[发明专利]一种工作于极低电源电压双模自动增益控制电路有效

专利信息
申请号: 201110129392.8 申请日: 2011-05-18
公开(公告)号: CN102790594A 公开(公告)日: 2012-11-21
发明(设计)人: 杨海钢;李凡阳;刘飞 申请(专利权)人: 中国科学院电子学研究所
主分类号: H03G3/20 分类号: H03G3/20
代理公司: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 周国城
地址: 100190 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 工作 电源 电压 双模 自动增益控制 电路
【说明书】:

技术领域

发明涉及数字助听器麦克风读出集成电路,而更详细地涉及高精度的适用于助听器微声电系统(MEMS)麦克风传感器的读出集成电路。

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,所以低噪声和高精度的读出电路设计成为了实现读出电路具有高精度的关键,尤其在数字助听器需要非常低的电源电压情况下。

目前国际上麦克风读出电路的模拟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[5]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

本发明的目的是给出一种工作于极低电源电压双模自动增益控制电路,可以用于数字助听器的双模自动增益控制读出电路,其在用可控MOS管等效电阻控制增益的基础上,在非压缩状态下由电阻阵列代替MOS管等效电阻,有效的解决了其非压缩状态下精度的问题;同时有效的解决了压缩状态下功耗较高的问题。

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双模自动增益控制电路,用于助听器的1V工作电源电压;其包括:

可编程跨导运放,用于对麦克风MEMS输出信号的放大;

可编程跨导运放两个输入端分别同麦克风输出端和地相连的两个电容和电阻器件相连,构成对输入信号的高通滤波;

可编程跨导运放输出端同输入端相连的两个电阻阵列单元,用于构成在非压缩工作状态下可编程跨导运放对信号的放大;

可编程跨导运放输出端同输入端相连的一个MOS管等效电阻阵列单元,用于压缩状态下的自动增益控制;

与电阻阵列单元和MOS管等效电阻单元相连的选择开关;

输入端和输出端连接包络检测电路输出端和MOS管等效电阻阵列栅极的增益控制电路,用于产生自动增益控制的电压;

输入端和输出端连接可编程跨导运放输出端和增益控制单元输入端的包络检测电路,用以对信号进行整流和滤波得到检测可编程跨导运放输出信号的能量。

所述的双模自动增益控制电路,其所述包络检测电路,采用滤波器级联形式:由电路中的1、2MOS管与电容C组成前端滤波电路,其兼有整流功能;4、5、6MOS管与电容C1组成后端滤波电路。且1、2、6MOS管工作于亚阈值区。

所述的双模自动增益控制电路,其所述增益控制电路,通过运放amp1、2和管子M1、2组成两个负反馈回路实现功耗的自适应功能;且置管子M4于亚阈值区以提供一个适用于控制MOS管等效电阻单元的控制电压,从而实现在1V电源电压下自动增益控制状态下失真度的减小。

本发明的电路适用于极低工作电源电压(如,1V以下),为便携式数字助听器提供了一种低电压,低功耗和高精度的读出电路。

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