本發(fā)明總體涉及半導(dǎo)體電路和方法，更具體地，涉及用于低失真電容信號(hào)源的放大器。

背景技術(shù)：
音頻麥克風(fēng)通常用于各種消費(fèi)者應(yīng)用中，例如，移動(dòng)電話、數(shù)字錄音機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)和電話會(huì)議系統(tǒng)。特別地，批量生產(chǎn)的成本敏感應(yīng)用中使用低成本駐極體電容傳聲器（ECM）。ECM麥克風(fēng)通常包括安裝在具有聲孔和電輸出端的小封裝內(nèi)的駐極體材料薄膜。駐極體材料粘貼在隔膜上，或本身構(gòu)成隔膜。大多數(shù)ECM麥克風(fēng)還包括與目標(biāo)應(yīng)用，例如，移動(dòng)電話內(nèi)的音頻前端放大器對(duì)接的前置放大器。另一種麥克風(fēng)是微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）麥克風(fēng)，可實(shí)施為直接蝕刻在集成電路上的壓敏隔膜。環(huán)境聲壓級(jí)跨越非常大的動(dòng)態(tài)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(jī)的聲音約為140dBSPL。麥克風(fēng)（例如，MEMS麥克風(fēng)）的隔膜能承受高強(qiáng)度聲信號(hào)，并精確地將這些高強(qiáng)度聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，但對(duì)這種高電平信號(hào)的處理較為困難。例如，優(yōu)化許多音頻麥克風(fēng)放大器和前置放大器，以用于一個(gè)特定動(dòng)態(tài)范圍。由此，這些系統(tǒng)可能無法在不產(chǎn)生嚴(yán)重失真的情況下處理整個(gè)音頻范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
根據(jù)實(shí)施方式，一種方法包括：確定電容信號(hào)源提供的輸入信號(hào)的振幅；基于確定的振幅在模擬域內(nèi)壓縮輸入信號(hào)，以形成壓縮模擬信號(hào)；將壓縮模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為壓縮數(shù)字信號(hào)；以及，在數(shù)字域內(nèi)解壓數(shù)字信號(hào)，以形成解壓數(shù)字信號(hào)。在實(shí)施方式中，壓縮模擬信號(hào)包括調(diào)整與電容信號(hào)源耦合的放大器的第一增益，解壓數(shù)字信號(hào)包括調(diào)整數(shù)字處理塊的第二增益。下文中的附圖和說明對(duì)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的細(xì)節(jié)進(jìn)行了闡述。根據(jù)說明書、附圖以及權(quán)利要求，本發(fā)明的其他特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。附圖說明為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在將結(jié)合附圖進(jìn)行以下說明，在附圖中：圖1a至圖1e示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的放大器集成電路；圖2a至圖2c示出了根據(jù)另一實(shí)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(cè)器、示例性峰值檢測(cè)器和示例性時(shí)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(fēng)系統(tǒng)。不同圖中的對(duì)應(yīng)數(shù)字和符號(hào)基本表示對(duì)應(yīng)部分，除非另有說明。繪制附圖的目的在于明確示出優(yōu)選實(shí)施方式的相關(guān)方面，其并不一定按比例繪制。為了更明確地示出特定實(shí)施方式，圖號(hào)后可能會(huì)添加表示相同結(jié)構(gòu)、材料或過程步驟的變化的字母。具體實(shí)施方式下文將對(duì)當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方式的制造和使用進(jìn)行詳細(xì)說明。但是，應(yīng)理解的是，本發(fā)明提供的多個(gè)適用概念可在各種特定環(huán)境下實(shí)施。所述特定實(shí)施方式僅為制造和使用本發(fā)明的特定方式的舉例說明，并不限定本發(fā)明的范圍。下文將就特定環(huán)境下的實(shí)施方式，即，用于諸如MEMS的電容信號(hào)源或駐極體電容傳聲器（ECM）的放大器對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。但是，本發(fā)明還可用于其他類型的電路和系統(tǒng)，例如，音頻系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)和連接到高阻抗信號(hào)源的其他系統(tǒng)。在實(shí)施方式中，通過在模擬域中壓縮電容信號(hào)源的輸出信號(hào)，對(duì)壓縮信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，隨后在數(shù)字域中解壓信號(hào)，放大器可保持諸如麥克風(fēng)的電容信號(hào)源的較大動(dòng)態(tài)范圍。通過進(jìn)行壓縮和解壓，電容傳感器或麥克風(fēng)的總靈敏度可在其整個(gè)輸出范圍內(nèi)保持恒定。例如，在某些實(shí)施方式中，可達(dá)到140dBSPL的高聲信號(hào)，同時(shí)將系統(tǒng)的總諧波失真保持在10%以下。在某些實(shí)施方式中，通過衰減電容信號(hào)源的輸出信號(hào)而實(shí)現(xiàn)電容信號(hào)源的輸出信號(hào)的壓縮。在某些實(shí)施方式中，可實(shí)施前端衰減的控制和實(shí)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(hào)源放大器的系統(tǒng)和方法”的共同待決申請(qǐng)13/217,890所述。該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合于此。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，可通過調(diào)整耦合至輸入放大器（耦合至電容信號(hào)源的輸出端）的輸入端的阻抗而對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減?？赏ㄟ^控制耦合至放大器的輸入端的電容而調(diào)整輸入電平。在另一個(gè)實(shí)施方式中，可通過控制耦合至放大器的輸入端的電阻而調(diào)整輸入電平，使高通網(wǎng)絡(luò)可調(diào)?？商娲兀稍诜糯笃鞯妮斎攵耸褂闷渌杩诡愋?。在另外的實(shí)施方式中，可通過調(diào)整電容傳感器的兩個(gè)板之間的電壓而控制輸入電平，從而調(diào)整電容傳感器本身的聲信號(hào)到電信號(hào)的增益。在某些實(shí)施方式中，使用峰值檢測(cè)器在放大級(jí)的輸出端感應(yīng)麥克風(fēng)或電容傳感器的信號(hào)電平。隨后調(diào)整輸入信號(hào)的振幅，直到放大級(jí)的輸出小于峰值檢測(cè)器確定的峰值。在某些實(shí)施方式中，過零檢測(cè)器檢測(cè)到輸入信號(hào)或放大輸入信號(hào)的AC過零時(shí)調(diào)整輸入信號(hào)的振幅?？商娲?，可使用其他電平或功率傳感系統(tǒng)、電路或方法，例如，RMS或平均功率電平檢測(cè)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(fēng)102，MEMS麥克風(fēng)102用虛線示出，以表示麥克風(fēng)102并不一定包括在IC100上。在某些實(shí)施方式中，麥克風(fēng)102還可包括在IC100上，或包括在收容在同一封裝內(nèi)的單獨(dú)模子（die）上。在替代實(shí)施方式中，可使用諸如ECM麥克風(fēng)的其他麥克風(fēng)類型，或其他類型的電容傳感器電路，代替MEMS麥克風(fēng)102。IC100具有可變?cè)鲆娣糯笃?06、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）108、可變數(shù)字增益塊110、信號(hào)檢測(cè)和電平自適應(yīng)塊112、數(shù)字接口114和偏壓發(fā)生器104?？勺?cè)鲆娣糯笃?06具有放大MEMS麥克風(fēng)102的輸出的一個(gè)或多個(gè)級(jí)，MEMS麥克風(fēng)102通過輸入引腳（pad）116耦接至IC100。在某些實(shí)施方式中，可實(shí)施可變?cè)鲆娣糯笃?06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(hào)源放大器的系統(tǒng)和方法”的共同待決申請(qǐng)13/183,193所述。該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合于此?？商娲兀筛鶕?jù)本領(lǐng)域中已知的技術(shù)實(shí)施可變?cè)鲆娣糯笃?06。在一個(gè)實(shí)施方式中，數(shù)字接口114向輸出引腳118輸出麥克風(fēng)信號(hào)的位流或脈沖寬度調(diào)制表示。附加地和/或可替代地，向輸出接口提供數(shù)字增益塊110的多位輸出，并/或?qū)⑵湓趦?nèi)部使用。在一個(gè)實(shí)施方式中，信號(hào)檢測(cè)和電平自適應(yīng)塊112測(cè)量可變?cè)鲆娣糯笃?06的輸出端的振幅，并將增益控制信號(hào)GC1和GC2作為測(cè)量振幅的函數(shù)而對(duì)其進(jìn)行計(jì)算?？商娲?，信號(hào)檢測(cè)和電平自適應(yīng)塊112可測(cè)量放大器106的信號(hào)輸入的振幅。在某些實(shí)施方式中，響應(yīng)于電容信號(hào)源或麥 克風(fēng)102輸出的振幅增加，信號(hào)檢測(cè)和電平自適應(yīng)塊112減少可變?cè)鲆娣糯笃?06的增益。信號(hào)檢測(cè)和電平自適應(yīng)塊112通過GC1減少可變?cè)鲆娣糯笃?06的增益時(shí)，可變數(shù)字增益塊110的增益相應(yīng)增加。通過響應(yīng)于可變?cè)鲆娣糯笃?06的增益減少而相應(yīng)增加數(shù)字增益塊110的增益，麥克風(fēng)系統(tǒng)的靈敏度在非常大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)都為線性。在某些實(shí)施方式中，對(duì)于達(dá)到預(yù)定閾值的輸入電平，可變?cè)鲆娣糯笃?06的增益和數(shù)字增益塊110的增益固定。超過該閾值時(shí)，壓縮被應(yīng)用于可變?cè)鲆娣糯笃?06，擴(kuò)展被應(yīng)用于數(shù)字增益塊110。在一個(gè)實(shí)施方式中，該閾值被設(shè)定為約115dBSPL?？商娲?，可采用其他閾值。在某些實(shí)施方式中，設(shè)置該閾值，以使用盡可能多的A/D轉(zhuǎn)換器108的輸入動(dòng)態(tài)范圍，但不會(huì)對(duì)高信號(hào)電平下的A/D轉(zhuǎn)換器108的輸入進(jìn)行限幅，和/或在高輸入電平下造成過大音頻失真。在替代實(shí)施方式中，或在替代模式下，信號(hào)檢測(cè)和電平自適應(yīng)塊112可被配置為在低輸入電平下在可變?cè)鲆娣糯笃?06提供信號(hào)放大，并在數(shù)字增益塊110提供壓縮，以進(jìn)一步減少ADC的噪聲貢獻(xiàn)，并降低關(guān)于面積和電流消耗方面的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。例如，通過允許電容輸入源102的噪聲貢獻(xiàn)，在較低輸入電平下使用越高的增益削弱模數(shù)轉(zhuǎn)換器108的噪聲貢獻(xiàn)，可變?cè)鲆娣糯笃?06的輸入級(jí)變得越重要，從而降低較低輸入電平下的輸入相關(guān)噪聲電平。在實(shí)施方式中，可使用諸如西格瑪-德爾塔A/D轉(zhuǎn)換器的音頻過采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器實(shí)施模數(shù)轉(zhuǎn)換器108?？商娲?，可使用其他模數(shù)轉(zhuǎn)換器架構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施方式中，模數(shù)轉(zhuǎn)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(shù)字接口114在約1MHz至約4MHz的頻率下提供位流或脈沖寬度調(diào)制輸出。在替代實(shí)施方式中，還可采用這些范圍之外的采樣率。數(shù)字輸出118可用于驅(qū)動(dòng)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(fēng)的某些實(shí)施方式中，偏壓發(fā)生器104為麥克風(fēng)102本身在引腳117提供偏壓。在某些實(shí)施方式中，根據(jù)特定麥克風(fēng)和系 統(tǒng)實(shí)施方式，該偏壓可在約3V和約16V之間?？商娲?，可采用其他電壓范圍。如果麥克風(fēng)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(fā)生器104。應(yīng)進(jìn)一步理解的是，可使用替代實(shí)施方式中的一個(gè)以上的部件和/或一個(gè)以上的IC實(shí)施IC100上的部件。圖1b示出了信號(hào)檢測(cè)和電平自適應(yīng)塊112的示例性實(shí)施。峰值檢測(cè)器122檢測(cè)可變?cè)鲆娣糯笃?06的輸出端的峰值信號(hào)，控制器124根據(jù)峰值檢測(cè)器122的輸出經(jīng)由增益控制信號(hào)GC1控制可變?cè)鲆娣糯笃?06的增益，并經(jīng)由增益控制信號(hào)GC2控制數(shù)字增益塊110的增益?？墒褂脭?shù)字字、脈沖調(diào)制信號(hào)或模擬信號(hào)（例如，電流或電壓）實(shí)施增益控制信號(hào)GC1。增益控制信號(hào)GC2實(shí)施為（例如）數(shù)字字或脈沖調(diào)制數(shù)字信號(hào)。圖1c示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的可變?cè)鲆娣糯笃?06?？勺?cè)鲆娣糯笃?06包括放大器128前面的衰減器126。在實(shí)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(jié)構(gòu)實(shí)施衰減器126。在實(shí)施方式中，可選擇電阻器陣列可用于轉(zhuǎn)換電高通轉(zhuǎn)移函數(shù)的轉(zhuǎn)角頻率，以提供可調(diào)衰減，其中，較低轉(zhuǎn)角頻率為電容傳感器的電容和IC100的輸入阻抗的函數(shù)。放大器128將單端輸入信號(hào)127轉(zhuǎn)換為差分輸出信號(hào)Vp和Vn?？墒褂霉餐龥Q申請(qǐng)13/183,193和13/217,890所述的電路，或使用本領(lǐng)域中已知的其他放大器結(jié)構(gòu)實(shí)施衰減器126和放大器128?？商娲?，放大器128的增益還可由增益控制信號(hào)GC1控制。圖1d示出了用于在輸入端實(shí)施可變?cè)鲆娴奶娲娐?。此處，增益控制信?hào)GC1控制偏壓發(fā)生器132，偏壓發(fā)生器132向耦接放大器134的MEMS麥克風(fēng)102提供偏壓。在某些實(shí)施方式中，MEMS麥克風(fēng)102的增益與提供的偏壓成正比。通過響應(yīng)檢測(cè)的峰值信號(hào)電壓而改變偏壓，電容傳感器的靈敏度改變，導(dǎo)致改變了放大器108的輸入端的信號(hào)電平?？墒褂秒姾杀们懊娴臄?shù)模轉(zhuǎn)換器（如共同待決申請(qǐng)13/217,890所述）或使用本領(lǐng)域中已知的其他電路、系統(tǒng)或技術(shù)實(shí)施可變電壓偏壓發(fā)生器132。圖1e示出了數(shù)字增益塊110和數(shù)字接口114的示例實(shí)施方式?？墒褂脭?shù)字濾波器140和增益系數(shù)選擇塊142實(shí)施數(shù)字增益塊110。在一個(gè)實(shí)施方式中，數(shù)字低通濾波器140接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器108的單個(gè)位輸出，執(zhí)行數(shù)字低通濾波函數(shù)，并生成N位濾波數(shù)字輸出信號(hào)?？商娲?，數(shù)字濾波器140可實(shí)施任何其他濾波函數(shù)，包括但不限于，帶通和高通濾波函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方式中，數(shù)字濾波器140生成8位信號(hào)；然而，也可采用其他分辨率。根據(jù)特定應(yīng)用及其規(guī)格，數(shù)字濾波器140可實(shí)施為有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器、無限脈沖響應(yīng)（IIR）或其他數(shù)字濾波器類型。增益系數(shù)塊142根據(jù)增益控制信號(hào)GC2選擇濾波系數(shù)，例如，z域?yàn)V波系數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方式中，數(shù)字低通濾波器140為具有可調(diào)轉(zhuǎn)移函數(shù)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(shù)、采樣率和轉(zhuǎn)移函數(shù)。數(shù)字低通濾波器140還可包括用于A/D轉(zhuǎn)換器108的抽取濾波器。在實(shí)施方式中，使用數(shù)字噪音整形器146實(shí)施數(shù)字接口114?？墒褂弥T如具有約1MHz和約4MHz之間的采樣率的5階反饋結(jié)構(gòu)的西格瑪-德爾塔（∑-△）D/A實(shí)施數(shù)字噪音整形器146?？商娲?，還可使用其他結(jié)構(gòu)。在實(shí)施方式中，數(shù)字增益塊110和數(shù)字接口114被配置為具有比模數(shù)轉(zhuǎn)換器108低的噪底。在某些實(shí)施方式中，該噪底至少比模數(shù)轉(zhuǎn)換器108的噪底低20dB；但是，根據(jù)特定應(yīng)用及其規(guī)格，可使用其他余量。圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的IC200。在某些實(shí)施方式中，可使用IC200的部件實(shí)施圖1a所示的IC100的功能。在實(shí)施方式中，IC200經(jīng)由放大器輸入腳244和偏壓腳248連接到MEMS麥克風(fēng)202或其他類型的電容傳感器?？墒褂盟p器272、前置放大器206和放大器208實(shí)施可變?cè)鲆娣糯笃?78。放大器208對(duì)放大器206的輸出端進(jìn)行單端到差分的轉(zhuǎn)換。通過將放大器206的單端輸出轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，生成的信號(hào)更難受到干擾，例如，電源干擾的影響。在放大器206已經(jīng)生成差分輸出信號(hào)的實(shí)施方式中，放大器208可省略。正峰值檢測(cè)器210和負(fù)峰值檢測(cè)器212 分別由放大器208的輸出端260和262驅(qū)動(dòng)。在實(shí)施方式中，正負(fù)峰值檢測(cè)器210和212將其峰值保持有限的一段時(shí)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(shí)間段?？商娲兀?fù)峰值檢測(cè)器210和212可具有差分輸入，代替單端輸入。在實(shí)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(hào)分離器實(shí)施衰減器272。解碼器270基于數(shù)字信號(hào)256生成衰減器272的開關(guān)選擇信號(hào)，在某些實(shí)施方式中，還可用于改變放大器206的增益?？商娲?，可使用其他衰減器結(jié)構(gòu)。放大器206的輸入可由電壓源231和串聯(lián)電阻器233代表的偏壓發(fā)生器235偏壓。在實(shí)施方式中，可使用本領(lǐng)域中已知的偏壓技術(shù)實(shí)施該偏壓發(fā)生器。過零檢測(cè)器214耦接至放大器206的輸出端。在實(shí)施方式中，過零檢測(cè)器214的輸出用于確保衰減器的開關(guān)設(shè)置或信號(hào)增益僅在檢測(cè)到過零時(shí)變化，從而減少改變輸入衰減器設(shè)置期間的可聞失真?？商娲兀^零檢測(cè)器214的輸入端可耦接到信號(hào)鏈中的其他點(diǎn)，例如，到差分轉(zhuǎn)換器208的單端的輸出端。在本發(fā)明的另外的替代實(shí)施方式中，過零檢測(cè)器214可省略。差分比較器216將正峰值檢測(cè)器210和負(fù)峰值檢測(cè)器212與固定閾值Vnmax和Vlmin相比較。在實(shí)施方式中，這些固定閾值被設(shè)定為與約114dBSPL和約118dBSPL之間的等量輸入壓力對(duì)應(yīng)。這些閾值的絕對(duì)值取決于麥克風(fēng)的靈敏度、封裝特性、偏壓條件和其他因素?？商娲兀墒褂门c其他聲壓范圍對(duì)應(yīng)的閾值。還可使用可調(diào)閾值提供可調(diào)或可變換增益曲線。在實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)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(hào)始終高于 第一閾值電平但低于第二閾值電平。在一個(gè)實(shí)例中，較低閾值電平可被設(shè)定為與約-15dBFS的ADC輸出電平對(duì)應(yīng)，較高閾值電平可被設(shè)定為與約-12dBFS的ADC輸出電平對(duì)應(yīng)。根據(jù)特定系統(tǒng)、其規(guī)格和ADC的特定設(shè)計(jì)，可使用其他閾值電平?？墒褂檬┟芴赜|發(fā)器實(shí)施比較器216，但是，在替代實(shí)施方式中，可使用其他比較器類型。在圖2a所示的實(shí)施方式中，使用差分實(shí)施方式實(shí)施比較器216，其中，將到差分轉(zhuǎn)換塊208的單端的差分輸出直接與正峰值檢測(cè)器210中存儲(chǔ)的最大正差分信號(hào)和負(fù)峰值檢測(cè)器212中存儲(chǔ)的最大負(fù)差分信號(hào)相比較。比較器216的輸出生成峰值檢測(cè)信號(hào)264，其通過“與”門222與過零檢測(cè)器的輸出進(jìn)行“與”運(yùn)算。應(yīng)理解的是，邏輯門222為可以本領(lǐng)域中已知的各種方式實(shí)施的邏輯函數(shù)的舉例說明。“與”門的輸出（代表在檢測(cè)的過零區(qū)的檢測(cè)峰值）被耦接到加法/減法計(jì)數(shù)器224的輸入端。在實(shí)施方式中，如有檢測(cè)峰值，加法/減法計(jì)數(shù)器224遞增，如無檢測(cè)峰值，加法/減法計(jì)數(shù)器224遞減。加法/減法計(jì)數(shù)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(duì)應(yīng)）。如果比較器216始終指示輸入信號(hào)低于閾值電平，則實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。在某些實(shí)施方式中，倒計(jì)數(shù)所需的時(shí)間大于正計(jì)數(shù)。在實(shí)施方式中，正計(jì)數(shù)率和倒計(jì)數(shù)率可編程。正計(jì)數(shù)率和倒計(jì)數(shù)率可選擇為在不產(chǎn)生可聞偽聲的范圍內(nèi)的值。例如，在某些實(shí)施方式中，所述正計(jì)數(shù)率和倒計(jì)數(shù)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(jì)數(shù)率和倒計(jì)數(shù)率。查找表（LUT）226被耦接到加法/減法計(jì)數(shù)器的輸出端。在實(shí)施方式中，LUT226輸出n位數(shù)字字256，所述n位數(shù)字字256由解碼器270和數(shù)字解壓塊276解碼。在實(shí)施方式中，n位數(shù)字字256為8位；然而，根 據(jù)特定實(shí)施方式及其規(guī)格，可使用其他位寬度。可替代地，LUT226可輸出對(duì)解碼器270和數(shù)字解壓塊276具有不同位寬度的兩個(gè)單獨(dú)字。可使用西格瑪-德爾塔A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)施A/D轉(zhuǎn)換器274，可使用數(shù)字噪音整形器前面的可調(diào)系數(shù)數(shù)字濾波器實(shí)施數(shù)字解壓塊276，如上文中圖1e的實(shí)施方式所述?？商娲?，可使用其他轉(zhuǎn)換器和可變?cè)鲆婕軜?gòu)。在實(shí)施方式中，數(shù)字解壓塊276向輸出腳280提供單個(gè)位位流輸出。在實(shí)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(fā)生器234在引腳248上輸出用于麥克風(fēng)202的偏壓?？墒褂茫ɡ纾╇姾杀煤?或本領(lǐng)域中已知的其他技術(shù)實(shí)施偏壓發(fā)生器234。在實(shí)施方式中，在衰減器設(shè)置變化期間，對(duì)轉(zhuǎn)角頻率為mHz至Hz范圍的低通濾波器通過開關(guān)242進(jìn)行分路。對(duì)低通濾波器240進(jìn)行分路使麥克風(fēng)202的偏壓在衰減器272的設(shè)置變化之后快速穩(wěn)定。圖2b示出與電容信號(hào)源202有關(guān)的放大器206和208的示例實(shí)施方式。MEMS裝置202耦接至第一級(jí)放大器206，第一級(jí)放大器206進(jìn)一步耦接至第二級(jí)208。衰減器272與第一級(jí)放大器206的輸入端244并聯(lián)耦合。第一級(jí)放大器206具有基于晶體管M1和電容器C11和C22的增益增強(qiáng)源跟隨電路，第二級(jí)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(fēng)電容Cmic和寄生電容Cp建模。在實(shí)施方式中，MEMS裝置202由與電阻器RB串聯(lián)的電壓源VB偏壓，電阻器RB的電阻在GΩ范圍內(nèi)。電阻器RB和電容器C22形成對(duì)來自電壓源VB的噪聲進(jìn)行濾波的低通濾波器?？商娲?，根據(jù)特定系統(tǒng)及其規(guī)格，RB可采用較低電阻值。在實(shí)施方式中，偏壓裝置VB、RB、第一級(jí)206和第二級(jí)208設(shè)置在同一集成電路（IC）200上，MEMS麥克風(fēng)202經(jīng)由連接墊244和248連接到IC200?？商娲兀琈EMS麥克風(fēng)202還可設(shè)置在與第一級(jí)206 和第二級(jí)208相同的IC200上，這種情況下，MEMS麥克風(fēng)202的端子可在內(nèi)部耦接至第一級(jí)206和偏壓電阻器RB。在實(shí)施方式中，MEMS麥克風(fēng)202的一個(gè)端子耦接至晶體管M1的門，另一個(gè)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(qiáng)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(hào)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(duì)電壓Vmic具有增強(qiáng)效果。在實(shí)施方式中，第一級(jí)206相對(duì)于Vmic的增益約為G1=1+C11/C22，忽略Cmic、寄生電容Cp、M1的跨導(dǎo)和其他寄生分量的影響。在實(shí)施方式中，G1被設(shè)定為在約0dB和約20dB之間?？商娲?，根據(jù)特定系統(tǒng)及其規(guī)格，G1可采用其他值。在實(shí)施方式中，M1經(jīng)由電流源IB在閾下范圍內(nèi)偏壓，以減少熱噪聲和閃變?cè)肼?。在某些?shí)施方式中，在閾下范圍內(nèi)對(duì)M1進(jìn)行偏壓在電流消耗與熱/閃變?cè)肼曋g提供了良好平衡。另外，裝置M1設(shè)有較大面積，以進(jìn)一步減少閃變?cè)肼?。在?shí)施方式中，第二級(jí)208包括差分放大器260，電容器C3P、C3N、C4P和C4N形成電容反饋網(wǎng)絡(luò)。第二級(jí)208的電壓增益為約C3/C4。在實(shí)施方式中，第二級(jí)208的增益被設(shè)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(duì)放大器260的輸入進(jìn)行偏壓。在某些實(shí)施方式中，電阻器RFB處于GΩ范圍內(nèi)?？商娲?，根據(jù)特定應(yīng)用及其規(guī)格，可使用較低電阻值。在一個(gè)實(shí)施方式中，使用串聯(lián)耦合的二極管接法MOS實(shí)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(dǎo)電，從而使臨時(shí)DC反饋通路將放大器260的輸入保持在適當(dāng)偏壓下。在實(shí)施方式中，放大器260實(shí)施為具有共模反饋的全差分運(yùn)算跨導(dǎo)放大器（OTA），但是，在替代實(shí)施方式中，可使用其他放大器架構(gòu)，包括但不限于對(duì)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(shí)施方式中，由于與端子248和244上的輸入信號(hào)同相的第一級(jí)206的輸出端的C11的相反端的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了較低阻抗，電容器尺寸Cmic的影響與放大器電路內(nèi)存在的電容器相比大大降低。輸入轉(zhuǎn)角頻率可通過在M1的柵極對(duì)偏壓網(wǎng)絡(luò)建模的電容Cmic和附加輸入電阻Ri限定。在實(shí)施方式中，Ri在約10GΩ和約1TΩ之間?？商娲兀琑i還可處于該范圍之外。在某些實(shí)施方式中，圖2b所示的實(shí)施方式可實(shí)現(xiàn)具有較小傳感器電容值的良好噪聲特性。在一個(gè)實(shí)施方式中，Cmic的值約為3.3pF，第一級(jí)放大器206的增益為約1，第二級(jí)放大器208的增益為約5，3dB低轉(zhuǎn)角頻率約為20Hz，3dB高轉(zhuǎn)角頻率約為100kHz。此處，輸出負(fù)載電容器CL限制了放大器208的帶寬，可作為連接到第二級(jí)208的輸出端的A/D轉(zhuǎn)換器274（圖2a）的抗混疊濾波器。在替代實(shí)施方式中，對(duì)于高帶寬系統(tǒng)，或不要求進(jìn)行濾波的系統(tǒng)，上轉(zhuǎn)角頻率可高得多，例如，200kHz。在實(shí)施方式中，可通過增加C3P和C3N減少第二級(jí)208的熱噪聲。由于第二級(jí)208由第一級(jí)206緩沖，電容C3P和C3N的增加不直接加載MEMS麥克風(fēng)202的輸出。在某些實(shí)施方式中，所述電路可被配置為使得第一級(jí)206實(shí)現(xiàn)最大增益，例如，6dB，第二級(jí)208用于進(jìn)行信號(hào)模式轉(zhuǎn)換，例如，將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)。第二級(jí)208還可用于靈敏度自適應(yīng)，因?yàn)榈谝患?jí)206可能無法單獨(dú)提供30dB。圖2c示出了放大器206和208的另一個(gè)實(shí)施方式，其中，增益控制信號(hào)GC1通過調(diào)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(shí)施圖2a中的過零檢測(cè)器214的示例性過零電路300。過零電路300的輸入信號(hào)用與DC電壓源303串聯(lián)的AC電壓源301代表。低通濾波器302對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，求和點(diǎn)306從輸入信號(hào)的未濾波版本中減去低通濾波輸入信號(hào)。在實(shí)施方式中，低通濾波器302的轉(zhuǎn)角頻率在約1mHz和約10Hz之間的范圍?？商娲?，根據(jù)特定應(yīng)用及其規(guī)格，可使用其他轉(zhuǎn)角頻率。低通濾波器302和306的組合起高通網(wǎng)絡(luò)的作用，高通網(wǎng)絡(luò)可過濾DC偏壓以及低頻漂移。比較器304將求和點(diǎn)的輸出與地電壓或基準(zhǔn)電壓相比較。Vsig改變極性時(shí)，由此激活信號(hào)Zdet。在實(shí)施方式中，可使用本領(lǐng)域中已知的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)施過零檢測(cè)器。在某些實(shí)施方式中，使用施密特觸發(fā)器實(shí)施比較器304。圖3b示出了可用于實(shí)施圖2a中的峰值檢測(cè)器210和212的示例性峰值檢測(cè)電路310。使用在相位為期間起作用的開關(guān)312在電容器314上對(duì)輸入電壓Vin進(jìn)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(jīng)由開關(guān)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(duì)比較器322進(jìn)行采樣，在相位和比較器322的輸出V輸出峰值均為正值時(shí)，開關(guān)318起作用。在實(shí)施方式中，可使用（例如）本領(lǐng)域中已知的開關(guān)電容器電路技術(shù)實(shí)施電路310。圖3c示出了非重疊相位和的示例性時(shí)序圖。在實(shí)施方式中，可使用本領(lǐng)域中已知的技術(shù)產(chǎn)生相位和。圖4a至圖4d示出了可使用示例性系統(tǒng)，例如，圖1a所示的100和圖2a所示的系統(tǒng)200實(shí)施的示例性增益曲線。圖4a示出了示例性增益電平對(duì)聲級(jí)輸入的圖示。曲線402表示輸入可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆?，曲線404表示數(shù)字增益塊的增益。虛線406表示閾值電平，若超過閾值電平，對(duì)輸入可變?cè)鲆娣糯笃鬟M(jìn)行壓縮，對(duì)數(shù)字增益塊進(jìn)行解壓。根據(jù)圖4a，對(duì)于達(dá)到約115dBSPL的輸入聲壓級(jí)，輸入可變?cè)鲆娣糯笃鞅辉O(shè)定為具有約10dB的增益，數(shù)字增益塊被設(shè)定為具有約-20dB的增益。在該聲壓級(jí)以上 時(shí)，輸入聲壓級(jí)每增加1dB，將輸入可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆鏈p少1dB。由此，超過閾值406時(shí)，輸入聲壓級(jí)每增加1dB，數(shù)字解壓塊的增益增加1dB。應(yīng)理解的是，圖4a的解壓曲線僅為多種可能增益曲線的一個(gè)示例。在本發(fā)明的替代實(shí)施方式中，根據(jù)使用的特定麥克風(fēng)或電容傳感器，初始增益和閾值可有所不同。圖4b示出了對(duì)94dBSPL下的靈敏度為-36dBV的MEMS麥克風(fēng)施加圖4a的增益曲線時(shí)產(chǎn)生的系統(tǒng)靈敏度。曲線410表示dB全刻度（FS）下的系統(tǒng)靈敏度對(duì)輸入聲壓級(jí)。如從圖4a可以看出的，在對(duì)前端施加10dB增益，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器后面的數(shù)字增益控制塊施加-20dB增益的范圍內(nèi)，94dBSPL下的系統(tǒng)總靈敏度約為-46dBFS。圖4c示出了根據(jù)一個(gè)替代實(shí)施方式的增益電平對(duì)聲級(jí)輸入的圖示。曲線414表示輸入可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆?，曲線412表示數(shù)字增益塊的增益。根據(jù)圖4c，隨著輸入聲壓級(jí)降低（向下擴(kuò)展到較低輸入電平），所述輸入可變?cè)鲆娣糯笃魈峁┰黾拥脑鲆?，而?shù)字增益塊隨著輸入聲壓級(jí)的降低提供對(duì)應(yīng)減少的增益。圖4d中的曲線416表示與圖4c中的增益曲線對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)增益響應(yīng)。在實(shí)施方式中，如果低輸入電平下的增加增益（稱為可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮斎耄┛山档虯/D轉(zhuǎn)換器的噪聲，或者，如果達(dá)到相同噪聲電平，ADC的較高噪聲貢獻(xiàn)可能導(dǎo)致ADC的面積較小，電流消耗較少。在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，各個(gè)增益曲線可選擇或可編程，以支持不同麥克風(fēng)和不同聲環(huán)境。例如，在一個(gè)實(shí)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(tǒng)中實(shí)施。在另外的實(shí)施方式中，增益曲線可使用多個(gè)區(qū)域。例如，輸入放大器可具有增益根據(jù)輸入振幅或聲壓級(jí)的降低而增加的低振幅區(qū)域、增益恒定的中振幅區(qū)域，以及增益根據(jù)輸入振幅的增加而減少的高輸入壓縮區(qū)域。在該實(shí)施方式中，數(shù)字增益塊可具有隨著輸入增益曲線的對(duì)應(yīng)增加而增加的補(bǔ)充增益曲線。在另一個(gè)實(shí)施方式 中，可變?cè)鲆孑斎敕糯笃髟鲆媲€可與數(shù)字增益塊不匹配，以提供進(jìn)行壓縮和/或解壓的生成的系統(tǒng)增益曲線。圖5示出示例性封裝麥克風(fēng)放大系統(tǒng)500，其包括經(jīng)由焊線510耦接至示例性麥克風(fēng)接口模子516的MEMS麥克風(fēng)模子514。麥克風(fēng)接口模子516可包括如上述實(shí)施方式所述的電路。在一個(gè)實(shí)施方式中，麥克風(fēng)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(fēng)模子514和麥克風(fēng)接口模子516設(shè)置在襯底506上，襯底506上安裝有外殼502。聲孔504使聲能到達(dá)MEMS麥克風(fēng)模子514。在替代實(shí)施方式中，MEMS麥克風(fēng)模子514和麥克風(fēng)接口模子516可在單個(gè)模子上實(shí)施。根據(jù)實(shí)施方式，一種方法包括：確定電容信號(hào)源提供的輸入信號(hào)的振幅；基于確定的振幅在模擬域內(nèi)壓縮輸入信號(hào)，以形成壓縮模擬信號(hào)；將壓縮模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為壓縮數(shù)字信號(hào)；以及，在數(shù)字域內(nèi)解壓數(shù)字信號(hào)，以形成解壓數(shù)字信號(hào)。在實(shí)施方式中，壓縮模擬信號(hào)包括調(diào)整耦接至電容信號(hào)源的放大器的第一增益，解壓數(shù)字信號(hào)包括調(diào)整數(shù)字處理塊的第二增益。在某些實(shí)施方式中，調(diào)整放大器的第一增益包括調(diào)整耦接至電容信號(hào)源的輸出端的可控阻抗。在實(shí)施方式中，調(diào)整放大器的第一增益包括將第一增益設(shè)定為與確定的振幅成反比，調(diào)整數(shù)字信號(hào)處理塊的第二增益包括將第二增益設(shè)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(shù)字信號(hào)處理塊的第二增益可恒定。在某些實(shí)施方式中，調(diào)整放大器的第一增益包括將第一增益設(shè)定為與高于第一閾值振幅的確定的振幅成反比，調(diào)整數(shù)字信號(hào)處理塊的第二增益包括將第二增益設(shè)定為與高于第一閾值振幅的確定的振幅成正比。在實(shí)施方式中，所述數(shù)字信號(hào)處理塊包括數(shù)字濾波器，調(diào)整第二增益包括調(diào)整數(shù)字濾波器的濾波系數(shù)。在實(shí)施方式中，所述方法可進(jìn)一步包括： 將解壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為單個(gè)位流信號(hào)。這可包括使用數(shù)字噪音整形器。在某些實(shí)施方式中，確定輸入信號(hào)的振幅包括放大或緩沖電容信號(hào)源提供的信號(hào)以形成放大信號(hào)，以及檢測(cè)放大信號(hào)的峰值電壓。根據(jù)另一實(shí)施方式，用于放大電容信號(hào)源提供的信號(hào)的系統(tǒng)包括可變?cè)鲆娣糯笃?、模?shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字增益塊和增益控制電路?？勺?cè)鲆娣糯笃靼ū慌渲脼轳罱又岭娙菪盘?hào)源的輸入節(jié)點(diǎn)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器耦接至可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮敵龆?，所述?shù)字增益塊耦接至模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端。增益控制塊被配置為測(cè)量耦接至可變?cè)鲆娣糯笃鞯哪M信號(hào)的振幅，根據(jù)第一增益函數(shù)調(diào)整可變?cè)鲆娣糯笃鞯牡谝辉鲆?，并根?jù)第二增益函數(shù)調(diào)整數(shù)字增益塊的第二增益。在某些實(shí)施方式中，可變?cè)鲆娣糯笃靼勺冊(cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嫘∮谝坏脑鲆嬖O(shè)置。在實(shí)施方式中，第一增益函數(shù)將第一增益限定為與電容信號(hào)源提供的信號(hào)的振幅成反比的值，第二增益函數(shù)將第二增益限定為與電容信號(hào)源提供的信號(hào)的振幅成正比的值。在另一實(shí)施方式中，第一增益函數(shù)將第一增益限定為與高于第一閾值的電容信號(hào)源提供的信號(hào)的振幅成反比，所述第二增益函數(shù)將第二增益限定為與高于第一閾值的電容信號(hào)源提供的信號(hào)的振幅成正比。第一增益函數(shù)可進(jìn)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(shù)可進(jìn)一步將第二增益限定為第一閾值以下的恒量。在某些實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)還包括電容信號(hào)源，其可為MEMS麥克風(fēng)或其他類型的麥克風(fēng)。在某些實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)還包括耦接到數(shù)字增益塊的輸出端的數(shù)字噪音整形器。數(shù)字噪音整形器可包括一位的位流輸出。在某些實(shí)施方式中，數(shù)字增益塊包括數(shù)字濾波器，增益控制電路被配置為通過調(diào)整數(shù)字濾波器的濾波系數(shù)而調(diào)整第二增益。在實(shí)施方式中，可變?cè)鲆娣糯笃鳌⒛?shù)轉(zhuǎn)換器和增益控制電路設(shè)置在集成電路上。根據(jù)另一實(shí)施方式，用于放大電容信號(hào)源提供的信號(hào)的集成電路，包括：信號(hào)放大器，具有被配置為耦接至電容信號(hào)源的輸入節(jié)點(diǎn)；峰值檢測(cè) 器，耦接至信號(hào)放大器的輸出端；增益控制器，耦接至峰值檢測(cè)器的輸出端，以及可控衰減電路，耦接至信號(hào)放大器的輸入節(jié)點(diǎn)和增益控制器的第一增益控制信號(hào)。在某些實(shí)施方式中，信號(hào)放大器可具有小于一的增益。所述集成電路進(jìn)一步包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換器，耦接至信號(hào)放大器的輸出端；數(shù)字濾波器，耦接至模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端，以及增益系數(shù)控制塊，耦接至數(shù)字濾波器，耦合增益控制器的第二增益控制信號(hào)。所述增益控制器可被配置為響應(yīng)于電容信號(hào)源的振幅增加，增加可控衰減電路的衰減或減少信號(hào)放大器的增益，并響應(yīng)于電容信號(hào)源的振幅增加，增加數(shù)字濾波器的增益。可用西格瑪-德爾塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)施模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在實(shí)施方式中，增益控制器被配置為在位于電容信號(hào)源的輸出端的信號(hào)高于第一閾值振幅時(shí)增加可控衰減電路的衰減并增加數(shù)字濾波器的增益。在實(shí)施方式中，可控衰減電路包括：多個(gè)電容器；以及多個(gè)開關(guān)，耦接在多個(gè)電容器與信號(hào)放大器的輸入端之間，使多個(gè)開關(guān)可由增益控制器控制。在某些實(shí)施方式中，可控衰減電路包括信號(hào)放大器的可控輸入阻抗。示例性系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括在不向系統(tǒng)中引入高非線性的情況下處理高聲輸入信號(hào)。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，對(duì)于聲輸入電平為140dBSPL的MEMS麥克風(fēng)可實(shí)現(xiàn)小于10%的總諧波失真（THD）。示例性系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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(dòng)態(tài)范圍。由于高輸入電平由于前端放大器的信號(hào)壓縮而沒有達(dá)到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入，對(duì)于較低聲輸入電平，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)可優(yōu)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(shí)現(xiàn)良好噪聲特性，其中主要噪聲來源為麥克風(fēng)和輸入放大器。盡管已經(jīng)參照示例性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但該描述并非旨在被理解為具有限制性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員參照本描述，對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式以及其他實(shí)施方式進(jìn)行各種修改和組合將是顯而易見的。因此，旨在所附權(quán)利要求包含任何這種變型或?qū)嵤┓绞健?