[发明专利]工作于极低电源电压电流模前馈自动增益控制电路

说明书

技术领域

本发明涉及麦克风传感器技术领域，涉及高精度的适用于微声电系统(MEMS)麦克风传感器的读出电路芯片，是数字助听器麦克风读出电路芯片的自动增益控制电路。

背景技术

随着微声电系统(MEMS)技术的不断进步，微声电助听器麦克风传感器应运而生，它具有体积小、功耗低、失真小和抗噪声能力强等优点，其所对应的读出电路成为工业界研究的热点。

这种传感器通常可等效为一个较为理想的电压源：理想电压源串上一个很小的电阻。但麦克风微机电传感器输出的信号非常微弱，一般仅在μV～mV量级之间，这对读出电路的设计提出了非常苛刻的要求。读出电路的噪声水平和精度决定了其所能检测的最小信号幅度，低噪声和高精度的读出电路设计成为了实现高精度的关键，尤其在数字麦克风极低的电源电压情况下。

目前国际上麦克风读出电路的自动增益控制设计主要可分为模拟反馈控制运放前向开环增益，即模拟反馈控制运放偏置电流(参考：琼斯，马丁内斯：“一种CMOS助听器”，模拟集成电路和信号处理，21，163-172(1999)；贝克：‘一种针对仿真耳的低功耗单环和双环自动增益控制’，固态电路，SC-41(9)，pp.1983-1996，2006)和模拟反馈控制可控MOS管等效电阻的栅源电压(参考：霍曼：“一种低噪声CMOS自动增益控制技术”，固态电路，SC-27(7)，pp.974-981，1992；金淑永：“一种亚1V数字助听器的高效前端模拟电路”，固态电路，SC-41(4)，pp.876-882，2006.)和电流模反馈控制MOS管跨导(参考：格拉雷斯：“低压亚阈值指数放大与自动增益控制”，电路，器件与系统，Vol.152，No.1，Feb 2005)两种方案。而以上自动增益控制电路在模拟助听器领域获得广泛的应用。但前者缺点在于其线性度会受到工艺和电源电压的限制，特别在电源电压较低的情况下。模拟反馈的优点在于其信号具有较强的连续性。但模拟反馈的难点在于低电压的运放输出精度的实现。通常运放的放大倍数在模拟反馈的控制下已实现较理想的精度，而在集成电路中实现很高的精度是极其困难的，通常需要复杂的补偿电路或者非常大的功耗。电流模反馈方式的缺点在于运放本身没有负反馈结构，从而系统对信号处理的精度较低。而数字助听器又要求读出电路具有非常好的读出精度，这给读出电路的设计提出了挑战。

发明内容

本发明的目的是公开一种工作于极低电源电压电流模前馈自动增益控制电路，是电流模前馈的麦克风读出电路，以克服现有技术的不足，不但能够有效的实现自动增益控制的功能，更通过采用无源电阻阵列实现极低电压下的高精度读出。同时具备低电源电压工作下，随着音量的增加，功耗随之减小，达到功耗高效率利用的功能。本发明为数字助听器麦克风提供了一种高精度、低电压的自动增益控制读出电路。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种工作于极低电源电压电流模前馈自动增益控制电路，用于助听器；其包括：全差分运放单元、容阻器件、电阻阵列、阵列控制开关、整流器、滤波器、数字参考表、数字控制器、数字比较器和加减计数器；

一全差分运放单元，用于对麦克风输出信号的放大；

全差分运放单元的两个输入端分别经两个容阻器件同麦克风输出端和地相连，用以构成对输入信号的高通滤波；

两个电阻阵列分别跨接于全差分运放单元的两输出端、两输入端之间，用以确定全差分运放对信号的增益值；

两电阻阵列控制开关分别并接于两个电阻阵列一侧，用以控制全差分运放单元的增益值；

一整流器用于对麦克风输出小信号进行整流；

整流器和一滤波器构成包络检测电路，用以对整流信号进行滤波得到检测麦克风输出信号的能量；

一数字控制器，对峰值检测电路的输出值和参考电平进行比较；

一数字参考表，用以查找对应的数字参考码；

一加减计数器，用以自动增益控制对信号的压缩与恢复；

一数字比较器，控制加减计数器进行加减操作，其将加减计数器的输出编码与参考编码进行比较以输出压缩与恢复的使能逻辑。

所述的电流模前馈自动增益控制电路，其具体电路如下：全差分运放单元的第一和第二输入端分别经第一和第二容阻器件同地和麦克风输出端相连，第一电阻阵列跨接于全差分运放单元的第一输入端和第二输出端，第二电阻阵列跨接于全差分运放单元的第二输入端和第一输出端；第一电阻阵列控制开关跨接于第一电阻阵列和全差分运放单元一输出端，第二电阻阵列控制开关跨接于第二电阻阵列和全差分运放单元另一输出端；