用于聲換能器和環境傳感器組件的系統和方法

用于聲換能器和環境傳感器組件的系統和方法
【專利摘要】根據一個實施方式，換能器組件包括具有端口的電路板，設置在所述端口上方的蓋，設置在所述端口上方并且包括膜的聲換能器，以及在所述電路板處設置在所述端口中的環境換能器。該蓋包圍第一區域，并且該膜將端口從第一區域分開。其它實施方式包括相應的系統裝置和結構，各被配置成執行相應實施方式方法的動作或步驟。
【專利說明】
用于聲換能器和環境傳感器組件的系統和方法
技術領域
[0001 ]本發明一般涉及傳感器和換能器，并且，在【具體實施方式】中，涉及用于聲學換能器和環境傳感器組件的系統和方法。
【背景技術】
[0002]換能器從一個域到另一個域轉換信號，并且經常在傳感器中使用。在日常生活常看到的具有換能器的一種傳感器是將聲波轉換成電信號的麥克風。常見傳感器的另一個例子是溫度計。各種換能器存在，通過將溫度信號轉換成電信號充當溫度計。
[0003][基于微機電系統(MEMS)的傳感器包括使用微加工技術生產的換能器族。MEMS，諸如MEMS麥克風，通過測量換能器中物理狀態的變化并且將轉換的信號傳遞至連接到MEMS傳感器的處理電子產品來從環境收集信息。MEMS產品可以使用類似于用于集成電路的那些微加工制造技術來制造。
[0004]MEMS裝置可以被設計為充當，例如，振蕩器，諧振器，加速度器，陀螺儀，壓力傳感器，麥克風和微鏡。許多MEMS產品裝置使用電容感測技術以將物理現象轉換成電信號。在這樣的應用中，傳感器中的電容變化被轉換為使用接口電路的電壓信號。
[0005]—種這樣的電容式感測裝置是MEMS麥克風。MEMS麥克風通常具有可偏轉膜，其從剛性背板隔開一小段距離。響應于入射在膜上的聲壓波，它朝向或遠離背板偏轉，從而改變膜和背板之間的間隔距離。通常，膜和背板由導電材料制成并且形成電容器的“板”。因此，當分離膜和背板的距離響應于入射聲波變化時，產生“板”和電信號之間的電容變化。
[0006]MEMS麥克風經常使用在移動電子產品，如平板計算機或移動電話中。在一些應用中，可能希望增加這些MEMS麥克風的功能，以便提供額外的或改進的功能給包括MEMS麥克風的電子系統，如平板計算機或移動電話，例如。

【發明內容】

[0007]根據一個實施方式，換能器組件包括具有端口的電路板，設置在端口上方的蓋，設置在端口上方并且包括膜的聲學換能器，以及在電路板處設置在端口中的環境換能器。該蓋封閉第一區域，并且該膜將端口從第一區域分開。其它實施方式包括相應的系統，裝置和結構，每個均配置成執行相應實施方式方法的動作或步驟。
【附圖說明】
[0008]為了更完整的理解本發明，以及它們的優點，現在參考結合附圖理解的以下描述，其中:
[0009]圖1示出的實施方式換能器組件的系統框圖；
[0010]圖2a、2b、2c、2d、2e、2f和2g示出又一實施方式換能器組件的示意橫截面；
[0011]圖3示出的實施方式換能器系統的示意圖；
[0012]圖4a、4b、4c和4d中示出附加的實施方式換能器組件的示意性框圖；以及
[0013]圖5示出用于換能器系統的操作的實施方式方法的框圖。
[0014]對應的數字和符號在不同圖通常指代相應的部件，除非另有說明。附圖被繪制以清楚地說明實施方式的相關方面，并且不一定按比例繪制。
【具體實施方式】
[0015]各種實施方式的制造和使用在下面詳細討論。然而，應當理解，在此所描述的各種實施方式是適用于各種具體情況。所討論的具體實施方案僅僅是制造和使用各種實施方式的具體方式的說明，并且不應該被解釋在有限的范圍內。
[0016]說明是相對于各種實施方式在特定的情況，即聲和環境換能器，并且更具體地，MEMS換能器下進行的。本文中描述的某些實施方式包括MEMS換能器系統，MEMS麥克風系統，MEMS環境換能器，用于換能器和MEMS換能器系統的接口電路，以及包括聲和環境換能器的多個換能器系統。在其他實施方式，方面也可以被應用于涉及根據如本領域中已知的任何方式的任何類型的傳感器或換能器的其它應用。
[0017]電子產品的總體趨勢涉及增加功能的同時減少占用的空間。例如，移動電話的趨勢已經產生逐漸變薄的設備，同時具有增加的功能。根據各種實施方式，換能器組件包括聲換能器，環境換能器，以及耦合到在換能器組件內的聲換能器和環境換能器的共享集成電路(1C)。環境換能器可以是溫度傳感器，壓力傳感器，濕度傳感器或氣體傳感器等。該換能器組件可以包括多個各種環境換能器。此外，聲換能器和環境換能器兩者都被形成為使用微加工技術的MEMS換能器。在這樣的實施方式中，IC包含共享處理或接口塊并且換能器組件包括共享端口。因此，換能器組件可包括附加的功能同時實現在電子系統中的節省空間。
[0018]圖1示出包括MEMS麥克風102、環境傳感器(多個)104、專用集成電路(ASIC) 106以及具有端口 110的殼體108的實施方式換能器組件100的系統框圖。在各種實施方式，MEMS麥克風102和環境傳感器(多個)104借助環境耦合112通過殼體108中的共享端口被耦合到周圍環境。在各種實施方式中，MEMS麥克風102和環境傳感器(多個)104的定位和集成可以變化，如在下文參照其它附圖描述的。
[0019]在各種實施方式中，ASIC 106耦合到MEMS麥克風102和環境傳感器(多個)104。ASIC 106包括用于與MEMS麥克風102接合的專用麥克風電路和用于與環境傳感器104(多個)接合的專用傳感器電路。另外，ASIC 106包括用于MEMS麥克風102和環境傳感器(多個)104的共享電路部。在這種實施方式中，MEMS麥克風102，環境傳感器(多個)104和ASIC 106被耦合到共享電路板和由殼體108封閉。可以在電路板或在外殼108中形成端口 110。
[0020]根據不同實施方式，環境傳感器(多個)104包括多個環境傳感器，而環境傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器中任何一個，或者多個任何這樣的傳感器。在其他實施方式中，環境傳感器104只包括個環境傳感器。在一些實施方式中，MEMS麥克風102可以被實現為任何聲學MEMS換能器。例如，MEMS麥克風102可以是麥克風或微型揚聲器。在另一實施方式中，用于超聲應用，聲MEMS換能器可以同時用作揚聲器和麥克風。參考其它附圖在下文進一步描述各種實施方式的配置。
[0021]圖2a、2b、2c、2d、2e、2f和2g示出另外的實施方式換能器組件的橫截面。圖2a示出了包括MEMS麥克風122、環境傳感器124、ASIC 126、蓋128、電路板129和端口結構132的換能器組件120a。根據各種實施方式，MEMS麥克風122和環境傳感器124被耦合到ASIC 126，該ASIC 126包括用于MEMS麥克風122和環境傳感器124的共享電路元件和專用電路元件。
[0022]在各種實施方式中，電路板129包括端口 130。在電路板129中的端口 130和端口結構132允許環境信號的傳輸通過到達MEMS麥克風122和環境傳感器124。環境信號可包括通過諸如空氣的流體介質傳播的信號，流體介質的溫度信號，流體介質的壓力信號，涉及到流體介質的濕度信號，以及流體介質中的氣體的化學信號。因此，端口 130和端口結構132允許流體信號從周圍環境傳輸到MEMS麥克風122和環境傳感器124。對應于這樣的環境信號，環境傳感器124包括溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器或氣體傳感器，例如一氧化碳傳感器，在各種實施方式中。在一些實施方式中，環境傳感器124包括多個任何這樣的傳感器。例如，環境傳感器124可以包括溫度傳感器和濕度傳感器。在另一實例中，環境傳感器124可以包括壓力傳感器和溫度傳感器。
[0023]參考圖4a_4d在下文進一步描述各種配置。在各種實施方式中，溫度傳感器可被放置在ASIC 126的基板中或ASIC 126的表面上。例如，溫度傳感器可被包括作為多晶硅電阻器或熱電偶。在一些實施方式中，可以存在熱力學優勢，如果傳感器在表面處。在一些實施方式中，環境傳感器124可以包括多個例如形成在MEMS麥克風122和ASIC126中的溫度傳感器，例如。壓力傳感器也可被集成在CMOS，并且單獨地安裝在電路板129上或者集成在ASIC126中。濕度傳感器也可被集成在ASIC 126中。在圖2a所示的【具體實施方式】中，環境傳感器124可以包括例如任何這樣的傳感器，并且在端口 130中形成或附接到電路板129。
[0024]在各種實施方式中，MEMS麥克風122包括膜140、背板142和空腔144 JEMS麥克風122的膜140將由蓋子128和電路板129封閉的空間或區域從通過端口 130和端口結構132可用的周圍環境分開。在這樣的實施方式中，聲信號通過端口結構132和端口 130傳播進入MEMS麥克風122中的空腔144。這樣的聲信號引起膜140偏轉，這導致MEMS麥克風122基于入射的聲信號產生轉換的電信號。
[0025]如在圖2a中所示的換能器組件120a包括在端口 130中被嵌入電路板129中的環境傳感器124。因此，以與聲信號可用于MEMS麥克風122相同的方式，環境信號通過端口 130和端口結構132可用于環境傳感器124。在一些實施方式中，環境傳感器124可以形成為電路板129的一部分。在另一個實施方式中，環境傳感器124例如使用膠或導電膠被附接到電路板129”
[0026]在各種實施方式中，電路板129是印刷電路板(PCB)，其包括在PCB中互連導電線路。互連導電線路如由互連導電線路134所示將環境傳感器124與ASIC 126耦合。MEMS麥克風122還通過PCB中的互連導電線路(未示出)被耦合到ASICl 26。
[0027]在各種實施方式中，端口結構132對應于包括換能器組件(120a_120f)的裝置、殼體或外殼。例如，換能器組件(120a-120f)可以被包括在移動電話中。端口結構132可以是移動電話外殼的將換能器組件(120A-120F)耦合到周圍環境的部分。在一些實施方式中，換能器組件(120A-120F)可以被包括在平板電腦或注入汽車的較大電子系統的部分中。
[0028]圖2b示出了換能器組件120b。根據一些實施方式，環境傳感器124在MEMS麥克風122的空腔144中被形成或放置在電路板129上。如上所述，以聲信號可用于MEMS麥克風122相同的方式，環境信號通過端口結構132和端口 130可用于環境傳感器124。在一些實施方式中，環境傳感器124可以形成為電路板129的一部分。在另一實施方式，環境傳感器124例如使用膠或導電膠被附接到電路板129，。在這樣的實施方式中，環境傳感器124可以與ASIC126或MEMS麥克風122相同的方式被附連到電路板129。
[0029]圖2c示出了換能器組件120c。根據一些實施方式，環境傳感器124在端口結構132中被形成或放置在電路板129的底側中或上。以與聲信號可用于MEMS麥克風122相同的方式，環境信號通過端口結構132可用于環境傳感器124。在一些實施方式中，環境傳感器124可以形成為電路板129的一部分。在另一實施方式中，環境傳感器124例如使用膠或導電膠被附接到電路板129。
[0030]根據各種實施方式，換能器組件120c還可以包括在端口結構132上的屏障136。在這樣的實施方式，屏障136可以實現防水或防塵和顆粒保護。屏障136可以由聚合物形成的網。在替代實施方式中，屏障136是金屬或半導體材料制成的網。在各種不同的實施方案中，屏障136可以是透氣的和不透水的。在一個具體的實施方式中，屏障136是不透液體和透氣的。例如，阻擋層136可以防止灰塵、顆粒和水進入端口結構132，同時允許空氣或氣體進入端口結構132以便環境傳感器124和MEMS麥克風122被感測。在進一步的實施方式中，屏障136可以是微穿孔的穿孔的。在一替代實施方式中，屏障136為不透液體、不透氣體，并且對于聲信號或壓力信號可偏轉的。在這樣的實施方式中，屏障136偏轉并傳送入射的壓力波，諸如聲信號或壓力變化，通過到MEMS麥克風122和環境傳感器124而不允許流體介質傳送。在各種實施方式中，屏障136也可以被包括在換能器組件120a-120f中的任一個內。
[0031]圖2d示出了換能器組件120d。根據一些實施方式，環境傳感器124鄰近MEMS麥克風122被形成或放置在電路板129的頂側中或上并且由蓋128和電路板129封閉。在這種實施方式中，膜140將由蓋128和電路板129所封閉的空間或區域從通過端口結構132和端口 130可用的周圍環境分開。因此，環境傳感器124被形成在封閉空間或區域中并通過膜140從周圍環境分開。
[0032]根據各種實施方式，MEMS麥克風122包括聲旁通閥138，用于均衡跨膜140的壓力。旁通閥138可以具有低通濾波器特性，以允許低頻壓力的變化而跨膜140進行均衡。在這種實施方式中，環境傳感器124通過旁通閥138接收環境信號，盡管其被膜140從周圍環境分開。由環境傳感器124測得的環境信號由于旁通閥138可被延遲。在各種實施方式中，旁通閥138可以被形成在電路板129或MEMS麥克風122的結構中。例如，旁通閥138可形成為電路板129中從MEMS麥克風122分隔開的閥結構。在另一個例子中，旁通閥138被直接形成在MEMS麥克風122的膜140中。
[0033]圖2e示出了換能器組件120e。根據一些實施方式，環境傳感器124被集成在ASIC126中。在這種實施方式中，ASIC 126和環境傳感器124被形成在相同微制造模具上并且附接到電路板129。在一個替代實施方式中，ASIC 126和環境傳感器124被形成在單獨的微制造模具并設置在電路板129上作為模堆疊。如參考圖2d的換能器組件120d在上文所描述的，換能器組件120e可以包括旁通閥138，其允許來自周圍環境的環境信號傳輸到環境傳感器124。
[0034]圖2f示出傳感器組件120f。根據一些實施方式，環境傳感器124被集成在MEMS麥克風122中。在這樣的實施方式中，MEMS麥克風122和環境傳感器124被形成在相同的微制造模具上并且附連到電路板129。在上文參考圖2d的換能器組件120d所描述的，換能器組件120f可包括旁通閥138，其允許來自周圍環境的環境信號傳輸到環境傳感器124。
[0035]圖2g示出換能器組件120g。根據一些可替代實施方式，端口130和端口結構132可形成在蓋子128中，而不是電路板129中。換能器組件120g包括環境傳感器124其被形成或者放置于電路板129的頂側中或上。在其它實施方式中，環境傳感器124可以如參照圖2a-2f中的任一個在上描述的被形成或放置，其中端口 130形成于蓋128中。另外，在一些實施方式中空腔144可被擴展為具有較大的背部容積(未示出)。在一些實施方式中，屏障或防水網也可以被包括在端口結構132上或中，如參照屏障136在上描述的。
[0036]參照圖2a_2g，共用編號的元件的描述適用于具有共用附圖標記的每個元件。因此，為簡便起見，不重復對于每個圖2a_2g的每個共用編號元件的描述。盡管圖2a_2g參照MEMS麥克風122被描述，在一些實施方式MEMS微型揚聲器也可以被實施代替或與MEMS麥克風122結合。此外，在【具體實施方式】中，任何換能器組件2a-2g可以包括多個具有圖2a-2g所示的構造中的任一構造的環境傳感器。因此，各種實施方式可以包括本文所描述的實施方式的任何組合。
[0037]圖3示出實施方式換能器系統200的示意圖，該換能器系統包括MEMS麥克風202、環境傳感器204_l-204_n、放大器206_l-206_m、溫度傳感器208、偏置和參考電路212、多路轉換器214、模數轉換器(ADC)216、ADC 218、狀態機220、數據緩沖器222、串行器224、校正數據存儲器226和接口電路228。根據各種實施方式，換能器系統200被包含在單個換能器組件中，諸如在上文參考圖1和圖2a-2g描述的，并且可以實施在具有電路元件的第一微制造模具和具有傳感器元件的第二微制造模具上。一些傳感器元件可以被形成在與電路元件相同的微制造模具上。在各種不同的實施方式中，一些電路塊由環境傳感器204_l-204_r^PMEMS麥克風202共享。
[0038]根據各種實施方式，端口210允許來自周圍環境的環境信號傳輸到環境傳感器204_l-204_n、MEMS麥克風202和溫度傳感器208。換能器系統200可以包括環境傳感器204_l_204_n的任何數量η。在只包括單個環境傳感器204_1的實施方式中，其它環境傳感器和相應的放大器206_2-206_(m-l)被省略。放大器206_l-206_m被耦合到傳感器204_1-204_11和MEMS麥克風202并且放大來自傳感器204_l-204_r^PMEMS麥克風202的轉換信號。換能器系統200可以包括放大器206_1-206_111的任何數m。例如，m可以被設置為等于n+1，以提供針對每個環境傳感器204_l-204_r^PMEMS麥克風202的放大器。在其他實施方式，放大器206_1被耦合到多路轉換器214的輸出，并且放大器206_2-206_(m-l)被省略。在這樣的實施方式中，在來自環境傳感器204_l-204_n的多路復用信號之后執行放大。
[0039]根據各種實施方式，多路轉換器214從環境傳感器204_l-204_n接收轉換和放大的信號，以及來自溫度傳感器208的轉換的溫度信號。在替代的實施方式中，溫度傳感器208也可以省略。多路轉換器214接收從狀態機220的選擇信號以便選擇來自環境傳感器204_1_204_n和溫度傳感器208的信號中的一個信號，并輸出選擇的信號到ADC216JDC218還接收來自MEMS麥克風202和放大器206_m的轉換和放大的信號。ADC 216和ADC 218都將轉換的模擬信號轉換成數字信號。ADC 216提供數字輸出信號到數據緩沖器222，該數據緩沖器與接口電路228接合。在一些實施方式，數據緩沖器222可以是先進先出(FIFO)緩沖器。同樣地，ADC 218提供數字輸出信號到串行器224，其也與接口電路228接合。在一些實施方式中，串行器224可以具有脈沖密度調制(PDM)的串行數據流排列數字數據。在各種不同的實施方式中，其它的接口方法可以被使用在ADC 216和ADC 218與接口電路228之間。
[0040]在各種實施方式中，接口電路228可包括任何數目的串行或并行接口。例如，具有數據線DATA和獨立的同步時鐘線CLK的串行接口被示出。接口電路228可以從環境傳感器204_l-204_n和溫度傳感器208輸出數據到第一處理電路(未示出)，并且可以從MEMS麥克風202輸出數據到第二處理電路(未示出)。例如，第一處理電路可以是一個環境監控和處理電路，而第二處理電路可以是音頻處理電路，例如CODEC(編解碼器)。在其他實施方式中，單個處理電路，諸如數字信號處理器(DSP)，可以處理環境信號與聲信號。
[0041]在各種實施方式中，狀態機220提供選擇信號給多路轉換器214，提供控制信號給數據緩沖器222，以及提供偏置和參考控制BRCTL給偏置和參考電路212。校準數據存儲器226是存儲用于校準換能器系統200的校準數據的內存塊。校準數據存儲器226可以被實現為非易失性存儲器(NVM)塊。在各種實施方式中，校正數據存儲器226與狀態機220和接口電路228通信校準數據。環境傳感器204_l-204_n可使用來自接口電路228、校準數據226和狀態機220的同步時鐘線CLK和數據線DATA被配置。在這種實施方式中，換能器系統200可以在不同的操作模式，如斷電、低功耗、高數據速率、低數據速率、單次測量，或其他操作下操作。同步時鐘線CLK和數據線DATA可被用于指定在這樣的實施方案中的操作模式。
[0042]根據不同實施方式，環境傳感器204_l-204_n、MEMS麥克風202、ADC 216和ADC 218共享偏置和參考電路212、狀態機220、校準數據存儲器226和接口電路228。此外，溫度傳感器208和環境傳感器204_l-204_n共享ADC 216和數據緩沖器222。這可能導致對于實施方式換能器系統200的降低的空間使用。在一些實施方式中，ADC 216和ADC 218被保持分開以允許在MEMS麥克風202中相比于環境傳感器204_l-204_n和溫度傳感器208更高的數據速率。在其他實施方式中，MEMS麥克風202和放大器206_m還可以耦合到多路轉換器214，并且ADC218可被省略，從而進一步節省空間。在另一實施方式中，來自放大器206_m的模擬輸出信號可以被提供作為換能器系統200的輸出。在這樣的實施方式中，ADC 218和串行器224可被省略。在一些實施方式中，換能器系統200可以包括除了數字接口的模擬輸出。
[0043]圖4a、4b、4c和4d示出具有實施方式傳感器配置的附加的實施方式換能器組件150a、150b、150c和150d的概略框圖。圖4a示出了包括MEMS麥克風152和附連到電路板156的ASIC 154的換能器組件150a。根據各種實施方式，ASIC 154包括環境傳感器158、壓力傳感器162、傳感器電路164和麥克風電路160 JEMS麥克風152通過電路板156被耦合到ASIC154。在這樣的實施方式中，環境傳感器158和壓力傳感器162單片集成在ASIC 154中，其具有麥克風電路160和傳感器電路164。例如，環境傳感器158如參照圖2e的環境傳感器124在上所述的被實現。
[0044]根據各種實施方式，傳感器電路164包括由環境傳感器158和壓力傳感器162共享的電路塊。另外，MEMS麥克風152也可以從傳感器電路164共享電路塊。麥克風電路160包括專用于MEMS麥克風152并且不被共享的電路塊。在各種不同的實施方式中，環境傳感器158可以包括濕度傳感器或氣體傳感器，例如。在其他實施方式中，環境傳感器158是溫度傳感器。
[0045]圖4b示出了包括MEMS麥克風170和附連到電路板156的ASIC166的換能器組件150b。根據各個實施方式，環境傳感器168鄰近MEMS麥克風170，在其下方，或者與其成一體。在這樣的實施方式，MEMS麥克風170和環境傳感器168鄰近共享端口位于電路板156中。例如，如參考圖2a，2b，2c，2d和2f的環境傳感器124在上描述的，環境傳感器168可以被實現。ASIC 166包括麥克風電路160、單片集成的壓力傳感器162和傳感器電路164。在各種實施方式中，環境傳感器168可以包括例如濕度傳感器或氣體傳感器。在其他實施方式中，環境傳感器168是溫度傳感器。
[0046]圖4c示出了包括MEMS麥克風170、ASIC 172和附連到電路板156的壓力傳感器174的換能器組件150c。根據各個實施方式，壓力傳感器174被形成為單獨的微制造模具并且附連到電路板156。在這樣的實施方式，壓力傳感器174、MEMS麥克風170和環境傳感器168鄰近共享端口位于電路板156中。ASIC 172包括麥克風電路160和傳感器電路164。
[0047]圖4d示出了包括MEMS麥克風170、ASIC 172和附連到電路板156的壓力傳感器174的換能器組件150d。根據各種實施方式，換能器組件150d類似于換能器組件150c，添加有溫度傳感器176、178、180和182。在一些實施方式中，任何數量的溫度傳感器可以被包括，并且溫度傳感器176、178、180和182中的一些可以省略。例如，在一個實施方式中，ASIC 172中的溫度傳感器180和在MEMS麥克風170中的溫度傳感器176被包括，而壓力傳感器174中的溫度傳感器178和電路板156上的溫度傳感器182被省略。溫度傳感器176、178和180可以是分別與MEMS麥克風170、壓力傳感器174和ASIC 172單片集成的形成在微制造模具中的溫度傳感器。
[0048]在各種實施方式中，眾多環境傳感器與聲換能器的配置和集成是可能的。例如，多個環境傳感器可以被使用并且集成在ASIC中，集成在MEMS麥克風中，或分別附連到在MEMS麥克風下方或鄰近MEMS麥克風的共享電路板。在其它實施方式中，除了或代替MEMS麥克風，MEMS微型揚聲器被使用。為簡明起見，針對圖4a-4d中每個，每個共同編號元件的描述不再重復，因為每個描述均適用于具有共同附圖標記的每個元件。
[0049]圖5示出用于換能器系統的操作方法300的實施方式的框圖。根據各種實施方式，操作方法300是操作換能器系統的方法，包括步驟302、304、306、308和310。步驟302包括在聲換能器中將聲信號轉換成第一模擬電信號。步驟304包括在多個環境傳感器中將多個環境信號轉換為多個模擬電信號。在各種實施方式中，在步驟302和304之后，步驟306包括在第一模數轉換器(ADC)將第一模擬電信號轉換成第一數字信號。在其他實施方式中，步驟306可與第一ADC—起被省略。在這樣的實施方式中，第一模擬電信號可以是模擬輸出。例如，該轉換的聲信號可以被放大并且作為放大的模擬信號被輸出到處理裝置，而無需數字轉換。步驟308包括在多路轉換器選擇多個模擬電信號中的一個模擬電信號。步驟310包括在第二 ADC將一個模擬電信號轉換為第二數字信號。第一和第二數字信號然后可以通過接口電路被提供給應用處理器或數字信號處理器(DSP)。在省略步驟306的實施方式中，第一模擬電信號可以第二數字信號一起輸出，從而提供模擬聲輸出信號和數字環境輸出信號。多路轉換器可以從多個模擬電信號中選擇不同的信號以隨著時間的過去從多個環境傳感器循環信號。在其他實施方式中，步驟306可被省略。在這樣的實施方式中，輸出包括模擬聲信號和一個或多個環境信號的數字表不。
[0050]根據一個實施方式，換能器組件包括具有端口的電路板、設置在端口上方的蓋，設置在端口上方并且包括膜的聲換能器，以及在電路板處設置在端口中的環境換能器。該蓋封閉第一區域，并且該膜將端口從第一區域分開。其它實施方式包括相應的系統、裝置和結構，每個均配置成執行相應方法的實施方式的動作或步驟。
[0051]在各種實施方式中，環境換能器可以在電路板的頂側被設置在聲換能器的空腔中。在其他實施方式中，環境換能器可以設置在電路板中。在一些實施方式中，換能器組件還包括耦合到電路板的殼體結構，其中端口通過殼體結構中的開口與周圍環境流體耦合。在這樣的實施方式中，換能器組件還可以包括布置在殼體結構的開口中位于端口和周圍環境之間的保護結構。在一些實施方式中該保護結構包括水不可滲透的網。
[0052]在各種實施方式中，換能器組件還包括設置在電路板上并耦合至聲換能器和環境換能器的集成電路。該集成電路可以包括耦合到聲換能器和環境換能器的共享電路塊以及只耦合到聲換能器的專用電路塊。在一些實施方式中，環境換能器包括多個環境換能器。環境換能器可以包括從包括濕度傳感器，壓力傳感器，溫度傳感器和氣體傳感器的組中選擇的傳感器。
[0053]根據一個實施方式，換能器系統包括與外部端口流體連通的聲換能器，多個與外部端口流體連通的環境傳感器，耦合到聲換能器的模擬放大器，第一模數轉換器(ADC)以及具有多個輸入和輸出的多路轉換器。多個輸入被分別耦合到多個環境換能器，并且輸出耦合到第一 ADC。其它實施方式包括相應的系統裝置和結構，每個均配置成執行相應實施方式的方法的動作或步驟。
[0054]在各種實施方式中，換能器系統還包括耦合到模擬放大器的第二ADC。該換能器系統可進一步包括耦合到聲換能器和多個環境換能器的單個參考電壓電路。在一些實施方式中，第一ADC、第二ADC、多路轉換器和單個參考電壓電路形成在同一集成電路上。在這樣的實施方式中，多個環境換能器的環境換能器可在同一集成電路上形成。
[0055]在各種實施方式中，換能器系統還包括接口電路，其中接口電路被構造為由模擬放大器輸出模擬聲信號，并從第一ADC輸出數字環境信號。在一些實施方式中，聲換能器包括MEMS麥克風。多個環境換能器中的每一個環境換能器包括從包括微制造濕度傳感器、微制造壓力傳感器、微制造溫度傳感器和微制造氣體傳感器組中選擇的傳感器。
[0056]在各種實施例中，換能器系統還包括印刷電路板(PCB)，其中PCB包括形成在PCB上與外部端口流體連通的端口，并且聲換能器被布置在PCB中的端口上方。在一些實施方案中，多個環境換能器的中環境換能器被直接附連到PCB。在一個具體的實施方案中，多個環境換能器中的環境換能器在PCB的端口中被直接附連至PCB。在進一步的實施方案中，多個環境換能器中的環境換能器被集成在聲換能器中。
[0057]根據一個實施方式，操作換能器系統的方法包括在聲換能器中將聲信號轉換成第一模擬電信號，在多個環境換能器中將多個環境信號轉換為多個模擬電信號，在多路轉換器中選擇多個模擬電信號中的一個模擬電信號，以及在第一模數轉換器(ADC)中將一個模擬電信號轉換成第一數字信號。其它實施方式包括相應的系統、裝置和結構，各被配置成執行相應實施方式的方法的動作或步驟。
[0058]在各種實施方式中，該方法還包括在第二ADC中將第一模擬電信號轉換為第二數字信號。在其他實施方式中，該方法進一步包括在模擬輸出提供第一模擬電信號，并在數字輸出提供第一數字信號。在一些實施方式中，轉換多個環境信號包括從包括濕度信號、壓力信號、溫度信號和氣體信號的組感測多個環境信號，并基于多個環境信號產生多個模擬電信號。
[0059]在各種實施方式中，該方法進一步包括通過共享端口接收聲信號和多個環境信號。該方法可進一步包括放大第一模擬電信號和多個模擬電信號。在一些實施方式中，該方法進一步包括利用共享接口集成電路中的偏置電路來偏置聲換能器和多個環境換能器。
[0060]根據一個實施方式，換能器組件包括電路板，設置在電路板上的蓋，形成在電路板或蓋子中的端口，設置在電路板上并且包括膜的聲換能器，以及設置在電路板上的集成電路管芯(integrated circuit die)。該膜通過端口與周圍環境流體連通。在這種實施方式中，集成電路芯片包括形成在集成電路管芯中的環境換能器，耦合到環境換能器和聲換能器的共享接口電路，以及僅耦合到聲換能器的聲電路。環境換能器通過端口與周圍環境流體連通。其它實施方式包括相應的系統、裝置和結構，各被配置成執行相應實施方式的方法的動作或步驟。
[0061 ] 在各種實施方式中，環境傳感器包括壓力傳感器。環境傳感器可以進一步包括溫度傳感器、濕度傳感器或氣體傳感器。在一些實施方式中，換能器組件還包括設置在端口和周圍環境之間的保護結構。保護結構可包括水不可滲透的網。
[0062]根據本文所述的各種實施方式，優點可以包括連同換能器系統中的附加功能的節省空間。在一些實施方式中，多個換能器共享在相應的ASIC中的電路塊，從而導致半導體空間節省。在各種實施方式中，多個換能器被封裝在單個換能器組件中，并共享包中的公共端口，從而導致電路板節省空間，并減少與多個端口相關聯的包裝努力。在各種實施方式中，傳感器共享包的開口以及在裝置中的開口，裝置為諸如電話、平板電腦或其他裝置。這樣的實施方式的優點可以包括減小空間成本并且提高了裝置的穩健性。例如，共享的開口可以是對于防水裝置特別有利的。
[0063]雖然本發明已經被描述參照說明性的實施方式，但是該描述并非旨在以限制性的來解釋。說明性實施方式的各種修改和組合，以及本發明的其他實施方式，將是顯而易見的對于本領域的技術人員。因此，旨在所附權利要求涵蓋任何這種修改或實施方式。
【主權項】
1.一種換能器組件，包括: 電路板，其包括端口； 設置在所述端口上方的蓋，其中所述蓋包圍第一區域； 設置在所述端口上方并且包括膜的聲換能器，其中所述膜將所述端口從所述第一區域分離；以及 在所述電路板處設置在所述端口中的環境換能器。2.根據權利要求1所述的換能器組件，其中所述環境換能器在所述電路板的頂側被設置在所述聲換能器的空腔中。3.根據權利要求1所述的換能器組件，其中所述環境換能器被設置在所述電路板中。4.根據權利要求1所述的換能器組件，還包括耦合到所述電路板的殼體結構，其中所述端口通過在所述殼體結構中的開口與周圍環境流體耦合。5.根據權利要求4所述的換能器組件，還包括布置在所述殼體結構的所述開口中位于所述端口和所述周圍環境之間的保護結構。6.根據權利要求5所述的換能器組件，其中所述保護結構包括網，其中所述網是不透水的。7.根據權利要求1所述的換能器組件，還包括設置在所述電路板上并耦合至所述聲換能器和所述環境換能器的集成電路。8.根據權利要求7所述的換能器組件，其中所述集成電路包括: 耦合到所述聲換能器和所述環境換能器兩者的共享電路塊;和 僅耦合到所述聲換能器的專用電路塊。9.根據權利要求1所述的換能器組件，其中所述環境換能器包括多個環境換能器。10.根據權利要求1所述的換能器組件，其中所述環境換能器包括從包括濕度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器和氣體傳感器的組中選擇的傳感器。11.一種換能器系統，包括: 與外部端口流體連通的聲換能器； 與所述外部端口流體連通的多個環境換能器； 耦合到所述聲換能器的模擬放大器； 第一模數轉換器(ADC);以及 具有多個輸入和一個輸出的多路轉換器，其中所述多個輸入分別耦合到所述多個環境換能器，并且所述輸出耦合到所述第一 ADC。12.根據權利要求11所述的換能器系統，還包括耦合到所述模擬放大器的第二ADC。13.根據權利要求12所述的換能器系統，還包括耦合至所述聲換能器和所述多個環境換能器的單個參考電壓電路。14.根據權利要求13所述的換能器系統，其中所述第一ADC、所述第二 ADC、所述多路轉換器和所述單個參考電壓電路被形成在同一集成電路上。15.根據權利要求14所述的換能器系統，其中所述多個環境換能器中的環境換能器被形成在同一集成電路上。16.根據權利要求11所述的換能器系統，還包括接口電路，其中所述接口電路被配置成從所述模擬放大器輸出模擬聲信號，并且從所述第一 ADC輸出數字環境信號。17.根據權利要求11所述的換能器系統，其中所述聲換能器包括MEMS麥克風。18.根據權利要求11所述的換能器系統，其中所述多個環境換能器中的每個環境換能器包括從包括微制造濕度傳感器、微制造壓力傳感器、微制造溫度傳感器和微制造氣體傳感器的組中選擇的傳感器。19.根據權利要求11所述的換能器系統，還包括印刷電路板(PCB)，其中 所述PCB包括形成在所述PCB中與所述外部端口流體連通的端口，并且 所述聲換能器被設置在所述PCB中的所述端口上方。20.根據權利要求19所述的換能器系統，其中所述多個環境換能器中的環境換能器被直接附連到所述PCB。21.根據權利要求20所述的換能器系統，其中所述多個環境換能器中的環境換能器在所述PCB的所述端口中被直接附連到所述PCB。22.根據權利要求19所述的換能器系統，其中所述多個環境換能器中的環境換能器被集成在所述聲換能器中。23.一種操作換能器系統的方法，其中所述方法包括: 在聲換能器中將聲信號轉換成第一模擬電信號； 在多個環境換能器中將多個環境信號轉換成多個模擬電信號； 在多路轉換器中從所述多個模擬電信號中選擇一個模擬電信號；以及 在第一模數轉換器(ADC)中將所述一個模擬電信號轉換成第一數字信號。24.根據權利要求23所述的方法，還包括在第二ADC中將所述第一模擬電信號轉換為第二數字信號。25.根據權利要求23所述的方法，還包括: 在模擬輸出處提供所述第一模擬電信號;和 在數字輸出處提供所述第一數字信號。26.根據權利要求23所述的方法，其中轉換多個環境信號包括: 從包括濕度信號、壓力信號、溫度信號和氣體信號的組中感測多個環境信號;和 基于所述多個環境信號產生所述多個模擬電信號。27.根據權利要求23所述的方法，還包括通過共享端口接收所述聲信號與所述多個環境信號。28.根據權利要求23所述的方法，還包括放大所述第一模擬電信號和所述多個模擬電信號。29.根據權利要求23所述的方法，還包括通過在共享接口集成電路中的偏置電路來偏置所述聲換能器和所述多個環境換能器。30.—種換能器組件，包括: 電路板； 設置在所述電路板上的蓋； 形成在所述電路板或所述蓋中的端口； 設置在所述電路板上并且包括膜的聲換能器，其中所述膜通過所述端口與周圍環境流體連通；以及 設置在所述電路板上的集成電路管芯，其中所述集成電路管芯包括: 形成在所述集成電路管芯中的環境換能器，其中所述環境換能器通過所述端口與周圍環境流體連通， 耦合到所述環境換能器和所述聲換能器的共享接口電路，和 僅耦合到所述聲換能器的聲電路。31.根據權利要求30所述的換能器組件，其中所述環境換能器包括壓力傳感器。32.根據權利要求31所述的換能器組件，其中所述環境換能器還包括溫度傳感器、濕度傳感器或氣體傳感器。33.根據權利要求30所述的換能器組件，還包括布置在所述端口和所述周圍環境之間的保護結構。34.根據權利要求33所述的換能器組件，其中所述保護結構包括網，其中所述網是不透水的。
【文檔編號】H04R19/04GK105992116SQ201610154241
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月17日
【發明人】A·寇佩茲, R·黑爾姆, C·曼德爾, A·沃瑟, A·韋斯鮑爾
【申請人】英飛凌科技股份有限公司