DE112015004255T5

DE112015004255T5 - Digitales mikrofon mit einstellbarer verstärkungssteuerung

Info

Publication number: DE112015004255T5
Application number: DE112015004255.5T
Authority: DE
Inventors: Per F. Hovesten; Svetoslav Guerguiev; Claus Furst; Aziz Yurrtas
Original assignee: Knowles Electronics LLC
Current assignee: Knowles Electronics LLC
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2017-06-14
Also published as: CN106688177B; TW201618559A; US20160087596A1; US9831844B2; CN106688177A; WO2016044593A1

Abstract

Es werden Vorgehensweisen für eine Vorrichtung bereitgestellt, die einen Eingangspuffer, einen Analog-Digital-Wandler, der mit dem Eingangspuffer verbunden ist, ein Dekomprimiermodul, das mit dem Analog-Digital-Wandler verbunden ist, und ein Verstärkungssteuerungsmodul aufweist, das mit dem Eingangspuffer und dem Dekomprimiermodul verbunden ist. Der Eingangspuffer hat eine erste einstellbare Verstärkung und arbeitet im analogen Bereich. Der Analog-Digital-Wandler wandelt die aus dem Eingangspuffer empfangenen analogen Eingangsdaten in digitale Daten um. Das Dekomprimiermodul arbeitet in dem digitalen Bereich und ist ausgebildet, die aus dem Analog-Digital-Wandler empfangenen digitalen Daten zu dekomprimieren. Das Dekomprimiermodul hat eine zweite einstellbare Verstärkung und erzeugt ein digitales Ausgangssignal. Das Verstärkungssteuerungsmodul ermittelt, wann Änderungen in der Charakteristik der analogen Eingangsdaten durch selektives Steuern der ersten Verstärkung des Eingangspuffers in dem Analogbereich und der zweiten Verstärkung des Dekomprimiermoduls in dem digitalen Bereich zu kompensieren sind.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Dieses Patent beansprucht nach 35 U.S.C. §119(e) die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nummer 62/052 684 mit dem Titel ”Digitales Mikrofon mit einstellbarer Verstärkungssteuerung”, die am 19. September 2014 eingereicht wurde und deren Inhalt in seiner Gesamtheit hiermit durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft ein digitales Mikrofon und insbesondere eine Verstärkungssteuerung in diesen Einrichtungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Laufe der Zeit sind diverse Arten von Mikrofonen und Empfängern verwendet worden. In diesen Einrichtungen sind unterschiedliche elektrische Komponenten zusammen mit einem Gehäuse oder Anordnung untergebracht. Andere Arten von akustischen Einrichtungen können andere Arten von Komponenten aufweisen. Diese Einrichtungen können in Instrumenten zum Hören verwendet werden, etwa in Hörgeräten, persönlichen Audio-Kopfhörern oder in anderen elektronischen Geräten, etwa in Funktelefonen und Computern.
Einige Mikrofone verwenden ein Mikro-Elektro-Mechanisches System (MEMS), das Schallenergie empfängt und die Schallenergie in elektrische Signale umwandelt. Die Mikrofone können anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) nutzen, die das elektrische Signal aus dem MEMS aufnehmen und eine Nachbearbeitung an dem Signal und/oder eine Speicherung des Signals für die folgenden Schaltungsstufen in einer größeren elektrischen Umgebung ausführen.
Das Ausgangssignal der ASIC kann in analoger Form oder in digitaler Form vorliegen und die Mikrofone mit ASIC, die ein digitales Ausgangssignal bereitstellen, werden als digitale Mikrofone bezeichnet. In jüngerer Zeit werden digitale Mikrofone in tragbaren elektronischen Anlagen und insbesondere in Mobiltelefonen zunehmend populär.
Gleichzeitig gibt es auch einen höheren Bedarf für Mikrofone, die höhere Pegel am akustischen Überlastungspunkt (AOP) zulassen. Höhere Schallpegel bedeuten höhere Spannungspegel am MEMS-Ausgang für die ASIC. Diese Zunahme bedeutet, dass der MEMS-Ausgangsspannungspegel am Ende höher sein kann als der Versorgungsspannungspegel der ASIC, wodurch nachfolgend ein Problem für den Dynamikbereich hervorrufen wird, wonach die ASIC nicht mehr in der Lage ist, derart hohe Eingangsspannungspegel zu verarbeiten, ohne das Signal am Eingang abzuschneiden. Ein gleichbleibendes Abschneiden des Signals am ASIC-Eingang ist aus Sicht des Mikrofonsystems nicht akzeptabel, da dies den Dynamikbereich (DR) des Mikrofons reduziert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein vollständigeres Verständnis der Offenbarung soll auf die folgende detaillierte Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen verwiesen werden, in denen:
1 eine Blockansicht eines Mikrofons mit automatischer Verstärkungssteuerung gemäß diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst;
2 einen Graphen aufweist, der Aspekte der Betriebsweise einer Verstärkungssteuerungsschaltung gemäß diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein Flussdiagramm eines Beispiels einer Verstärkungssteuerungsschaltung gemäß diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst;
4 ein Schaltbild von Bereichen eines Mikrofons mit automatischer Verstärkungssteuerung gemäß diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst;
5 ein Schaltbild von Bereichen eines weiteren Mikrofons mit automatischer Verstärkungssteuerung gemäß diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst;
6 Schaltbilder von Bereichen eines Mikrofons gemäß diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst;
7 ein Schaltbild von Bereichen eines Mikrofons (einschließlich einer Schaltung zum Schalten) mit automatischer Verstärkungssteuerung gemäß diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst;
8 eine Blockansicht eines Verstärkungssteuerungsmoduls gemäß diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst;
9 ein Flussdiagramm eines Beispiels der Betriebsweise des Entscheidungsmoduls in dem Verstärkungssteuerungsmodul gemäß diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst;
10A und 10B zwei Beispiele eines Kompressors bzw. einer Komprimiereinheit in einem Speicher zeigen, wobei 10A keine Abschwächung und 10B ein Beispiel mit 12 dB-Abschwächung in diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
Der Fachmann erkennt, dass Elemente in den Figuren zum Zwecke der Einfachheit und Klarheit dargestellt sind. Ferner ist zu beachten, dass gewisse Aktionen und/oder Schritte in einer speziellen Reihenfolge der Anwendung beschrieben oder dargestellt sein können, der Fachmann jedoch erkennt, dass eine derartige Spezifizierung im Hinblick auf die Abfolge tatsächlich nicht erforderlich ist. Ferner ist zu beachten, dass die Begriffe und Ausdrücke die hierin verwendet sind, ihre übliche Bedeutung haben, wie sie derartigen Begriffen und Ausdrücken in ihren jeweiligen entsprechenden Bereichen von Forschung und Technik zugeordnet sind, ausgenommen, wenn ansonsten hierin spezielle Bedeutungen festgelegt sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Obwohl diese Erfindung auf viele unterschiedliche Weisen umgesetzt werden kann, sind dennoch diverse bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in den Zeichnungen gezeigt und im Weiteren detailliert beschrieben mit dem Verständnis, dass die vorliegende Offenbarung als eine beispielhafte Darstellung der Prinzipien der Erfindung auszulegen ist und es nicht beabsichtigt ist, den breiten Aspekt der Erfindung auf die dargestellte Ausführungsform zu beschränken.
In den hierin beschriebenen Vorgehensweisen wird ein Signal aus einer mikro-elektromechanischen System-(MEMS)-Einrichtung an einem ASIC-Eingang abgeschwächt und anschließend verstärkt, bevor es den digitalen Ausgang erreicht, wobei dies so erfolgt, dass ein dynamischer Bereich (DR) des Mikrofons nicht beeinträchtigt wird. Die Abschwächung und anschließende Verstärkung werden unter Überwachung eines oder mehrerer automatischer Verstärkungssteuerungs-(AGC)-Schaltungsmodule adaptiv ausgeführt. Die Verstärkungen des analogen Bereichs und des digitalen Bereichs werden gesteuert. Wenn eine erhöht wird, kann die andere herabgesetzt werden. Wenn eine verringert wird, kann die andere erhöht werden, um eine lineare Eingangs/Ausgangs-Charakteristik beizubehalten, wie in 2 gezeigt ist.
In einigen Aspekten weist eine Vorrichtung einen Eingangspuffer bzw. Eingangsspeicher auf. Der Eingangspuffer empfängt und speichert analoge Eingangsdaten aus einem Wandler. Der Eingangspuffer hat eine erste einstellbare Verstärkung und arbeitet im analogen Bereich.
Die Vorrichtung umfasst ferner einen Analog-Digital-Wandler, der mit dem Eingangspuffer verbunden ist. Der Analog-Digital-Wandler wandelt die analogen Eingangsdaten, die von dem Eingangspuffer empfangen werden, in digitale Daten um.
Die Vorrichtung umfasst ferner ein Dekomprimiermodul, das mit dem Analog-Digital-Wandler verbunden ist. Das Dekomprimiermodul arbeitet in dem digitalen Bereich und ist ausgebildet, die aus dem Analog-Digital-Wandler empfangenen digitalen Daten zu dekomprimieren. Das Dekomprimiermodul hat eine zweite einstellbare Verstärkung und erzeugt ein digitales Ausgangssignal.
Die Vorrichtung umfasst ferner ein Verstärkungssteuerungsmodul, das mit dem Eingangspuffer und dem Dekomprimiermodul verbunden ist. Das Verstärkungssteuerungsmodul ermittelt, wenn Änderungen in der Charakteristik der analogen Eingangsdaten durch selektives Steuern der ersten Verstärkung des Eingangspuffers in dem analogen Bereich und der zweiten Verstärkung des Dekomprimiermoduls in dem digitalen Bereich zu kompensieren sind.
Es sei nun auf 1 verwiesen, in der ein Beispiel einer Vorrichtung zur Steuerung der Verstärkungen in dem analogen Bereich und in dem digitalen Bereich beschrieben ist. Eine MEMS-Einrichtung 102 ist mit einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) 104 verbunden. Die ASIC 104 weist einen Eingangspuffer 106 (mit automatischer Verstärkungssteuerung), einen Verstärker 108, einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 110, ein Dekomprimiermodul 112, eine Ausgangstreiberschaltung 114 und ein Verstärkungssteuerungsmodul 116 auf. In einigen Aspekten kann der Eingangspuffer 106 ein Vorverstärker sein.
Die MEMS-Einrichtung 102 weist eine Membran und eine Rückseitenplatte auf. Schallenergie versetzt die Membran in Bewegung und ihre Auslenkung relativ zu der Rückseitenplatte erzeugt ein elektrisches Signal. Die ASIC 104 kann eine beliebige Art von integrierter Schaltung sein, die eine breite Fülle von Verarbeitungsfunktionen ausführt. In einem Bespiel führt die ASIC 104 Verstärkungsfunktionen, Filterfunktionen und Phasenschieberfunktionen aus. Es können auch andere Beispiele von Funktionen ausgeführt werden.
Der Eingangspuffer (oder Vorverstärker) 106 führt eine Impedanzumwandlung an den empfangenen Signalen aus. Der Verstärker 108 wird verwendet, um die Signale zu verstärken.
Der Analog-Digital-Wandler (ADC) 110 wandelt analoge Signale in digitale Signale um. Das Dekomprimiermodul 112 wird verwendet, um eine Filterfunktion für das System bereitzustellen oder das Signal anderweitig zu dekomprimieren.
Die Ausgangstreiberschaltung 114 wird verwendet, um eine externe Schaltung anzusteuern. Das Verstärkungssteuerungsmodul 116 steuert die Verstärkung des Eingangspuffers 106 und des Dekomprimiermoduls 112.
In einem Beispiel der Funktionsweise des Systems der 1 werden elektrische Signale, die in der MEMS-Einrichtung 102 erzeugt werden, der ASIC 104 zugeleitet. Signale werden zuerst durch den Eingangspuffer 106 gespeichert und dann optional durch den Verstärker 108 verstärkt, um die Rauschanforderungen des ADC 110 zu verringern. Der ADC 110 wandelt das analoge Signal in ein digitales Signal um. Eine digitale Signalkette 118 kann eine beliebige Anzahl an Dekomprimiermodulen aufweisen. Signale werden übertragen und sie durchlaufen die digitale Signalkette 118, bevor sie an der Ausgangstreiberschaltung 114 herausgeführt werden.
In einem Aspekt berücksichtigen die vorliegenden Vorgehensweisen die Signalabschwächung in dem Eingangspuffer 106 und anschließend die Verstärkung in dem digitalen Bereich auf der Grundlage des Amplitudenpegels des Signals aus der MEMS-Einrichtung 102.
Das Verstärkungssteuerungsmodul 116 ermittelt, wann eine Verstärkungsänderung in dem analogen Bereich und in dem digitalen Bereich anzuwenden ist. Das Dekomprimiermodul 112 kompensiert die Verstärkungsänderungen in dem analogen Bereich. Ein DSP-Block oder Modul, das das Dekomprimiermodul 112 und das Verstärkungssteuerungsmodul 116 beinhaltet, kann ebenfalls verwendet werden.
Die Erkennung des Signalspitzenpegels erfolgt in dem digitalen Bereich, wodurch die Verstärkung des digitalen Bereichs geändert wird, um eine Änderung der analogen Verstärkung zu kompensieren. Ferner werden Algorithmen bereitgestellt und in dem digitalen Bereich angewendet, um unerwünschte Wirkungen, die durch die analoge AGC-Implementierung in dem Eingangspuffer 106 hervorgerufen wurden, zu kompensieren.
Zu diesen unerwünschten Wirkungen gehören Offset und Spannungssprünge aufgrund von Verstärkungsänderungen in dem Eingangspuffer 106. Es sind andere Beispiele ebenfalls möglich.
Unter Anwendung der vorliegenden Vorgehensweise können digitale Mikrofone Signale mit hohem Schalldruckpegeln handhaben und verarbeiten. Ferner wird der volle dynamische Bereich durch adaptives Ändern der Verstärkung im analogen und digitalen Bereich unter der Überwachung eines Verstärkungssteuerungsalgorithmus beibehalten. Des Weiteren werden unerwünschte Effekte, die aufgrund einer analogen Implementierung auftreten, durch den einen oder die mehreren Algorithmen in dem digitalen Bereich kompensiert.
Es sei nun auf 2 verwiesen, in der die Signalamplitude an dem Ausgang des Eingangspuffers und an den Dekomprimiermodulen beschrieben wird. Wie gezeigt, repräsentiert ein erstes Signal 202 das Signal am Ausgang des Eingangspuffers (beispielsweise an dem Eingangspuffer 106 der 1). Ein zweites Signal 204 gibt ein Signal nach seiner Verarbeitung durch das Dekomprimiermodul 112 an. Am Punkt 206 beginnt eine Änderung der Signalverstärkung des digitalen Bereichs, um eine analoge Verstärkungsänderung zu kompensieren. Anders ausgedrückt, ein Verstärkungssteuerungsmodul (beispielsweise das Verstärkungssteuerungsmodul 116) beginnt damit, eine Kompensation auszuführen, wie sie hierin beschrieben ist.
Man kann in dieser Figur auch erkennen, dass das gesamte Signal, das an dem Ausgang des Dekomprimiermoduls bereitgestellt wird, linear oder näherungsweise linear ist. Anders ausgedrückt, der volle dynamische Ausgangsbereich des Mikrofons wird beibehalten. Folglich wird eine vorteilhafte Mikrofonfunktion für einen großen Bereich von Signalen bereitgestellt und erhalten.
Es sei nun auf 3 verwiesen, in welcher ein Beispiel beschrieben ist, wie eine Verstärkungssteuerungsschaltung eingerichtet werden kann. In einem Aspekt können die Schritte, die so angegeben sind, dass sie entsprechend der Vorgehensweise der 3 ausgeführt werden, in der Schaltung der 1 oder in einer ähnlichen Schaltung ausgeführt werden. In einem weiteren Aspekt wird die Vorgehensweise der 3 in einer kontinuierlichen Schleife ausgeführt.
Im Schritt 302 wird die Stärke oder der Pegel des Signals abgetastet und es wird ermittelt, ob die Stärke ansteigt, abfällt, gewisse Schwellenwerte überschritten oder gewisse Schwellenwerte für gewisse Zeitdauern unterschritten hat. Diese Ermittlung kann entsprechend einer geeigneten Hardware-Schaltung und/oder Software-Vorgehensweise, die der Fachmann kennt, ausgeführt werden. In einer Vorgehensweise kann das Verstärkungssteuerungsmodul 116 verwendet werden, um diese Funktionen auszuführen.
Im Schritt 304 und wenn die Ermittlung ein Signal mit einer Signalstärke ergibt, das einen ersten vorbestimmten Schwellenwert passiert hat (beispielsweise es ist ansteigend), wird die Verstärkung des Eingangspuffers (beispielsweise des Eingangspuffers 106) abgeschwächt, aber die Verstärkung des Dekomprimiermoduls (beispielsweise des Dekomprimiermoduls 112) wird erhöht. Diese Aktion dient zur Unterstützung des Arbeitspunkts der Schaltung. Da die Verstärkung des Eingangspuffers (beispielsweise des Eingangspuffers 106) eingestellt wird, kann das digitale Mikrofon Signale mit hohen Schaltdruckpegeln (SPLs) verarbeiten. Des Weiteren wird der volle dynamische Bereich des Signals bewahrt. Ferner werden unerwünschte Wirkungen, die aufgrund des analogen Bereichs oder in diesem auftreten, in dem digitalen Bereich kompensiert, wodurch diese Wirkungen aufgehoben werden.
Wenn im Schritt 306, die Ermittlung ein Signal angibt, das eine Signalstärke hat, die einen vorbestimmten zweiten Schwellwert für eine vorbestimmte Zeitdauer unterschreitet (beispielsweise eine abnehmende Stärke), dann wird die Verstärkung des Eingangspuffers (beispielsweise des Eingangspuffers 106) angehoben, die Verstärkung des Dekomprimiermoduls (beispielsweise des Dekomprimiermoduls 112) wird jedoch verkleinert. Wie zuvor hilft diese Aktion dabei, den Arbeitspunkt der Schaltung beizubehalten.
Es sei nun auf 4 verwiesen, in der ein Beispiel der Bereitstellung einer Signalabschwächung beschrieben ist. Eine MEMS-Einrichtung 402 ist mit einer ASIC 404 verbunden. Die ASIC 404 weist einen Eingangspuffer 406 auf. Drei Schalter 408, 410 und 412 schalten drei Kondensatoren 414, 416 und 418 in der Schaltung hinzu oder weg. Die Schalter 408, 410 und 412 werden durch ein Verstärkungssteuersignal 420 gesteuert. In einem Beispiel wird das Verstärkungssteuersignal 420 entsprechend dem Algorithmus aus 3 erzeugt. Zu beachten ist, dass 4 der Einfachheit halber lediglich einen Teil der Schaltung der 1 zeigt.
Durch die Verwendung der kapazitiven Spannungsteilerschaltung mit den Kondensatoren 414, 416 und 418 wird das Eingangssignal des Eingangspuffer 406 derart abgeschwächt, dass sichergestellt wird, dass das Eingangssignal nicht über das hinaus ansteigt, was die Schaltung in dem analogen Signalbereich verarbeiten kann. Die Verstärkungssteuersignale werden aus dem digitalen Signalbereich empfangen, in welchem die Eingangssignalamplitude in dem digitalen Bereich durch die Verwendung von digitaler Schaltung anstelle einer analogen Amplitudenerfassung gemessen wird. Es werden diverse Kondensatoren 414, 416 und 418 in der Schaltung hinzugeschaltet oder weggeschaltet, wobei dies von der Größe der Abschwächung abhängt, die erforderlich ist.
Es sei nun auf 5 verwiesen, in der ein Beispiel der Bereitstellung von Signalabschwächung beschrieben ist. Eine MEMS-Einrichtung 502 ist mit einer ASIC 504 verbunden. Die ASIC 504 weist einen Eingangspuffer 506 auf. Sechs Schalter 508, 509, 510, 511, 512, und 513 schalten drei Kondensatoren 514, 516, und 518 in der Schaltung hinzu oder weg. Die Schalter 508, 509, 510, 511, 512 und 513 werden von einem Verstärkungssteuersignal 520 gesteuert. In einem Beispiel wird das Verstärkungssteuersignal 520 entsprechend dem Algorithmus der 3 erzeugt. Zu beachten ist, dass der Einfachheit halber 5 nur einen Teil der Schaltung aus 1 zeigt.
Die Kondensatoren 514, 516 und 518 werden immer auf einen Spannungspegel, der gleich dem Spannungspegel an dem Eingang der ASIC, der als IN bezeichnet ist, vorgeladen. Dies stellt sicher, dass keine Spannungssprünge aufgrund der Ladungsumverteilung an IN auftreten. Diverse Kondensatoren der Kondensatoren 514, 516 und 518 werden in der Schaltung zugeschaltet oder weggeschaltet, wobei dies von der Größe der Abschwächung abhängt, die erforderlich ist.
Es sei nun auf 6 verwiesen, in der ein Beispiel der Implementierung einer Eingangspufferschaltung beschrieben ist. Eine MEMS-Einrichtung 602 ist mit einer ASIC 604 verbunden. Die ASIC 604 weist einen Eingangspuffer 606 auf. Der Eingangspuffer 606 weist eine Stromquelle 608 und einen Transistor 610 auf.
Der Transistor 610 kann eine PMOS-Transistorkonfiguration mit gemeinsamen Drainanschluss sein, der von der Stromquelle 608 vorgespannt wird. Die Ausgangs-AC-Spannung dieser Schaltung folgt der Eingangs-AC-Spannung (die an IN empfangen wird), und der DC-Pegel der Ausgangsspannung ist durch die Eingangsspannung plus die Gate-Source-Spannung des PMOS-Transistors 610 festgelegt. Die Gate-Source-Spannung des PMOS-Transistors 610 ist durch die Abmessungen des Transistors und dem Vorspannungsstrom aus der Stromquelle 608 festgelegt.
Wenn der Ausgangs-DC-Spannungspegel des Eingangspuffers der 6 nicht auf dem gleichen Pegel wie der Eingangs-DC-Spannungspegel liegt, wird die Schaltvorrichtung der 5 in Verbindung mit der Schaltung der 6 in einigen Beispielen nicht verwendet.
Es sei nun auf 7 verwiesen, in der ein Bespiel eines Eingangspuffers beschrieben ist, in welchem eine Signalabschwächung an dem Eingang der ASIC durch ein kapazitives Spannungsteilernetzwerk ausgeführt wird und die Kondensatoren in dem Netzwerk auf den gleichen Spannungspegel des Eingangs für die ASIC vorgeladen werden.
Eine MEMS-Einrichtung 702 ist mit einer ASIC 704 verbunden. Die ASIC 704 weist einen Verstärker 706 auf. Der Eingangspuffer ist mit einer ersten Stromquelle 708 (I1), einer zweiten Stromquelle 710 (I2), einem ersten Transistor (M1) 712 und einem zweiten Transistor 714 (M2) verbunden. Ein kapazitives Spannungsteilernetzwerk 716 weist Kondensatoren 718, 720, 722 und Schalter 724 (S01), 726 (S02), 728 (S1), 730 (S11), 732 (S12), 734 (S2), 736 (Sn1) und 738 (Sn2) auf.
Im Betrieb stellt der Transistor 712 (M1) eine Verstärkungspufferstufe mit Verstärkung 1 für die Schaltung bereit. Um die Kondensatoren 718, 720, 722 auf den Spannungspegel von IN vorzuladen, wird der Transistor 714 (M2) verwendet, der ein Spiegel-PMOS-Transistor mit gemeinsamem Drain ist. Der Transistor 714 (M2) und die Vorspannstromquelle (die Stromquelle 710 (I2)) sind entsprechende größenangepasste bzw. skalierte Versionen des Transistors 712 (M1) und der Stromquelle 708 (I1). Dieser größenangepasste bzw. skalierte Teil der Schaltung wird als ein Spiegelpuffer bezeichnet.
Die Gate-Spannung des Transistors 714 (M2) wird durch eine Rückkopplungsschaltung mit einem Verstärker erzeugt, der die Source-Anschlüsse des Transistors 712 (M1) und des Transistors 714 (M2) als seine Eingangssignale erhält. Wenn der Spannungspegel am Source-Anschluss des Transistors 714 (M2) höher/tiefer ist als der Spannungspegel am Source-Anschluss des Transistors 712 (M1), dann wird das Ausgangssignal des Eingangsverstärkers 706 kleiner/größer, bis es auf dem gleichen Spannungspegel wie der Spannungspegel des Source-Anschlusses des Transistors 712 (M1) liegt. Da die Stromquellen und die Transistoren einander angepasst sind, stimmt der Gate-Spannungspegel des Transistors 714 (M2) mit dem Gate-Spannungspegel des Transistors 712 (M1) überein. Auf diese Weise wird ein Spannungspegel erzeugt, der gleich dem Spannungspegel an IN ist. Dies in Verbindung mit einer geeigneten Einstellung der diversen Schalter wird verwendet, um die Kondensatoren auf den Spannungspegel von IN vorzuladen. Auf diese Weise wird die Verstärkung in dem analogen Signalbereich der Schaltung unter der Steuerung des digitalen Signalbereichs der Schaltung eingestellt.
Wenn einer der Kondensatoren 718, 720 und 722 mit IN verbunden wird, gibt es einen Spannungssprung aufgrund der Fehlanpassung zwischen dem Eingangspuffer und dem Spiegelpuffer in Verbindung mit dem Offset des Verstärkers 706. Aufgrund der Natur des Aufbaus ist dieser Spannungssprung konstant und erzeugt daher nur einen DC-Offset. Der DC-Offset kann durch eine geeignete Schaltungsgestaltung minimal gehalten werden oder kann in dem digitalen Signalbereich digital entfernt werden.
Da die Verstärkungsabschwächung von dem Verhältnis zwischen der MEMS-Kapazität und der Kapazität an IN abhängig ist, kann die Justierung der Kondensatoren 718, 720 und 722 während der Prüfungen bei der Mikrofonherstellung durchgeführt werden, so dass die Verstärkung von einem Mikrofon zum anderen gleich ist.
Es wird nun die Betätigung der diversen Schalter beschrieben, die durch ein Verstärkungssteuersignal gesteuert werden. In einem Beispiel wird das Verstärkungssteuersignal entsprechend dem Algorithmus der 3 erzeugt. Diverse Kondensatoren aus den Kondensatoren 718, 720 und 722 werden in der Schaltung nzugeschaltet oder weggeschaltet, wobei dies von dem Betrag der Abschwächung abhängt, der erforderlich ist, und wobei dies erfolgt, wenn die Kondensatoren 718, 720 und 722 vorgeladen werden.
Die Schalterschaltung 701 umfasst Schalter 724, 726, 730, 732, 736 und 738 und die Kondensatoren 718, 720 und 722. Die Schalter 728 und 734 werden verwendet, um selektiv die Schalterschaltung 701 mit der anderen Schaltung in der ASIC selektiv zu verbinden oder abzukoppeln.
In einem Beispiel werden zum Vorladen der Kondensatoren 718, 720 und 722 die Schalter 724, 730, 736 geöffnet und die Schalter 726, 732 und 738 werden geschlossen.
Um eine Abschwächung durch Verbinden eines Kondensators, beispielsweise des Kondensators 718 zu erreichen, wird der Schalter 726 geöffnet, die Schalter 730 und 736 werden geöffnet und die Schalter 724, 732 und 738 werden geschlossen.
Um mehr oder weniger Abschwächung bereitzustellen, werden einige oder alle Kondensatoren 718, 720 oder 722 zugeschaltet, um eine kapazitive Schaltung zu bilden. Dies kann in der gleichen Weise bewerkstelligt werden wie die Zuschaltung des Kondensators 718, d. h., durch selektives Steuern der Schalter 724, 726, 730, 732, 736 und 738.
Die Kondensatoren 718, 720 oder 722 können den gleichen Wert haben, können entsprechend einem linearen Verhältnis, entsprechend einem logarithmischen Verhältnis oder in beliebiger Weise skaliert sein, sofern die gewünschte Abschwächungsfunktion damit erreicht wird.
Zu beachten ist, dass die vorhergehenden Vorgehensweisen dazu führen, dass die Verstärkungen in dem analogen und digitalen Bereich umgekehrt zueinander gesteuert werden. Das heißt, wenn die Verstärkung in dem analogen Bereich verringert wird, kann die Verstärkung in dem digitalen Bereich erhöht werden. Wenn die Verstärkung in dem analogen Bereich erhöht wird, kann sie in dem digitalen Bereich verringert werden. Der analoge und digitale Bereich können als separate Schaltungen dargestellt werden (wie beispielsweise in 1 gezeigt ist), die in Form einer integrierten Schaltung miteinander kombiniert sind.
Es wird nun ein Beispiel der Funktionsweise eines Dekomprimiermoduls (beispielsweise des Dekomprimiermoduls 112) beschrieben. In einem Aspekt durchlaufen komprimierte Signale ausgehend von dem Puffer einen AMPI-Verstärkungs- und Hochpassfilter (beispielsweise mit einer Abschneidefrequenz (Fcut) = 6–8 Hz), einen Treppeneffektglättungsfilter (beispielsweise des Typs Widerstand/Kondensator), einen ADC 110 (beispielsweise dritter Ordnung Sigma-Delta), einen Sinc-Filter (beispielsweise vierter Ordnung ohne Dezimierung), einen Tiefpassfilter und einen DC-Subtraktionsblock (beispielsweise AMPI/ADC-Offset), bevor die Signale das Dekomprimiermodul erreichen. Alle diese Blöcke fügen eine Verzögerung, einen DC-Offset, eine Verstärkungsfehlanpassung und/oder Rauschen dem komprimierten Signal hinzu. Beispielsweise wird Rauschen an dem Ausgang während einer Verstärkungsauswahländerung moduliert und muss daher gehandhabt werden durch eine geeignete Verstärkungsschaltungsteuerung, durch Kleinhalten des Rauschens im analogen Block oder durch Vorsehen einer geringen Schrittgröße.
In einem Beispiel führt das Dekomprimiermodul bei jedem Taktschritt n aus:
Die Eingangssignale und Ausgangssignale dieses Logikablaufs sind:
Sel(n) wird in einem Aspekt in jedem Taktzyklus aktualisiert. In Aspekten haben die sel(n) vier Werte (0, 1, 2, 3), die der Anzahl an AGC-Kondensatoren entsprechen, die in der Schaltung (Komprimiereinheit) oder dem Dekomprimiermodul enthalten sind. Die Werte 0, 1, 2 und 3 in diesem Beispiel erzeugen Verstärkungen (y_d) von 0, 6, 12 und 18 dB oder entsprechen diesen. Es sind andere Beispiele möglich. Somit ergibt sel(n) eine Größe einer Ausgangsänderung. Das Vorzeichen oder die Richtung der Änderung hängt davon ab, ob sel(n) auf das Dekomprimiermodul (wobei das Vorzeichen positiv ist und dies zu einer Erweiterung führt) oder auf den Puffer (oder die Komprimiereinheit) angewendet wird, wobei das Vorzeichen negativ ist und das zu einer Abschwächung oder einem kleineren Ausgangssignal führt.
x_d(n): ist das komprimierte digitalisierte Eingangssignal bei Fclk.
ch_coeff: sind die Offsetkoeffizienten der abnehmenden Ladung. Dieser Koeffizient ist programmierbar und wird ”charge_dc_coeff” in einem Speicher (beispielsweise der ASIC-Speicherzuordnung) bezeichnet, der zum Speichern verwendet wird. Er entscheidet wie schnell oder langsam jeweils die momentane DC-Änderung aus dem Signal entfernt wird.
Δclk_rel, Δclk_atc ist ein Vorhersagekoeffizient erster Ordnung, der zur Vorhersage eines Abtastwertoffsets aus jedem Abtastzeitpunkt n verwendet wird. Er ist programmierbar und wird in der ASIC-Speicherzuordnung als ”delta_clk_rel/delta_clk_atc” bezeichnet. Diese werden während der Kalibrierung der Verzögerung auf Ebene der Halbleiterscheibe eingestellt.
Y_d: dies ist das dekomprimierte Ausgangssignal und wird in einem Aspekt mit Fclk/8 berechnet.
Zwischenwerte in dem Dekomprimierungsmodul umfassen:
d(n). die differenziellen Koeffizienten, die mit Fclk/8 berechnet werden.
Pred(n): die vorhergesagte Abtastung bei (n + Δclk).
ch(n): dies ist die Ladungsoffsetabschätzung, die den DC-Pegel festlegt. Sie gibt den DC-Pegel an dem Knoten IN wieder und wird mit der Fclk/8-Rate berechnet.
Δch: die Änderung des Ladungsoffsets während einer Umschaltung der Verstärkung
Das Dekomprimiermodul wird in einem Aspekt gezwungen, eine andere Verstärkung auszuwählen, als sie von dem Verstärkungssteuerungsblock ermittelt wird, d. h., das Sel(n)-Signal, indem in ”force_exp_sel” in der ASIC-Speicherzuordnung geschrieben wird. Dieses Register sollte verwendet werden, wenn die agc-Kondensatoren in Verbindung mit dem ”force_exp_sel”-Wert eingestellt werden.
Zu beachten ist, dass das Dekomprimiermodul sowie andere Module oder Elemente als eine beliebige Kombination aus Computer-Hardware und/oder Software eingerichtet werden können. Beispielsweise können die Funktionen als Computerbefehle eingerichtet werden, die in einer Verarbeitungseinrichtung abgearbeitet werden.
Wie erwähnt, steuert das Verstärkungssteuerungsmodul die Abschwächung sowohl des Puffers als auch des Dekomprimiermoduls. Es sei nun auf 8 verwiesen, in der ein Beispiel eines Verstärkungssteuerungsmoduls 800 beschrieben ist. Das Verstärkungssteuerungsmodul 800 umfasst eine Dezimiereinheit 802, ein Absolutwertermittlungsmodul 804, eine Spitzenwertüberwachungseinheit 806, ein Maximalspitzenwerterfassungsmodul 808, einen Zeitgeber 809, ein Entscheidungsmodul 810, ein Auswahl-(SEL)-Verzögerungsmodul 812 und ein Nulldurchgangserfassungsmodul 814. Wie gezeigt, sind diverse Knoten 816 mit Registern in einer ASIC-Speicherzuordnung verbunden, die diverse Werte speichern, die von der Einrichtung 800 gezeigt und verwendet werden.
Die Dezimiereinheit 802 dezimiert bzw. verringert die eintreffenden Abtastwerte nach der SINC-Filterung/Kalibrierung mit einem Faktor, beispielsweise einem Faktor 8. Dies bedeutet, dass die Abtastrate Fclk/8 beträgt, wobei Fclk die aktuell verwendete Taktfrequenz ist. Das Absolutwertermittelungsmodul 704 nimmt den Absolutwert des dezimierten Signals mit beispielsweise Fclk/8.
Die Spitzenwertüberwachungseinheit 806 verfolgt die Spitzenwerte in dem Signal. Dies wird in einem Aspekt mit einem Filter erster Ordnung mit zwei unterschiedlichen Koeffizienten bewerkstelligt. Ein Koeffizient wird für eine schnelle Verfolgung verwendet, wenn die Signale beginnen, größer zu werden, d. h., der Angriffskoeffizient bzw. Startkoeffizient (atc_coef). Und der andere Koeffizient wird verwendet, wenn das Signal kleiner wird, d. h., der Freigabelkoeffizient bzw. Beendigungskoeffizient (rel_coef). Diese beiden Filterkoeffizienten legen die Startzeit und die Freigabezeit für die Verstärkungsumschaltung fest. Sowohl der Startkoeffizient als auch der Freigabekoeffizient sind programmierbar.
Die Spitzenwertüberwachungseinheit 806 implementiert die folgenden Schritte und den logischen Ablauf für jeden Eingangswert X_abs mit beispielsweise Fclk/8, um eine Abschätzung von upper_peak(n) zu erhalten (wobei n die Zeitvariable, beispielsweise ausgedrückt in Taktperioden/8 ist).
Upper_peak(n) ist die Abschätzung des Spitzenwertes mit beispielsweise Fclk/8. Zu beachten ist, dass Sel(n) interpoliert wird, um für volle 8 Taktperioden gültig zu sein.
Das Nulldurchgangserfassungsmodul 814 hat einen Ausgang, der in einem Aspekt ein Flag bzw. eine Marke ist, das angibt, wann das Eingangssignal seine Polarität geändert hat (ein Nulldurchgang). Optional und wenn die Differenz des Signals sein Polarität geändert hat, wird dieses Merkmal durch Setzen eines Flags bzw. einer Marke agc_strategy aktiviert.
Die folgenden Schritt und der logische Ablauf werden für jeden Eingangsabtastwert X_d beispielsweise mit Fclk/8 ausgeführt:
Dabei ist ZeroFlag(n) der Ausgangswert, der einen Nulldurchgang angibt und Δpred ist eine programmierbare Konstante. Diese Konstante legt fest, für wie viele Fclk/8-Zyklen das Ereignis des Nulldurchgangs vorhergesagt werden sollte, d. h., wenn der Voreinstellungswert 2,5 verwendet wird, wird in den vorhergehenden Schritten eine Kompensation für eine Verzögerung der 20 Taktzyklen in dem digitalen Filter und in der Vorverarbeitung in den vorhergehenden Schritten ausgeführt.
Das Maximumspitzenwerterfassungsmodul 808 findet den maximalen Wert der Spitzenwertdetektorausgabe zwischen zwei Nulldurchgängen unter Anwendung des folgenden logischen Ablaufs für jeden Eingangswert X_abs mit beispielsweise Fclk/8, um eine Abschätzung von MaxPeak(n) vorzunehmen:
MaxPeak(n) ist die Abschätzung des größten Spitzenwerts innerhalb zweier Nulldurchgänge mit Fclk/8. ZeroFlag(n) wird ”interpoliert”, so dass es für volle 8 Taktperioden in diesem Beispiel gültig ist (einfaches Abtasten und Halten). Momentanwerte von MaxPeak und UpperPeak werden ausgelesen.
Der Zeitgeber 809 zählt die Anzahl von Fclk/8 nach jeder Verstärkungsänderung (einem Start oder einer Freigabe). Und der Zeitgeber 809 wird verwendet, um Verstärkungsänderungen unmittelbar nach Start/Freigabe zu verhindern. Der Zeitgeber 809 gibt ein Flag bzw. Marke aus, die angibt, dass Start/Freigabe zulässig ist. Start/Freigabe ist nur zulässig, wenn diese Marke auf wahr gesetzt ist. Auf diese Weise wird die minimale Zeitdauer zwischen Start/Freigabe gewährleistet. Die minimale Zeit wird durch die programmierbare Variable (min_clk8) in einem Beispiel festgelegt. Die Festlegung min_clk8 auf 0 zwingt die Vorrichtung 800 dazu, ein Minimum von beispielsweise 2048*8 Taktperioden zwischen jedem Start/Freigabe zu haben. Dies ist vorteilhaft, wenn die Verzögerung des Starts und der Freigabe kalibriert werden. Im hierin verwendeten Sinne bezeichnet ”Start bzw. Angriff” ein Eingangssignal, das von einem niedrigen Signalpegel auf einen hohen Signalpegel übergeht (beispielsweise durch Überschreiten eines Schwellenwerts). Im hierin verwendeten Sinne bezeichnet ”Freigabe bzw. Ende” ein Eingangssignal, das von einem hohen Signalpegel auf einen niedrigen Signalpegel (beispielsweise durch Unterschreiten eines Schwellenwerts) übergeht.
Das Entscheidungsmodul 810 trifft die Entscheidung, wenn der Eingangspuffer startet/freigegeben wird oder die Kondensatoren zugeschaltet/weggeschaltet werden. Das gleiche Sel(n)-Steuersignal wird an das Dekomprimiermodul (digitale Erweiterungseinheit) gesendet. Die Verstärkungsauswahlentscheidung wird in jedem Taktzyklus getroffen. Wie erwähnt, entspricht sel(n) in einem Beispiel 4 Werten und diese vier Werte entsprechen der Anzahl an AGC-Kondensatoren, die in der Schaltung geschaltet werden. Jeder sel(n)-Wert erzeugt damit eine vorbestimmte Verstärkung oder Abschwächung abhängig davon, ob er auf den Puffer oder das Dekomprimiermodul angewendet wird.
Die Verstärkungssteuerungsumschaltung wird nur bei einem Nulldurchgang durchgeführt, d. h., wenn das ZeroFlag(n) wahr ist.
In einem Aspekt wird ein ”Calib”-Registerwert verwendet, um die Vorrichtung in einen Kalibriermodus zu versetzen, in welchem die Verstärkungsumschaltung erzwungen wird.
In einem weiteren Aspekt und wenn max_peak ”upper_threshold bzw. oberen Schwellenwert” übersteigt, wird dann ein Start bzw. Angriff (Sel = Sel + 1) durchgeführt, ansonsten wenn upper_peak kleiner ist als lower_threshold bzw. unterer Schwellenwert, dann wird eine Freigabe (Sel = Sel – 1) durchgeführt. Sowohl ”upper_threshold” als auch ”lower_threshold” sind programmierbar.
Das sel-Verzögerungsmodul 812 verzögert die Verstärkungsänderung für das Dekomprimiermodul. Dies dient zur Handhabung der Verzögerung, die in dem Signalpfad von der Ausgabe des Steuersignals an den Puffer zu der Eingabe in das Dekomprimiermodul besteht. Der Verzögerungsparameter wird in Taktzyklen ausgedrückt. In einem Aspekt werden zwei Verzögerungsparameter (die als ”atc_del” und ”rel_del” bezeichnet werden) als Parametereingabe für dieses Element verwendet. In einem weiteren Aspekt wird eine beliebige nicht ganzzahlige Taktverzögerung kompensiert unter Verwendung von ”delta_clk_atc” und ”delta_clk_rel” in dem Dekomprimiermodul, wie dies hierin beschrieben ist.
Es sei nun auf 9 verwiesen, in der eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise des Betriebs des Entscheidungsmoduls 810 angegeben ist. Eine Entscheidung, ob die Verstärkung zu erhöhen oder zu verringern ist, wird auf der Grundlage der Eingabe getroffen: ZeroFlag, upper_peak, max_peak und TimerFlag.
Im Schritt 902 erfolgt eine Initialisierung und Sel = 0.
Im Schritt 904 folgt der Beginn. Im Schritt 906 wird ermittelt, ob die Zeitgebermarke bzw. TimerFlag wahr ist. Wenn die Antwort negativ ist, kehrt die Steuerung zum Schritt 904 zurück. Wenn die Antwort positiv ist, wird im Schritt 908 ermittelt, ob calib = 1 (Kalibrierung erforderlich) ist. Wenn die Antwort positiv ist, geht die Steuerung zum Schritt 916 weiter.
Im Schritt 916 wird, wenn sel = 1, dann sel auf 0 gesetzt, ansonsten wird sel auf 1 gesetzt und der Ablauf geht zum Schritt 904 zurück.
Wenn die Antwort im Schritt 908 negativ ist (keine Kalibrierung), wird ermittelt, ob zeroflag wahr ist. Wenn die Antwort negativ ist, kehrt der Steuerungsablauf zum Schritt 904 zurück. Wenn die Antwort positiv ist, zum Schritt 912, wenn calib = 2. Calib = 1 oder 2 entspricht unterschiedlichen Prüfmodi, wie in 9 gezeigt ist. Wenn die Antwort positiv ist, wird im Schritt 914 ermittelt, ob der obere Spitzenwert größer ist als der untere Schwellenwert und der Ablauf geht weiter zum Schritt 916.
Wenn die Antwort im Schritt 912 negativ ist, wird im Schritt 918 ermittelt, ob MaxPeak größer als der Schwellenwert ist.
Wenn die Antwort im Schritt 918 positiv ist, wird im Schritt 920 ermittelt, ob sel kleiner als die Anzahl an Abschwächungspegeln (beispielsweise die Anzahl an AGC-Kondensatoren, die in der Schaltung geschaltet werden) ist. Wenn die Antwort negativ ist, geht der Steuerungsablauf zum Schritt 904 zurück. Wenn die Antwort positiv ist, geht der Ablauf weiter zum Schritt 922, in welchem sel auf sel + 1 gesetzt wird und die Ausführung geht zum Schritt 904 zurück.
Wenn die Antwort im Schritt 918 negativ ist, wird im Schritt 924 ermittelt, ob UpperPeak größer als LowerThreshold bzw. der untere Schwellenwert ist. Wenn die Antwort negativ ist, wird zum Schritt 904 zurückgekehrt. Wenn positiv, wird im Schritt 926 ermittelt, ob sel == 0. Wenn die Antwort negativ ist, wird zum Schritt 904 zurückgekehrt. Wenn die Antwort positiv ist, dann gilt sel = sel – 1. Die Ausführung kehrt dann zum Schritt 904 zurück.
Zu beachten ist, dass Schritte 914 und 916 im Kalibriermodus ausgeführt werden, während die verbleibenden Schritte im normalen Betriebsmodus ausgeführt werden.
Es sei nun auf 10A und 10B verwiesen, in denen ein Beispiel einer Komprimiereinheit beschrieben ist, die mit einem Puffer verwendet wird. Ein Wandler 1002 ist mit den Kondensatoren 1004 (Cagc 1, 2 und 3) und einem Überwachungsverstärker 1008 verbunden. Diverse Schalter 1010 werden geöffnet und geschlossen, um das eintreffende Signal abzuschwächen, indem diverse Kondensatoren der agc-Kondensatoren 1012 in der Schaltung entsprechend zugeschaltet werden.
Die Verstärkung von Xin bis Xa wird durch die 6 Schalter 1010 und die 3 agc-Kondensatoren 1012 durchgängig gesteuert. Die Abschwächung wird durch die Abhängigkeit zwischen der parasitären Kapazität ”Cp”, der Mikrofonkapazität ”Cm” und den drei agc-Kondensatoren Cagc bestimmt.

Die Komprimiereinheit empfängt ein sel-Signal aus dem Verstärkungssteuerungsmodul und einige der Kondensatoren werden eingeschaltet und einige werden für die Verfolgung bzw. Überwachung verwendet:

2 und 3.	Sel = 0:	Sel = 1:	Sel = 2:	Sel = 3:
Abschwächung	0 dB	6 dB	12 dB	18 dB
Cagc eingeschaltet	keiner	Cagc-Nr. 1	Cagc-Nr. 1 und 2	Cagc-Nr. 1, 2 und 3
Cagc Überwachung	Cagc-Nr. 1, 2 und 3	Cagc-Nr. 2 und 3.	Cagc-Nr. 3	keiner

Die Verstärkung durch die Komprimiereinheit von Xin bis Xa wird durch die 6 Schalter 1010 und die 3 agc-Kondensatoren 1012 gesteuert. Jeder Kondensator 1012 wird sequentiell in der Schaltung zugeschaltet, was bedeutet, dass, wenn Sel = 1 gilt, nur der erste agc-Kondensator Cagc1 zugeschaltet wird, und wenn Sel = 3 gilt, werden dann alle drei agc-Kondensatoren (Cagc 1, 2 und 3) zugeschaltet.
In einem Aspekt werden die agc-Kondensatoren 1012 während des Prüfens eingestellt, so dass sie die korrekte Abschwächung von 6, 12 und 18 dB ergeben. In einem weiteren Aspekt wird nur eine Justierung unter Verwendung von Sel = 1 verwendet, da sorgsame Anpassung und Gestaltung zur Einstellung der anderen zwei AGC-Kondensatoren führt.
Beim normalen Betrieb werden die Schalter durch das Verstärkungssteuerungsmodul gesteuert, wie dies hierin beschrieben ist. Aber während der Justierung beeinflussen die folgenden Register/Speicherstellen den Komprimierblock und werden durch die Werte von bufi_agc_trim (beispielsweise 5 Bits) und force_agc_sel (3 Bits) gesteuert.
Bufi_agc-trim ändert die agc-Kondensatoren derart, dass sie an der Mikrofonkapazität angepasst sind, so dass sie 6 dB-Abschwächungsschritte haben. Force_agc_sel-Bits bringen die Komprimiereinheit dazu, eine der 3 Abschwächungen auszuwählen. Während der Justierung werden die force_exp_sel ebenfalls festgelegt, um die Erweiterungseinheit zu zwingen, eine festgelegte Verstärkung auszuwählen.
Der Überwachungsverstärker 1008 führt eine Vorladung der Kondensatoren 1012 aus, wenn sie nicht zugeschaltet sind, d. h., keine Abschwächung liefern. Auf diese Weise sollte keine Verteilung der Ladung zwischen agc-Kondensatoren 1012 und dem MEMS-Kondensator erfolgen, wenn die Einrichtung im Start- bzw. Angriffsmodus ist. Dies führt zu einem kontinuierlichen Signal ohne momentane Sprünge, das an dem Knoten Xin und damit durchgängig im Rest der analogen Signalkette in der Schaltung bereitgestellt wird.
Es sind hierin bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben, die auch die beste Art zur Ausführung der Erfindung miteinschließen, die den Erfindern bekannt ist. Es sollte beachtet werden, dass die dargestellten Ausführungsformen nur anschaulich sind und nicht als Beschränkung des Schutzbereichs der Erfindung betrachtet werden sollten.

Claims

Eine Vorrichtung, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Eingangspuffer, wobei der Eingangspuffer ausgebildet ist, analoge Eingangsdaten aus einem Wander zu empfangen und zu speichern, wobei der Eingangspuffer eine erste einstellbare Verstärkung aufweist und in dem analogen Bereich betrieben wird; einen Analog-Digital-Wandler, der mit dem Eingangspuffer verbunden ist, wobei der Analog-Digital-Wandler ausgebildet ist, die aus dem Eingangspuffer empfangenen analogen Eingangsdaten in digitale Daten umzuwandeln; ein Dekomprimiermodul, das mit Analog-Digital-Wandler verbunden ist, wobei das Dekomprimiermodul ausgebildet ist, in dem digitalen Bereich zu arbeiten, wobei das Dekomprimiermodul ausgebildet ist, die aus dem Analog-Digital-Wandler empfangenen digitalen Daten zu dekomprimieren, und wobei das Dekomprimiermodul eine zweite einstellbare Verstärkung hat und ein digitales Ausgangssignal erzeugt; ein Verstärkungssteuerungsmodul, das mit dem Eingangspuffer und dem Dekomprimiermodul verbunden ist, wobei das Verstärkungssteuerungsmodul ausgebildet zu ermitteln, wann Änderungen in der Charakteristik der analogen Eingangsdaten durch selektive Steuerung der ersten Verstärkung des Eingangspuffers in dem analogen Bereich und der zweiten Verstärkung des Dekomprimiermoduls in dem digitalen Bereich zu kompensieren sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei bei Erhöhung der ersten Verstärkung die zweite Verstärkung verkleinert wird und wobei bei Verkleinerung der ersten Verstärkung die zweite Verstärkung erhöht wird.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verstärkungssteuerungsmodul ferner ausgebildet ist, eine Signalstärke abzutasten.
Die Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Verstärkungssteuerungsmodul ferner ausgebildet ist zu ermitteln, ob die Signalstärke einen ersten vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
Die Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei in Reaktion darauf, dass ermittelt wird, dass die Signalstärke den ersten vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, das Verstärkungssteuerungsmodul ausgebildet ist, die erste Verstärkung zu verkleinern und die zweite zu erhöhen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Verstärkungssteuerungsmodul ferner ausgebildet ist zu ermitteln, ob die Signalstärke unterhalb eines zweiten vorbestimmten Schwellenwerts für eine vorbestimmte Zeitdauer liegt.
Die Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei in Reaktion darauf, dass ermittelt wird, dass die Signalstärke unter einem zweiten vorbestimmten Schwellenwert für eine vorbestimmte Zeitdauer liegt, das Verstärkungssteuerungsmodul ausgebildet ist, die erste Verstärkung zu erhöhen und die zweite zu verkleinern.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Verstärker aufweist, der ausgebildet ist, ein Signal zu verstärken.
Ein Verfahren, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen und Speichern von analogen Eingangsdaten aus einem Wandler und einem Eingangspuffer, wobei der Eingangspuffer eine erste einstellbare Verstärkung hat; Umwandeln der aus dem Eingangspuffer empfangenen analogen Eingangsdaten in digitale Daten; in einem Dekomprimiermodul, das ausgebildet ist, in dem digitalen Bereich zu arbeiten, wobei das Dekomprimiermodul eine zweite einstellbare Verstärkung hat, Dekomprimieren der digitalen Daten und Erzeugen eines digitalen Ausgangssignals; Ermitteln, wann Änderungen in der Charakteristik der analogen Eingangsdaten durch selektive Steuerung der ersten Verstärkung des Eingangspuffers und der zweiten Verstärkung des Dekomprimiermoduls zu kompensieren sind.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei bei Erhöhung der ersten Verstärkung die zweite Verstärkung verkleinert wird, und wobei bei Verkleinerung der ersten Verstärkung die zweite Verstärkung erhöht wird.
Das Verfahren nach Anspruch 9, das ferner Abtasten einer Signalstärke umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Ermitteln, ob die Signalstärke einen ersten vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
Das Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst: in Reaktion auf Ermittlung, dass die Signalstärke den ersten vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, Verkleinern der ersten Verstärkung und Erhöhen der zweiten.
Das Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Ermitteln, ob die Signalstärke unterhalb eines zweiten vorbestimmten Schwellenwerts für eine vorbestimmte Zeitdauer liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 14, das ferner umfasst: in Reaktion auf die Ermittlung, dass die Signalstärke unterhalb eines zweiten vorbestimmten Schwellenwerts für eine vorbestimmte Zeitdauer liegt, Erhöhen der ersten Verstärkung und Verkleinern der zweiten.
Das Verfahren nach Anspruch 9, das ferner Verstärken eines Signals umfasst.