本發(fā)明涉及用于將麥克風(fēng)電路連接至前置放大器的接口電路。

背景技術(shù)：
在電子設(shè)備(特別是移動(dòng)設(shè)備)的發(fā)展中納入考慮的主要方面中的一個(gè)是占用面積。在諸如移動(dòng)電話的移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域中，在不改變電話的尺寸的前提下創(chuàng)造具有更多功能的電話的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是減少印刷電路板(PCB)上的占用面積。多年來，一直關(guān)注盡可能將表現(xiàn)面積減少的主要限制的所有那些無源部件(如電阻器、電容器和電感器)集成集成到芯片內(nèi)。在老一代電話內(nèi)，這種部件是直接安裝在主板上的SMD(表面貼裝設(shè)備)。后來，由于技術(shù)的進(jìn)步，這些器件位于芯片封裝內(nèi)部，被稱為PDI(無源設(shè)備集成)方法，并且在一些情況中直接集成在芯片內(nèi)。然而，當(dāng)涉及到麥克風(fēng)前置放大路徑時(shí)，由于在麥克風(fēng)和前置放大器之間需要的去耦電容器的巨大電容值，該方法的實(shí)施是不可能的。圖1和圖2分別顯示使用RC網(wǎng)絡(luò)來偏置并將麥克風(fēng)電路MCS、MCD連接至前置放大器PAS、PAD的兩個(gè)已知方式，即單端方式和差分方式。麥克風(fēng)電路MCS、MCD包括麥克風(fēng)3和由偏置電壓VBIAS饋入的偏置電路RMB1、RMB2、RMB3、C1、C2。在麥克風(fēng)電路MCS、MCD的輸出節(jié)點(diǎn)Mo，Mo′處來自麥克風(fēng)電路MCS、MCD的信號的DC偏置電壓將唯一地取決于偏置電路RMB1、RMB2、RMB3、C1、C2，并且其通常與前置放大器PAS、PAD的DC偏置輸入電壓不同。通常使用利用前置放大器PAS、PAD輸入阻抗來產(chǎn)生具有通常低于20Hz的轉(zhuǎn)角頻率的一階高通濾波器的去耦電容器CDEC，獲得麥克風(fēng)3與前置放大器PAS、PADDC偏置電壓之間的電平移位，以避免帶內(nèi)音頻信號擾動(dòng)。在圖3(反相配置)和圖4(非反相配置)中顯示了差分前置放大器PAD的更詳細(xì)的表示。在反相的情況中，由于噪聲生成，輸入電阻器R1A和R1B不能具有高阻抗值(典型地從10kOhm至50kOhm)，然而在非反相解決方案中，電阻器R3A和電阻器R3B僅用于偏置在地和電源電壓之間的中間電壓VCM上的放大器OA輸入。因此，電阻器R3A和電阻器R3B并不助于噪聲生成并且可以用相對于反相情況的更大阻抗值(然而，由于占用面積而不大于幾百kOhm)來制成。在兩種情況中，需要大于100nF的去耦電容器CDEC并且該大電容值將難以集成至芯片中。事實(shí)上，利用片上集成具有該大電容值的電容器的實(shí)際的技術(shù)將要求大于20mm2的面積，并且這個(gè)事實(shí)使得該集成方法實(shí)際上無法使用。US2002/0125949公開了由于去耦電容器CDEC在芯片中的集成而造成的面積浪費(fèi)的上述問題，證實(shí)去耦電容器CDEC的集成只對于相對低的電容值可行。此外，不幸的是即使利用PDI方法，也不能實(shí)現(xiàn)去耦電容器CDEC，這是因?yàn)樗鼈兊母唠娮柚岛退鼈兊娜我舛俗佣紱]有與固定電勢連接的事實(shí)。這就是為什么所有現(xiàn)存的已知技術(shù)方案使用SMD電容器的原因。由于前置放大器經(jīng)常具有多個(gè)輸入(語音麥克風(fēng)、單聲道和立體聲音頻麥克風(fēng)、單聲道和立體聲線路輸入等)并且每個(gè)輸入可以是差分的，所以顯然在移動(dòng)電話的PCB上有許多SMD去耦電容器CDEC。這對于面積減少策略來說明顯是瓶頸，并且強(qiáng)烈感到需要試圖找到這個(gè)問題的解決方案，但至今沒有成功。與移動(dòng)電話不同的其他消費(fèi)者設(shè)備(如便攜式MP3播放器、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字錄音機(jī)、攝像機(jī))，并且通常在有音頻通信和/或記錄能力的設(shè)備中具有相同的上述問題。在現(xiàn)有技術(shù)中例如在由JosephKreutz在ELECTOR的第一卷7/8第85頁的“MiniSixtiesPlus”的公開中并且從US5,652,537已知阻抗倍增器。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，從未提議或建議在接口電路中采用這些倍增器將麥克風(fēng)電路連接至前置放大器，以便能夠集成去耦電容器CDEC。這可能是由于難以找到這樣一種技術(shù)方案的事實(shí)，其中該技術(shù)方案采用諸如在兩個(gè)上述文獻(xiàn)中公開的阻抗倍增器之類的阻抗倍增器并且同時(shí)還被適配為提供前置放大器的輸入的正確偏置(即固定并且穩(wěn)定的偏置)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于麥克風(fēng)電路和前置放大器之間的現(xiàn)有技術(shù)接口電路的上述限制，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于將麥克風(fēng)電路連接至前置放大器的接口電路，其被適配為解決上文所示的關(guān)于由于存在不能被集成在一個(gè)芯片上的一個(gè)或多個(gè)去耦電容器而導(dǎo)致不能將占用面積減少至期望值以下的問題。由一種被適配為將麥克風(fēng)電路連接至前置放大器的接口電路實(shí)現(xiàn)以上目的，該麥克風(fēng)電路包括麥克風(fēng)和至少一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，并且該前置放大器包括被適配為通過該接口電路連接至該輸出節(jié)點(diǎn)的至少一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)。該接口電路包括用于將所述輸入節(jié)點(diǎn)從所述輸出節(jié)點(diǎn)DC去耦的至少一個(gè)去耦電容器，該去耦電容器具有連接/可連接至所述輸入節(jié)點(diǎn)的第一端和連接/可連接至所述輸出節(jié)點(diǎn)的第二端。該接口電路包括至少一個(gè)有源電路，該有源電路包括具有連接至該去耦電容器的該第一端的第一端的電阻器。此外，該接口電路包括連接至所述電阻器的第二端的偏置電路，以利用期望偏置電壓來偏置該前置放大器的輸入節(jié)點(diǎn)。有源電路被適配為可操作地作為阻抗倍增器并且具這樣一種等效阻抗，其中該等效阻抗與該去耦電容器一起定義可操作地連接/可連接在該麥克風(fēng)與該前置放大器之間的高通濾波器。由于等效阻抗理論上可被制成如所需要的一樣高，所以去耦電容器可具有相對于上文所述的現(xiàn)有技術(shù)電路相對減小的電容值，允許去耦電容器的片上集成。此外，由于偏置電路的布置，可以對前置放大器的輸入設(shè)置固定并且穩(wěn)定的偏置電壓。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，該有源電路包括單位增益放大器電路。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，該有源電路包括第一MOS源極跟隨器和第二MOS源極跟隨器，每個(gè)所述MOS源極跟隨器具有各自的柵極端子、漏極端子和源極端子，該第二MOS源極跟隨器的柵極端子被連接至該第一MOS源極跟隨器的源極端子。該電阻器的該第一端連接至該第一MOS源極跟隨器的該柵極端子并且該電阻器的該第二端連接至該第一MOS源極跟隨器的該漏極端子和該第二MOS源極跟隨器的該源極端子。根據(jù)一個(gè)更具體的實(shí)施方式：-該有源電路包括電流生成器，該電流生成器具有連接至該電阻器的該第二端的輸出端子并且具有控制端子；并且-該偏置電路包括運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器具有連接至所述控制端子的輸出端子。附圖說明本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將從如附圖中所示出的本發(fā)明的以下示例性但非限制性的實(shí)施方式的詳細(xì)描述變得更顯而易見，其中：圖1示出包括麥克風(fēng)電路和前置放大器的現(xiàn)有技術(shù)麥克風(fēng)系統(tǒng)的第一實(shí)例的示意圖；圖2示出包括麥克風(fēng)電路和前置放大器的現(xiàn)有技術(shù)麥克風(fēng)系統(tǒng)的第二實(shí)例的示意圖；圖3示出用于圖2的麥克風(fēng)系統(tǒng)的已知前置放大器的第一實(shí)例的示意圖；圖4示出用于圖2的麥克風(fēng)系統(tǒng)的已知前置放大器的第二實(shí)例的示意圖；圖5示出具備錄音和/或通信能力的設(shè)備的非常示意性的視圖；圖6示出一種麥克風(fēng)前置放大器電路，該麥克風(fēng)前置放大器電路包括前置放大器和具備用于偏置該前置放大器的偏置電路的接口電路；圖7示出圖6的接口電路的高級表示；圖8示出圖6的麥克風(fēng)前置放大器電路的局部視圖，其中顯示該偏置電路的第一實(shí)施方式；圖9示出圖6的麥克風(fēng)前置放大器電路的局部視圖，其中顯示該偏置電路的第二實(shí)施方式；以及圖10示出圖6的麥克風(fēng)前置放大器電路的局部視圖，其中顯示該偏置電路的第三實(shí)施方式。具體實(shí)施方式在附圖中，將用相同的附圖標(biāo)記/符號指示相同的或相似的元件。圖5示出包括麥克風(fēng)電路MCD的移動(dòng)終端5(如移動(dòng)電話5)的實(shí)施方式的非常示意性的視圖。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，并且在不因?yàn)樵撛蚨肴魏蜗拗频那疤嵯拢溈孙L(fēng)電路MCD可與圖2中表示的差分麥克風(fēng)電路MCD相似。麥克風(fēng)電路MCD包括麥克風(fēng)3、麥克風(fēng)的偏置網(wǎng)絡(luò)和兩個(gè)差分輸出節(jié)點(diǎn)Mo，Mo′。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，該麥克風(fēng)的偏置網(wǎng)絡(luò)可與圖2的已知偏置網(wǎng)絡(luò)相同或相似。移動(dòng)電話5包括包括電路板6，電路板6包括集成麥克風(fēng)前置放大器電路60。根據(jù)所示的實(shí)施方式，電路板6進(jìn)一步包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器70和數(shù)字音頻處理器80。因?yàn)橐苿?dòng)終端(如移動(dòng)電話)的總體結(jié)構(gòu)和操作是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，所以為了簡潔起見，在本說明書的以下部分將不再進(jìn)一步詳述它們。相反，本說明書的以下部分將主要關(guān)注麥克風(fēng)前置放大器電路60。重要的是注意到在與移動(dòng)終端5不同的系統(tǒng)和/或設(shè)備中例如通常在具有音頻通信或記錄能力的設(shè)備(如數(shù)字錄音機(jī)、MP3播放器、照相機(jī)等)中也可以使用該麥克風(fēng)前置放大器電路60。圖6示出包括前置放大器PA和被適配為將麥克風(fēng)3或更精確而言麥克風(fēng)電路MCD連接至前置放大器PA的接口電路INTC。根據(jù)所示的實(shí)施方式，前置放大器PA是具有兩個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)(10、10′)、兩個(gè)運(yùn)算前置放大器OA、三個(gè)電阻器(R1、R2B、R2B)的差分前置放大器。接口電路INTC包括兩個(gè)去耦電容器CDEC和兩個(gè)有源電路UGAMP、UGAMP′，其中有源電路UGAMP、UGAMP′中的每一個(gè)與對應(yīng)的輸入節(jié)點(diǎn)10，10′相關(guān)聯(lián)。因?yàn)樗緦?shí)施方式中的接口電路60的結(jié)構(gòu)是完全對稱的，所以在本說明書中將僅具體描述接口電路INTC的上部分支CDEC、UGAMP，即包括在輸出節(jié)點(diǎn)MO與輸入節(jié)點(diǎn)10之間的分支，該上部分支與包括在輸出節(jié)點(diǎn)MO′與輸入節(jié)點(diǎn)10′之間的下部分支CDEC、UGAMP′相似。此外，應(yīng)當(dāng)清楚的是，雖然在本說明書中將公開用于將差分麥克風(fēng)電路MCD連接至差分前置放大器PA的接口電路INTC，但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以容易地將本說明書的教導(dǎo)擴(kuò)展到接口電路被適配為將單端麥克風(fēng)電路連接至單端前置放大器的情況。參考圖6，去耦電容器CEDC用于將前置放大器的輸入節(jié)點(diǎn)10從輸出節(jié)點(diǎn)MO上DC去耦，并且具有連接至/可連接至輸入節(jié)點(diǎn)10的第一端和連接至/可連接至輸出節(jié)點(diǎn)MO的第二端。接口電路INTC的有源電路UGAMP連接至去耦電容器CDEC的第一端并且被適配為可操作地作為阻抗倍增器，有源電路具有這樣一種等效阻抗，該等效阻抗與去耦電容器CDEC的電容一起定義可操作地連接/可連接在麥克風(fēng)電路MCD與前置放大器PA之間的高通濾波器。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，有源電路UGAMP包括單位增益放大器電路。更具體而言，根據(jù)所示的實(shí)施方式，有源電路UGAMP包括：-第一MOS源極跟隨器M1和第二MOS源極跟隨器M2，每個(gè)所述MOS源極跟隨器具有各自的柵極端子g1，g2、漏極端子d1，d2和源極端子s1，s2，第二MOS源極跟隨器M2的柵極端子g2被連接至第一MOS源極跟隨器M1的源極端子s1；-電阻器R，電阻器R具有連接至第一MOS源極跟隨器M1的柵極端子g1的第一端以及在公共節(jié)點(diǎn)20處連接至第一MOS源極跟隨器M1的漏極端子d1并且連接至第二MOS源極跟蹤器M2的源極端子s2的第二端。前置放大器PA的輸入節(jié)點(diǎn)10表示在去耦電容器CDEC的第一端、第一MOS源極跟隨器M1的柵極端子g1與電阻器R的第一端之間的公共節(jié)點(diǎn)。有源電路UGAMP包括偏置電路B_Circ，用于利用預(yù)先確定的固定并且穩(wěn)定的偏置電壓將前置放大器PA并且具體而言前置放大器PA的輸入節(jié)點(diǎn)10偏置到例如前置放大器PA的共模電壓VCM。在圖6的實(shí)施方式中，將偏置電路B_Circ連接至公共節(jié)點(diǎn)20即電阻器R的第二端。根據(jù)所示實(shí)施方式，有源電路UGAMP進(jìn)一步包括第一電流生成器Ig1，第一電流生成器Ig1具有連接在節(jié)點(diǎn)20處的輸出端子d4，并且具有連接至偏置電路B_Circ并被適配為對MOS源極跟隨器M1和M2進(jìn)行偏置的控制端子g4。在所示的具體實(shí)例中，電流生成器Ig1是MOS晶體管M4，并且所述電流生成器Ig1的控制端子和輸出端子分別是所述MOS晶體管的柵極端子g4和漏極端子d4。此外，根據(jù)所示實(shí)施方式，有源電路UGAMP進(jìn)一步包括第二電流生成器Ig2，在該實(shí)例中第二電流生成器Ig2包括用于對MOS源極跟隨器M1進(jìn)行偏置的MOS晶體管M3，并且具有以固定電壓VB饋入的柵極端子和以固定電壓Va1饋入的源極端子以及連接至MOS源極跟隨器M1的源極端子s1的漏極端子。在圖7中顯示了圖6的有源電路UGAMP的高級示意性的表示。有源電路UGAMP包括用于產(chǎn)生阻抗倍增的單位增益放大器90(更精確而言具有非常接近1的增益AV的放大器90)以及被適配為將節(jié)點(diǎn)10和節(jié)點(diǎn)20的DC電壓固定為期望偏置電壓VCM的偏置電路B_Circ。由于該阻抗倍增，等效阻抗REQ為：在圖6的實(shí)施方式中，其中使用兩個(gè)MOS源極跟隨器M1和M2來實(shí)現(xiàn)單位增益放大器90，并且因此其中出現(xiàn)在電阻器R的每個(gè)端子上的信號大致相同，等效阻抗REQ為：其中AV12是節(jié)點(diǎn)10和節(jié)點(diǎn)20之間的電壓增益并且等于：其中：-gm2是MOS源極跟隨器M2的跨導(dǎo)，-Z2是節(jié)點(diǎn)20處的輸出阻抗，等于：其中：-gm1是MOS源極跟隨器M1的跨導(dǎo)；-gds2是MOS源極跟隨器M2的輸出電導(dǎo)；-gd3是MOS晶體管M3的輸出電導(dǎo)；-gd4是MOS晶體管M4的輸出電導(dǎo)。從本說明書清楚看出，由于REQ可能具有非常高的值(例如如果電阻器R的阻抗值為大約100KOhm則REQ為幾百M(fèi)Ohm)，所以去耦電容器CDEC可能(相對于現(xiàn)有技術(shù)接口電路)具有相對低的電容值例如從10pf至100pf，并且去耦電容器CDEC因此可以被容易地集成在芯片上。參考圖8-10，在說明書的以下部分中將公開在圖6的接口電路INTC中可以使用的可能的偏置電路B_Circ的三個(gè)實(shí)施方式。該電路B_Circ在它們之間共享用于將節(jié)點(diǎn)20處的偏置電壓強(qiáng)制為期望偏置值的功能，以及用于針對高于期望頻率(用于語音/音頻應(yīng)用的大約20Hz)的頻率變成高阻抗以便使得節(jié)點(diǎn)20跟隨節(jié)點(diǎn)10處的信號即輸入信號的功能，其中，在該具體實(shí)例中該期望偏置值等于前置放大器PA的共模電壓VCM(例如電源電壓的一半)。參考圖8，根據(jù)第一實(shí)施方式，偏置電路B_Circ包括運(yùn)算放大器OA_B，運(yùn)算放大器OA_B具有連接至第一電流生成器Ig1的控制端子g4的輸出端子。偏置電路B_Circ進(jìn)一步包括低通濾波器D1、C5，該低通濾波器包括反向極化二極管D1和具有連接在運(yùn)算放大器OA_B的第一輸出處的公共節(jié)點(diǎn)的電容器C5。二極管D1被進(jìn)一步連接至有源電路UGZMP的公共節(jié)點(diǎn)20。運(yùn)算放大器OA_B是開環(huán)放大器，其具有以期望偏置電壓VCM饋入的第二輸入。在上文的偏置電路B_Circ中，反向極化二極管D1用于實(shí)現(xiàn)低通濾波器D1、C5的高阻抗(在0伏特處的P-N結(jié))。對于低于期望截止頻率(例如大約20Hz)的頻率，運(yùn)算放大器OA_B的反饋有效，并且該放大器OA_B將節(jié)點(diǎn)20設(shè)置到期望偏置電壓VCM上。在圖7的偏置電路B_Circ的以上實(shí)施方式中，運(yùn)算放大器OA_B在它的輸入與它的輸出之間不具備直接反饋，而是處于開環(huán)配置。如果該放大器的增益相對低(＜10)，則這工作良好，然而對于更高的增益值，在運(yùn)算放大器的輸入與節(jié)點(diǎn)20之間的頻率響應(yīng)中存在峰值。在圖9顯示的偏置電路B_Circ的第二實(shí)施方式中，可以用電阻反饋Ri、Rf封閉(close)運(yùn)算放大器OA_B，從而改善上面所說明的圖8的實(shí)施方式。電阻反饋Ri、Rf被適配為將運(yùn)算放大器OA_B的增益固定為適當(dāng)?shù)闹?例如不大于10)即為了在頻率響應(yīng)中避免峰值而選擇的值。在該情況中，由于反饋電阻器Ri與反饋電阻器Rf之間的分割，應(yīng)該將合適的電壓值VCM*應(yīng)用于電阻器Ri以便將期望偏置電壓值VCM應(yīng)用于運(yùn)算放大器的輸入。在偏置電路B_Circ的第三實(shí)施方式中，可以進(jìn)一步改善以上第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式。具體而言，在圖10中顯示的第三實(shí)施方式中，用開關(guān)電容器C7和RC低通濾波器R9、C6替換二極管D1，該RC低通濾波器R9、C6具有相對于由開關(guān)電容器C7和電容器C5所定義的低通濾波器的時(shí)間常數(shù)τ相對較小的時(shí)間常數(shù)。開關(guān)電容器C7等效于電阻器R7＝1/fsC7，其中fs是開關(guān)電容器C7的時(shí)鐘頻率。因此，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間常數(shù)等于：τ＝R7xC5＝C5/(fsxC7)。僅通過使得C7和fs盡可能地小就可以使得以上時(shí)間常數(shù)τ要多高有多高。此外，該時(shí)間常數(shù)τ有利地對過程跨度和溫度變化不敏感，因?yàn)樗鼉H取決于電容與精確時(shí)鐘頻率fs之間的比例。在圖10的實(shí)施方式中，電阻器R9和電容器C6對于偏置電路B_Circ的正確運(yùn)行而言不是嚴(yán)格必需的，但是建議使用它們來避免來自采樣結(jié)構(gòu)并且向節(jié)點(diǎn)20處的信號傳播的可能的擾動(dòng)。此外，在圖10的實(shí)施方式中，取決于與之前參考圖8和圖9所述相同的考慮，運(yùn)算放大器OA_B可以具有開環(huán)配置或閉環(huán)配置。在圖10的實(shí)施方式中，需要具有頻率fs的時(shí)鐘信號，但是這沒問題，因?yàn)樵诒贿m配為處理語音和音頻信號的芯片上通常存在時(shí)鐘。從以上描述中清楚看出，由于有源電路的阻抗倍增效果，接口電路的上述實(shí)施方式具有需要一個(gè)或多個(gè)具有相對低值的去耦電容器CDEC因而能夠?qū)⑺鲭娙萜骷傻角爸梅糯笃鱌A芯片中的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)在n個(gè)源例如n個(gè)麥克風(fēng)電路之間共享前置放大器PA時(shí)，在占用面積方面的優(yōu)點(diǎn)甚至更好。在該情況下，能夠?qū)?例如用CMOS傳輸門實(shí)現(xiàn)的)復(fù)用器放置或者最好集成到正好在去耦電容器CDEC前面，以便允許n個(gè)不同的源與前置放大器PA之間的選擇性連接。在該情況中，(如果是差分電路則)僅需要兩個(gè)相對小的去耦電容器CDEC代替2n個(gè)外部SMD電容器來獲得占用面積/空間的大量降低。自然地，為了滿足偶然并且具體的要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以應(yīng)用上述接口電路的許多修改和變型，然而所有該修改和變型都被包括在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。