(a)具有电容器集合的充电放大器，所述电容器集合中的每个电容器被设置为响应于由所述信号处理电路接收到所述换能器输出信号而充电；以及

10、(b)开关集合，每个开关具有断开配置和闭合配置。所述开关集合中的每个开关与来自所述电容器集合的对应电容器电并联，并且被耦合以在所述开关处于闭合配置时允许所述对应电容器放电。

11、所述开关集合中的每个开关耦合到所述系统复位电路并且可由所述系统复位电路控制到其闭合配置中。

12、在一些这样的实施例中，所述系统复位电路包括定时器，所述定时器与所述声学过载检测器控制通信并且被配置为响应于在所述系统复位电路处从所述过载传感器电路接收到声学过载信号，在预定时间段期间将所述开关集合中的每个开关控制到其相应的闭合配置中。

13、在一些实施例中，所述信号处理电路包括：

14、放大器，其具有可操作地耦合以接收换能器输出信号的放大器输入接口；以及

15、偏置电阻器集合，所述偏置电阻器集合中的每个偏置电阻器电耦合在所述放大器输入接口和偏置电压源之间。

16、对于每个这样的偏置电阻器，所述系统包括漏极路径，所述漏极路径包括：

17、漏极电阻器，所述漏极电阻器具有小于对应的偏置电阻器的电阻，以及

18、与所述漏极电阻器电串联的漏极开关，所述漏极开关可控制地在断开配置与闭合配置之间可配置，所述漏极开关与所述系统复位电路控制通信以从所述系统复位电路接收控制信号，以将所述漏极开关可控制地配置成所述断开配置、以及响应于过载事件进入所述闭合配置中的一种配置。

19、每个这样的漏极是电耦合在所述信号处理电路输入接口和所述偏置电压源之间的路径；使得：

20、当所述漏极开关处于其闭合配置时，所述漏极路径在所述换能器与偏置电压源之间呈现与其对应的偏置电阻器电并联的低阻抗放电路径，以及

21、当所述漏极开关处于其断开配置时，所述漏极路径在所述换能器与偏置电压源之间呈现高阻抗路径，所述高阻抗路径具有高于所述低阻抗放电路径的阻抗的阻抗。

22、在一些实施例中，所述换能器输出信号是从第一换能器输出端子和第二换能器输出端子产生的差分信号，所述第一换能器输出端子和所述第二换能器输出端子形成所述换能器输出接口。在这样的实施例中，所述信号处理电路包括：

23、放大器，其具有可操作地耦合以接收所述差分换能器输出信号的差分放大器输入接口；

24、第一偏置电阻器，其电耦合在第一放大器输入端子和偏置电压源之间；

25、第一漏极路径，包括：

26、第一漏极电阻器，所述第一漏极电阻器具有小于所述第一偏置电阻器的电阻；

27、与所述第一漏极电阻器电串联的第一漏极开关，所述第一漏极开关可控制地在断开配置与闭合配置之间可配置，所述第一漏极开关与所述系统复位电路控制通信以从所述系统复位电路接收控制信号，以将所述第一漏极开关可控制地配置成所述断开配置中、以及响应于过载事件进入所述闭合配置的一种配置，使得：

28、当所述第一漏极开关处于其闭合配置时，所述第一漏极路径在第一换能器输出端子与所述偏置电压源之间呈现与所述第一偏置电阻器电并联的低阻抗第一放电路径，所述第一放电路径具有小于所述第一偏置电阻器的电阻的电阻，以及

29、当所述第一漏极开关处于其断开配置时，所述第一漏极路径在所述第一换能器输出端子与偏置电压源之间呈现高阻抗路径，所述高阻抗路径具有高于所述低阻抗放电路径的阻抗并且高于所述第一偏置电阻器的电阻的阻抗。

30、这样的实施例还包括：

31、第二偏置电阻器，其电耦合在第二放大器输入端子和偏置电压源之间；

32、第二漏极路径，包括：

33、第二漏极电阻器，所述第二漏极电阻器具有小于所述第二偏置电阻器的电阻；以及

34、与所述第二漏极电阻器电串联的第二漏极开关，所述第二漏极开关可控制地在断开配置与闭合配置之间可配置，所述第二漏极开关与所述系统复位电路控制通信以从所述系统复位电路接收控制信号，以将所述第二漏极开关可控制地配置成所述断开配置、以及响应于过载事件进入所述闭合配置中的一种配置，使得：

35、当所述第二漏极开关处于其闭合配置时，所述第二漏极路径在第二换能器输出端子与所述偏置电压源之间呈现与所述第二偏置电阻器电并联的低阻抗第二放电路径，所述第二放电路径具有小于所述第二偏置电阻器的电阻的电阻，以及

36、当所述第二漏极开关处于其断开配置时，所述第二漏极路径在所述第二换能器输出端子与偏置电压源之间呈现高阻抗路径，所述高阻抗路径具有高于所述低阻抗放电路径的阻抗并且高于所述第二偏置电阻器的电阻的阻抗。

37、在一些实施例中，所述换能器输出信号是从第一换能器输出端子和第二换能器输出端子产生的差分信号，所述第一换能器输出端子和所述第二换能器输出端子形成所述换能器输出接口。

38、在这样的实施例中，所述信号处理电路包括：具有形成反相输入和非反相输入的差分放大器输入接口的电荷放大器，所述差分放大器输入接口可操作地耦合以接收所述差分换能器输出信号，所述电荷放大器具有：

39、第一反馈电容器，其耦合到所述反相输入；以及

40、第二反馈电容器，其耦合到所述非反相输入。

41、这样的实施例还包括第一漏极路径，所述第一漏极路径与所述第一反馈电容器电并联耦合，所述第一漏极路径包括第一漏极开关，所述第一漏极开关可控制地在断开配置与闭合配置之间可配置，所述第一漏极开关与所述系统复位电路控制通信以从所述系统复位电路接收控制信号，以将所述第一漏极开关可控制地配置成所述断开配置、以及响应于过载事件进入所述闭合配置中的一种配置，使得：

42、当所述第一漏极开关处于其闭合配置时，所述第一漏极路径呈现与所述第一反馈电容器电并联的低阻抗第一放电路径，所述第一放电路径具有小于所述第一偏置电阻器的电阻的电阻。

43、这样的实施例还包括第二漏极路径，所述第二漏极路径与所述第二反馈电容器电并联耦合，所述第二漏极路径包括第二漏极开关，所述第二漏极开关可控制地在断开配置与闭合配置之间可配置，所述第二漏极开关与所述系统复位电路控制通信以从所述系统复位电路接收所述控制信号，以将所述第二漏极开关可控制地配置成所述断开配置、响应于过载事件进入所述闭合配置中的一种配置，使得：

44、当所述第二漏极开关处于其闭合配置时，所述第二漏极路径呈现与所述第二反馈电容器电并联的低阻抗第二放电路径，所述第二放电路径具有小于所述第二偏置电阻器的电阻的电阻。

45、方法实施例

46、另一实施例包括一种操作具有信号路径的换能器系统的方法，所述方法包括：

47、检测声学过载事件；

48、响应于检测到声学过载事件，接合漏极路径的集合，每个漏极路径可控制地提供低电阻电路径以从所述信号路径中的对应电容器排出电荷；以及

49、检测声学过载事件的结束，以及

50、响应于检测到所述声学过载事件的结束，启动具有预定延迟时间的定时器，所述定时器在经过所述预定延迟时间之后断言终止信号，以及

51、响应于所述终止信号，断开所述漏极路径集合以使所述信号路径返回到线性操作。

52、在该方法的一些实施例中，检测声学过载事件包括确定换能器输出信号的振幅超过预定阈值。

53、在该方法的一些实施例中，接合所述漏极路径集合包括：对于每个漏极路径，将开关操作为闭合配置，所述开关与对应的电容并联，以允许电荷从对应的电容排出。在一些这样的实施例中，断开所述漏极路径集合包括：对于每个漏极路径，将开关操作为断开配置，以防止电荷从所述对应电容排出。