用于高輸入電容信號放大器的系統和方法與流程

本發明總體涉及半導體電路和方法，更具體地，涉及用于低失真電容信號源的放大器。

背景技術：
音頻麥克風通常用于各種消費者應用中，例如，移動電話、數字錄音機、個人計算機和電話會議系統。特別地，批量生產的成本敏感應用中使用低成本駐極體電容傳聲器（ECM）。ECM麥克風通常包括安裝在具有聲孔和電輸出端的小封裝內的駐極體材料薄膜。駐極體材料粘貼在隔膜上，或本身構成隔膜。大多數ECM麥克風還包括與目標應用，例如，移動電話內的音頻前端放大器對接的前置放大器。另一種麥克風是微電子機械系統（MEMS）麥克風，可實施為直接蝕刻在集成電路上的壓敏隔膜。環境聲壓級跨越非常大的動態范圍。例如，人類聽覺的閾值約為0dBSPL，談話的聲音約為60dBSPL，而50m之外的噴氣式飛機的聲音約為140dBSPL。麥克風（例如，MEMS麥克風）的隔膜能承受高強度聲信號，并精確地將這些高強度聲信號轉換為電子信號，但對這種高電平信號的處理較為困難。例如，優化許多音頻麥克風放大器和前置放大器，以用于一個特定動態范圍。由此，這些系統可能無法在不產生嚴重失真的情況下處理整個音頻范圍。

技術實現要素：
根據實施方式，一種方法包括：確定電容信號源提供的輸入信號的振幅；基于確定的振幅在模擬域內壓縮輸入信號，以形成壓縮模擬信號；將壓縮模擬信號轉換為壓縮數字信號；以及，在數字域內解壓數字信號，以形成解壓數字信號。在實施方式中，壓縮模擬信號包括調整與電容信號源耦合的放大器的第一增益，解壓數字信號包括調整數字處理塊的第二增益。下文中的附圖和說明對本發明的一個或多個實施方式的細節進行了闡述。根據說明書、附圖以及權利要求，本發明的其他特征、目標和優點將是顯而易見的。附圖說明為了更完整地理解本發明及其優點，現在將結合附圖進行以下說明，在附圖中：圖1a至圖1e示出了根據本發明實施方式的放大器集成電路；圖2a至圖2c示出了根據另一實施方式的示例性放大器集成電路；圖3a至圖3c示出了示例性過零檢測器、示例性峰值檢測器和示例性時序圖；圖4a至圖4d示出了示例性增益控制曲線；以及圖5示出了示例性封裝麥克風系統。不同圖中的對應數字和符號基本表示對應部分，除非另有說明。繪制附圖的目的在于明確示出優選實施方式的相關方面，其并不一定按比例繪制。為了更明確地示出特定實施方式，圖號后可能會添加表示相同結構、材料或過程步驟的變化的字母。具體實施方式下文將對當前優選實施方式的制造和使用進行詳細說明。但是，應理解的是，本發明提供的多個適用概念可在各種特定環境下實施。所述特定實施方式僅為制造和使用本發明的特定方式的舉例說明，并不限定本發明的范圍。下文將就特定環境下的實施方式，即，用于諸如MEMS的電容信號源或駐極體電容傳聲器（ECM）的放大器對本發明進行說明。但是，本發明還可用于其他類型的電路和系統，例如，音頻系統、通信系統、傳感器系統和連接到高阻抗信號源的其他系統。在實施方式中，通過在模擬域中壓縮電容信號源的輸出信號，對壓縮信號進行模數轉換，隨后在數字域中解壓信號，放大器可保持諸如麥克風的電容信號源的較大動態范圍。通過進行壓縮和解壓，電容傳感器或麥克風的總靈敏度可在其整個輸出范圍內保持恒定。例如，在某些實施方式中，可達到140dBSPL的高聲信號，同時將系統的總諧波失真保持在10%以下。在某些實施方式中，通過衰減電容信號源的輸出信號而實現電容信號源的輸出信號的壓縮。在某些實施方式中，可實施前端衰減的控制和實施，例如，如2011年8月25日提交的名稱為“用于低失真電容信號源放大器的系統和方法”的共同待決申請13/217,890所述。該申請的全部內容通過引用結合于此。例如，在一個實施方式中，可通過調整耦合至輸入放大器（耦合至電容信號源的輸出端）的輸入端的阻抗而對信號進行衰減。可通過控制耦合至放大器的輸入端的電容而調整輸入電平。在另一個實施方式中，可通過控制耦合至放大器的輸入端的電阻而調整輸入電平，使高通網絡可調。可替代地，可在放大器的輸入端使用其他阻抗類型。在另外的實施方式中，可通過調整電容傳感器的兩個板之間的電壓而控制輸入電平，從而調整電容傳感器本身的聲信號到電信號的增益。在某些實施方式中，使用峰值檢測器在放大級的輸出端感應麥克風或電容傳感器的信號電平。隨后調整輸入信號的振幅，直到放大級的輸出小于峰值檢測器確定的峰值。在某些實施方式中，過零檢測器檢測到輸入信號或放大輸入信號的AC過零時調整輸入信號的振幅。可替代地，可使用其他電平或功率傳感系統、電路或方法，例如，RMS或平均功率電平檢測器。圖1a示出了示例性放大器集成電路（IC）100，其被配置為耦合至MEMS麥克風102，MEMS麥克風102用虛線示出，以表示麥克風102并不一定包括在IC100上。在某些實施方式中，麥克風102還可包括在IC100上，或包括在收容在同一封裝內的單獨模子（die）上。在替代實施方式中，可使用諸如ECM麥克風的其他麥克風類型，或其他類型的電容傳感器電路，代替MEMS麥克風102。IC100具有可變增益放大器106、模數轉換器（A/D）108、可變數字增益塊110、信號檢測和電平自適應塊112、數字接口114和偏壓發生器104。可變增益放大器106具有放大MEMS麥克風102的輸出的一個或多個級，MEMS麥克風102通過輸入引腳（pad）116耦接至IC100。在某些實施方式中，可實施可變增益放大器106的一部分，例如，如于2011年7月14日提交的名稱為“用于電容信號源放大器的系統和方法”的共同待決申請13/183,193所述。該申請的全部內容通過引用結合于此。可替代地，可根據本領域中已知的技術實施可變增益放大器106。在一個實施方式中，數字接口114向輸出引腳118輸出麥克風信號的位流或脈沖寬度調制表示。附加地和/或可替代地，向輸出接口提供數字增益塊110的多位輸出，并/或將其在內部使用。在一個實施方式中，信號檢測和電平自適應塊112測量可變增益放大器106的輸出端的振幅，并將增益控制信號GC1和GC2作為測量振幅的函數而對其進行計算。可替代地，信號檢測和電平自適應塊112可測量放大器106的信號輸入的振幅。在某些實施方式中，響應于電容信號源或麥 克風102輸出的振幅增加，信號檢測和電平自適應塊112減少可變增益放大器106的增益。信號檢測和電平自適應塊112通過GC1減少可變增益放大器106的增益時，可變數字增益塊110的增益相應增加。通過響應于可變增益放大器106的增益減少而相應增加數字增益塊110的增益，麥克風系統的靈敏度在非常大的動態范圍內都為線性。在某些實施方式中，對于達到預定閾值的輸入電平，可變增益放大器106的增益和數字增益塊110的增益固定。超過該閾值時，壓縮被應用于可變增益放大器106，擴展被應用于數字增益塊110。在一個實施方式中，該閾值被設定為約115dBSPL。可替代地，可采用其他閾值。在某些實施方式中，設置該閾值，以使用盡可能多的A/D轉換器108的輸入動態范圍，但不會對高信號電平下的A/D轉換器108的輸入進行限幅，和/或在高輸入電平下造成過大音頻失真。在替代實施方式中，或在替代模式下，信號檢測和電平自適應塊112可被配置為在低輸入電平下在可變增益放大器106提供信號放大，并在數字增益塊110提供壓縮，以進一步減少ADC的噪聲貢獻，并降低關于面積和電流消耗方面的系統設計要求。例如，通過允許電容輸入源102的噪聲貢獻，在較低輸入電平下使用越高的增益削弱模數轉換器108的噪聲貢獻，可變增益放大器106的輸入級變得越重要，從而降低較低輸入電平下的輸入相關噪聲電平。在實施方式中，可使用諸如西格瑪-德爾塔A/D轉換器的音頻過采樣數據轉換器實施模數轉換器108。可替代地，可使用其他模數轉換器架構。在一個實施方式中，模數轉換器108具有約1MHz至約4MHz的采樣率，使用抽取濾波器，采樣率降低到約8.33kHz至約33.33kHz。數字接口114在約1MHz至約4MHz的頻率下提供位流或脈沖寬度調制輸出。在替代實施方式中，還可采用這些范圍之外的采樣率。數字輸出118可用于驅動這些電路（包括，但不限于）：抽取濾波器和其他后處理塊。在使用MEMS麥克風的某些實施方式中，偏壓發生器104為麥克風102本身在引腳117提供偏壓。在某些實施方式中，根據特定麥克風和系 統實施方式，該偏壓可在約3V和約16V之間。可替代地，可采用其他電壓范圍。如果麥克風或傳感器102不要求有偏壓，或在其他位置提供所需偏壓，可省略偏壓發生器104。應進一步理解的是，可使用替代實施方式中的一個以上的部件和/或一個以上的IC實施IC100上的部件。圖1b示出了信號檢測和電平自適應塊112的示例性實施。峰值檢測器122檢測可變增益放大器106的輸出端的峰值信號，控制器124根據峰值檢測器122的輸出經由增益控制信號GC1控制可變增益放大器106的增益，并經由增益控制信號GC2控制數字增益塊110的增益。可使用數字字、脈沖調制信號或模擬信號（例如，電流或電壓）實施增益控制信號GC1。增益控制信號GC2實施為（例如）數字字或脈沖調制數字信號。圖1c示出了根據本發明實施方式的可變增益放大器106。可變增益放大器106包括放大器128前面的衰減器126。在實施方式中，可使用可選擇電容器陣列、可選擇電阻器陣列或其他有源或無源衰減器結構實施衰減器126。在實施方式中，可選擇電阻器陣列可用于轉換電高通轉移函數的轉角頻率，以提供可調衰減，其中，較低轉角頻率為電容傳感器的電容和IC100的輸入阻抗的函數。放大器128將單端輸入信號127轉換為差分輸出信號Vp和Vn。可使用共同待決申請13/183,193和13/217,890所述的電路，或使用本領域中已知的其他放大器結構實施衰減器126和放大器128。可替代地，放大器128的增益還可由增益控制信號GC1控制。圖1d示出了用于在輸入端實施可變增益的替代電路。此處，增益控制信號GC1控制偏壓發生器132，偏壓發生器132向耦接放大器134的MEMS麥克風102提供偏壓。在某些實施方式中，MEMS麥克風102的增益與提供的偏壓成正比。通過響應檢測的峰值信號電壓而改變偏壓，電容傳感器的靈敏度改變，導致改變了放大器108的輸入端的信號電平。可使用電荷泵前面的數模轉換器（如共同待決申請13/217,890所述）或使用本領域中已知的其他電路、系統或技術實施可變電壓偏壓發生器132。圖1e示出了數字增益塊110和數字接口114的示例實施方式。可使用數字濾波器140和增益系數選擇塊142實施數字增益塊110。在一個實施方式中，數字低通濾波器140接收模數轉換器108的單個位輸出，執行數字低通濾波函數，并生成N位濾波數字輸出信號。可替代地，數字濾波器140可實施任何其他濾波函數，包括但不限于，帶通和高通濾波函數。在一個實施方式中，數字濾波器140生成8位信號；然而，也可采用其他分辨率。根據特定應用及其規格，數字濾波器140可實施為有限脈沖響應（FIR）濾波器、無限脈沖響應（IIR）或其他數字濾波器類型。增益系數塊142根據增益控制信號GC2選擇濾波系數，例如，z域濾波系數。在一個實施方式中，數字低通濾波器140為具有可調轉移函數144和約1MHz和約4MHz之間的采樣率的二階濾波器。可替代地，也可使用其他濾波器階數、采樣率和轉移函數。數字低通濾波器140還可包括用于A/D轉換器108的抽取濾波器。在實施方式中，使用數字噪音整形器146實施數字接口114。可使用諸如具有約1MHz和約4MHz之間的采樣率的5階反饋結構的西格瑪-德爾塔（∑-△）D/A實施數字噪音整形器146。可替代地，還可使用其他結構。在實施方式中，數字增益塊110和數字接口114被配置為具有比模數轉換器108低的噪底。在某些實施方式中，該噪底至少比模數轉換器108的噪底低20dB；但是，根據特定應用及其規格，可使用其他余量。圖2a示出了根據本發明實施方式的IC200。在某些實施方式中，可使用IC200的部件實施圖1a所示的IC100的功能。在實施方式中，IC200經由放大器輸入腳244和偏壓腳248連接到MEMS麥克風202或其他類型的電容傳感器。可使用衰減器272、前置放大器206和放大器208實施可變增益放大器278。放大器208對放大器206的輸出端進行單端到差分的轉換。通過將放大器206的單端輸出轉換為差分信號，生成的信號更難受到干擾，例如，電源干擾的影響。在放大器206已經生成差分輸出信號的實施方式中，放大器208可省略。正峰值檢測器210和負峰值檢測器212 分別由放大器208的輸出端260和262驅動。在實施方式中，正負峰值檢測器210和212將其峰值保持有限的一段時間，例如，約10μs至約1ms。毫無疑問，也可將峰值保持該范圍之外的其他時間段。可替代地，正負峰值檢測器210和212可具有差分輸入，代替單端輸入。在實施方式中，由使用（例如）可選擇電容器和輸入電阻器的可選擇輸入阻抗或輸入信號分離器實施衰減器272。解碼器270基于數字信號256生成衰減器272的開關選擇信號，在某些實施方式中，還可用于改變放大器206的增益。可替代地，可使用其他衰減器結構。放大器206的輸入可由電壓源231和串聯電阻器233代表的偏壓發生器235偏壓。在實施方式中，可使用本領域中已知的偏壓技術實施該偏壓發生器。過零檢測器214耦接至放大器206的輸出端。在實施方式中，過零檢測器214的輸出用于確保衰減器的開關設置或信號增益僅在檢測到過零時變化，從而減少改變輸入衰減器設置期間的可聞失真。可替代地，過零檢測器214的輸入端可耦接到信號鏈中的其他點，例如，到差分轉換器208的單端的輸出端。在本發明的另外的替代實施方式中，過零檢測器214可省略。差分比較器216將正峰值檢測器210和負峰值檢測器212與固定閾值Vnmax和Vlmin相比較。在實施方式中，這些固定閾值被設定為與約114dBSPL和約118dBSPL之間的等量輸入壓力對應。這些閾值的絕對值取決于麥克風的靈敏度、封裝特性、偏壓條件和其他因素。可替代地，可使用與其他聲壓范圍對應的閾值。還可使用可調閾值提供可調或可變換增益曲線。在實施方式中，所述系統可被配置為通過引入第二差分閾值電平提供增加的增益，以降低聲壓電平。此處，放大器增益增加，使信號始終高于 第一閾值電平但低于第二閾值電平。在一個實例中，較低閾值電平可被設定為與約-15dBFS的ADC輸出電平對應，較高閾值電平可被設定為與約-12dBFS的ADC輸出電平對應。根據特定系統、其規格和ADC的特定設計，可使用其他閾值電平。可使用施密特觸發器實施比較器216，但是，在替代實施方式中，可使用其他比較器類型。在圖2a所示的實施方式中，使用差分實施方式實施比較器216，其中，將到差分轉換塊208的單端的差分輸出直接與正峰值檢測器210中存儲的最大正差分信號和負峰值檢測器212中存儲的最大負差分信號相比較。比較器216的輸出生成峰值檢測信號264，其通過“與”門222與過零檢測器的輸出進行“與”運算。應理解的是，邏輯門222為可以本領域中已知的各種方式實施的邏輯函數的舉例說明。“與”門的輸出（代表在檢測的過零區的檢測峰值）被耦接到加法/減法計數器224的輸入端。在實施方式中，如有檢測峰值，加法/減法計數器224遞增，如無檢測峰值，加法/減法計數器224遞減。加法/減法計數器的遞減下降到限定限值（與衰減器272被配置為不提供衰減的情況對應）。如果比較器216始終指示輸入信號低于閾值電平，則實現這一點。在某些實施方式中，倒計數所需的時間大于正計數。在實施方式中，正計數率和倒計數率可編程。正計數率和倒計數率可選擇為在不產生可聞偽聲的范圍內的值。例如，在某些實施方式中，所述正計數率和倒計數率被選擇為約50Hz和200Hz之間。可替代地，可使用該范圍之外的其他正計數率和倒計數率。查找表（LUT）226被耦接到加法/減法計數器的輸出端。在實施方式中，LUT226輸出n位數字字256，所述n位數字字256由解碼器270和數字解壓塊276解碼。在實施方式中，n位數字字256為8位；然而，根 據特定實施方式及其規格，可使用其他位寬度。可替代地，LUT226可輸出對解碼器270和數字解壓塊276具有不同位寬度的兩個單獨字。可使用西格瑪-德爾塔A/D轉換器實施A/D轉換器274，可使用數字噪音整形器前面的可調系數數字濾波器實施數字解壓塊276，如上文中圖1e的實施方式所述。可替代地，可使用其他轉換器和可變增益架構。在實施方式中，數字解壓塊276向輸出腳280提供單個位位流輸出。在實施方式中，電壓源236、電阻器238和低通濾波器240代表的偏壓發生器234在引腳248上輸出用于麥克風202的偏壓。可使用（例如）電荷泵和/或本領域中已知的其他技術實施偏壓發生器234。在實施方式中，在衰減器設置變化期間，對轉角頻率為mHz至Hz范圍的低通濾波器通過開關242進行分路。對低通濾波器240進行分路使麥克風202的偏壓在衰減器272的設置變化之后快速穩定。圖2b示出與電容信號源202有關的放大器206和208的示例實施方式。MEMS裝置202耦接至第一級放大器206，第一級放大器206進一步耦接至第二級208。衰減器272與第一級放大器206的輸入端244并聯耦合。第一級放大器206具有基于晶體管M1和電容器C11和C22的增益增強源跟隨電路，第二級放大器208具有電容反饋配置方式的全差分放大器260。MEMS裝置202通過電壓源Vmic、麥克風電容Cmic和寄生電容Cp建模。在實施方式中，MEMS裝置202由與電阻器RB串聯的電壓源VB偏壓，電阻器RB的電阻在GΩ范圍內。電阻器RB和電容器C22形成對來自電壓源VB的噪聲進行濾波的低通濾波器。可替代地，根據特定系統及其規格，RB可采用較低電阻值。在實施方式中，偏壓裝置VB、RB、第一級206和第二級208設置在同一集成電路（IC）200上，MEMS麥克風202經由連接墊244和248連接到IC200。可替代地，MEMS麥克風202還可設置在與第一級206 和第二級208相同的IC200上，這種情況下，MEMS麥克風202的端子可在內部耦接至第一級206和偏壓電阻器RB。在實施方式中，MEMS麥克風202的一個端子耦接至晶體管M1的門，另一個端子耦接至電容器C11和C22和電阻器RB。晶體管M1與電容器C11和C22的組合形成增益增強源跟隨電路。在施方式中，M1被配置為源跟隨或電壓跟隨裝置，其中，晶體管M1的柵極上的信號在晶體管M1的源極緩沖。由于晶體管M1的柵極與晶體管M1的源極之間存在最小相移，晶體管M1對電壓Vmic具有增強效果。在實施方式中，第一級206相對于Vmic的增益約為G1=1+C11/C22，忽略Cmic、寄生電容Cp、M1的跨導和其他寄生分量的影響。在實施方式中，G1被設定為在約0dB和約20dB之間。可替代地，根據特定系統及其規格，G1可采用其他值。在實施方式中，M1經由電流源IB在閾下范圍內偏壓，以減少熱噪聲和閃變噪聲。在某些實施方式中，在閾下范圍內對M1進行偏壓在電流消耗與熱/閃變噪聲之間提供了良好平衡。另外，裝置M1設有較大面積，以進一步減少閃變噪聲。在實施方式中，第二級208包括差分放大器260，電容器C3P、C3N、C4P和C4N形成電容反饋網絡。第二級208的電壓增益為約C3/C4。在實施方式中，第二級208的增益被設在約0dB和約20dB之間；然而，還可使用該范圍之外的增益。使用高電阻反饋電阻器RFB對放大器260的輸入進行偏壓。在某些實施方式中，電阻器RFB處于GΩ范圍內。可替代地，根據特定應用及其規格，可使用較低電阻值。在一個實施方式中，使用串聯耦合的二極管接法MOS實施電阻器RFB。通過使用二極管接法晶體管，如果放大器260的輸入偏壓開始偏移，二極管接法晶體管導電，從而使臨時DC反饋通路將放大器260的輸入保持在適當偏壓下。在實施方式中，放大器260實施為具有共模反饋的全差分運算跨導放大器（OTA），但是，在替代實施方式中，可使用其他放大器架構，包括但不限于對稱放大器、折疊共源共柵放大器、儀表放大器和米勒放大器。在實施方式中，由于與端子248和244上的輸入信號同相的第一級206的輸出端的C11的相反端的驅動實現了較低阻抗，電容器尺寸Cmic的影響與放大器電路內存在的電容器相比大大降低。輸入轉角頻率可通過在M1的柵極對偏壓網絡建模的電容Cmic和附加輸入電阻Ri限定。在實施方式中，Ri在約10GΩ和約1TΩ之間。可替代地，Ri還可處于該范圍之外。在某些實施方式中，圖2b所示的實施方式可實現具有較小傳感器電容值的良好噪聲特性。在一個實施方式中，Cmic的值約為3.3pF，第一級放大器206的增益為約1，第二級放大器208的增益為約5，3dB低轉角頻率約為20Hz，3dB高轉角頻率約為100kHz。此處，輸出負載電容器CL限制了放大器208的帶寬，可作為連接到第二級208的輸出端的A/D轉換器274（圖2a）的抗混疊濾波器。在替代實施方式中，對于高帶寬系統，或不要求進行濾波的系統，上轉角頻率可高得多，例如，200kHz。在實施方式中，可通過增加C3P和C3N減少第二級208的熱噪聲。由于第二級208由第一級206緩沖，電容C3P和C3N的增加不直接加載MEMS麥克風202的輸出。在某些實施方式中，所述電路可被配置為使得第一級206實現最大增益，例如，6dB，第二級208用于進行信號模式轉換，例如，將單端信號轉換為差分信號。第二級208還可用于靈敏度自適應，因為第一級206可能無法單獨提供30dB。圖2c示出了放大器206和208的另一個實施方式，其中，增益控制信號GC1通過調整C11、C22和/或Ri的值控制放大器206的增益。圖3a示出了可用于實施圖2a中的過零檢測器214的示例性過零電路300。過零電路300的輸入信號用與DC電壓源303串聯的AC電壓源301代表。低通濾波器302對輸入信號進行濾波，求和點306從輸入信號的未濾波版本中減去低通濾波輸入信號。在實施方式中，低通濾波器302的轉角頻率在約1mHz和約10Hz之間的范圍。可替代地，根據特定應用及其規格，可使用其他轉角頻率。低通濾波器302和306的組合起高通網絡的作用，高通網絡可過濾DC偏壓以及低頻漂移。比較器304將求和點的輸出與地電壓或基準電壓相比較。Vsig改變極性時，由此激活信號Zdet。在實施方式中，可使用本領域中已知的電路拓撲結構實施過零檢測器。在某些實施方式中，使用施密特觸發器實施比較器304。圖3b示出了可用于實施圖2a中的峰值檢測器210和212的示例性峰值檢測電路310。使用在相位為期間起作用的開關312在電容器314上對輸入電壓Vin進行采樣。緩沖在電容器314上采樣的電壓的放大器316的輸出經由開關318在電容器320上采樣。比較器322將緩沖放大器316的輸出與電容器320上的采樣電壓相比較，以提供峰值電壓V輸出峰值。在相位為期間，對比較器322進行采樣，在相位和比較器322的輸出V輸出峰值均為正值時，開關318起作用。在實施方式中，可使用（例如）本領域中已知的開關電容器電路技術實施電路310。圖3c示出了非重疊相位和的示例性時序圖。在實施方式中，可使用本領域中已知的技術產生相位和。圖4a至圖4d示出了可使用示例性系統，例如，圖1a所示的100和圖2a所示的系統200實施的示例性增益曲線。圖4a示出了示例性增益電平對聲級輸入的圖示。曲線402表示輸入可變增益放大器的增益，曲線404表示數字增益塊的增益。虛線406表示閾值電平，若超過閾值電平，對輸入可變增益放大器進行壓縮，對數字增益塊進行解壓。根據圖4a，對于達到約115dBSPL的輸入聲壓級，輸入可變增益放大器被設定為具有約10dB的增益，數字增益塊被設定為具有約-20dB的增益。在該聲壓級以上 時，輸入聲壓級每增加1dB，將輸入可變增益放大器的增益減少1dB。由此，超過閾值406時，輸入聲壓級每增加1dB，數字解壓塊的增益增加1dB。應理解的是，圖4a的解壓曲線僅為多種可能增益曲線的一個示例。在本發明的替代實施方式中，根據使用的特定麥克風或電容傳感器，初始增益和閾值可有所不同。圖4b示出了對94dBSPL下的靈敏度為-36dBV的MEMS麥克風施加圖4a的增益曲線時產生的系統靈敏度。曲線410表示dB全刻度（FS）下的系統靈敏度對輸入聲壓級。如從圖4a可以看出的，在對前端施加10dB增益，對A/D轉換器后面的數字增益控制塊施加-20dB增益的范圍內，94dBSPL下的系統總靈敏度約為-46dBFS。圖4c示出了根據一個替代實施方式的增益電平對聲級輸入的圖示。曲線414表示輸入可變增益放大器的增益，曲線412表示數字增益塊的增益。根據圖4c，隨著輸入聲壓級降低（向下擴展到較低輸入電平），所述輸入可變增益放大器提供增加的增益，而數字增益塊隨著輸入聲壓級的降低提供對應減少的增益。圖4d中的曲線416表示與圖4c中的增益曲線對應的系統增益響應。在實施方式中，如果低輸入電平下的增加增益（稱為可變增益放大器的輸入）可降低A/D轉換器的噪聲，或者，如果達到相同噪聲電平，ADC的較高噪聲貢獻可能導致ADC的面積較小，電流消耗較少。在本發明的某些實施方式中，各個增益曲線可選擇或可編程，以支持不同麥克風和不同聲環境。例如，在一個實施方式中，圖4a和4c所示的增益曲線可選擇性地在相同系統中實施。在另外的實施方式中，增益曲線可使用多個區域。例如，輸入放大器可具有增益根據輸入振幅或聲壓級的降低而增加的低振幅區域、增益恒定的中振幅區域，以及增益根據輸入振幅的增加而減少的高輸入壓縮區域。在該實施方式中，數字增益塊可具有隨著輸入增益曲線的對應增加而增加的補充增益曲線。在另一個實施方式 中，可變增益輸入放大器增益曲線可與數字增益塊不匹配，以提供進行壓縮和/或解壓的生成的系統增益曲線。圖5示出示例性封裝麥克風放大系統500，其包括經由焊線510耦接至示例性麥克風接口模子516的MEMS麥克風模子514。麥克風接口模子516可包括如上述實施方式所述的電路。在一個實施方式中，麥克風接口模子516的位流輸出通過焊線512耦接至引線框和/或封裝引腳508。MEMS麥克風模子514和麥克風接口模子516設置在襯底506上，襯底506上安裝有外殼502。聲孔504使聲能到達MEMS麥克風模子514。在替代實施方式中，MEMS麥克風模子514和麥克風接口模子516可在單個模子上實施。根據實施方式，一種方法包括：確定電容信號源提供的輸入信號的振幅；基于確定的振幅在模擬域內壓縮輸入信號，以形成壓縮模擬信號；將壓縮模擬信號轉換為壓縮數字信號；以及，在數字域內解壓數字信號，以形成解壓數字信號。在實施方式中，壓縮模擬信號包括調整耦接至電容信號源的放大器的第一增益，解壓數字信號包括調整數字處理塊的第二增益。在某些實施方式中，調整放大器的第一增益包括調整耦接至電容信號源的輸出端的可控阻抗。在實施方式中，調整放大器的第一增益包括將第一增益設定為與確定的振幅成反比，調整數字信號處理塊的第二增益包括將第二增益設定為與確定的振幅成正比。如果確定的振幅小于第一閾值振幅，放大器的第一增益和數字信號處理塊的第二增益可恒定。在某些實施方式中，調整放大器的第一增益包括將第一增益設定為與高于第一閾值振幅的確定的振幅成反比，調整數字信號處理塊的第二增益包括將第二增益設定為與高于第一閾值振幅的確定的振幅成正比。在實施方式中，所述數字信號處理塊包括數字濾波器，調整第二增益包括調整數字濾波器的濾波系數。在實施方式中，所述方法可進一步包括： 將解壓信號轉換為單個位流信號。這可包括使用數字噪音整形器。在某些實施方式中，確定輸入信號的振幅包括放大或緩沖電容信號源提供的信號以形成放大信號，以及檢測放大信號的峰值電壓。根據另一實施方式，用于放大電容信號源提供的信號的系統包括可變增益放大器、模數轉換器、數字增益塊和增益控制電路。可變增益放大器包括被配置為耦接至電容信號源的輸入節點。模數轉換器耦接至可變增益放大器的輸出端，所述數字增益塊耦接至模數轉換器的輸出端。增益控制塊被配置為測量耦接至可變增益放大器的模擬信號的振幅，根據第一增益函數調整可變增益放大器的第一增益，并根據第二增益函數調整數字增益塊的第二增益。在某些實施方式中，可變增益放大器包括可變增益放大器的增益小于一的增益設置。在實施方式中，第一增益函數將第一增益限定為與電容信號源提供的信號的振幅成反比的值，第二增益函數將第二增益限定為與電容信號源提供的信號的振幅成正比的值。在另一實施方式中，第一增益函數將第一增益限定為與高于第一閾值的電容信號源提供的信號的振幅成反比，所述第二增益函數將第二增益限定為與高于第一閾值的電容信號源提供的信號的振幅成正比。第一增益函數可進一步將第一增益限定為第一閾值以下的恒量，第二增益函數可進一步將第二增益限定為第一閾值以下的恒量。在某些實施方式中，所述系統還包括電容信號源，其可為MEMS麥克風或其他類型的麥克風。在某些實施方式中，所述系統還包括耦接到數字增益塊的輸出端的數字噪音整形器。數字噪音整形器可包括一位的位流輸出。在某些實施方式中，數字增益塊包括數字濾波器，增益控制電路被配置為通過調整數字濾波器的濾波系數而調整第二增益。在實施方式中，可變增益放大器、模數轉換器和增益控制電路設置在集成電路上。根據另一實施方式，用于放大電容信號源提供的信號的集成電路，包括：信號放大器，具有被配置為耦接至電容信號源的輸入節點；峰值檢測 器，耦接至信號放大器的輸出端；增益控制器，耦接至峰值檢測器的輸出端，以及可控衰減電路，耦接至信號放大器的輸入節點和增益控制器的第一增益控制信號。在某些實施方式中，信號放大器可具有小于一的增益。所述集成電路進一步包括：模數轉換器，耦接至信號放大器的輸出端；數字濾波器，耦接至模數轉換器的輸出端，以及增益系數控制塊，耦接至數字濾波器，耦合增益控制器的第二增益控制信號。所述增益控制器可被配置為響應于電容信號源的振幅增加，增加可控衰減電路的衰減或減少信號放大器的增益，并響應于電容信號源的振幅增加，增加數字濾波器的增益。可用西格瑪-德爾塔模數轉換器實施模數轉換器。在實施方式中，增益控制器被配置為在位于電容信號源的輸出端的信號高于第一閾值振幅時增加可控衰減電路的衰減并增加數字濾波器的增益。在實施方式中，可控衰減電路包括：多個電容器；以及多個開關，耦接在多個電容器與信號放大器的輸入端之間，使多個開關可由增益控制器控制。在某些實施方式中，可控衰減電路包括信號放大器的可控輸入阻抗。示例性系統的優點包括在不向系統中引入高非線性的情況下處理高聲輸入信號。例如，在一個實施方式中，對于聲輸入電平為140dBSPL的MEMS麥克風可實現小于10%的總諧波失真（THD）。示例性系統的另一個優點包括在不消耗大量電流和硅面積的情況下具有非常高的同等動態范圍。由于高輸入電平由于前端放大器的信號壓縮而沒有達到A/D轉換器的輸入，對于較低聲輸入電平，模數轉換器的設計可優化。通過在較低輸入電平下提供較高增益，可在低輸入電平下實現良好噪聲特性，其中主要噪聲來源為麥克風和輸入放大器。盡管已經參照示例性實施方式對本發明進行了描述，但該描述并非旨在被理解為具有限制性。本領域的技術人員參照本描述，對本發明的示例性實施方式以及其他實施方式進行各種修改和組合將是顯而易見的。因此，旨在所附權利要求包含任何這種變型或實施方式。