本專利要求保護(hù)2014年10月2日提交的名稱為“Low Power Acoustic Apparatus And Method Of Operation”的美國臨時(shí)申請No.62/058,998在35U.S.C.§119(e)下的權(quán)益，其內(nèi)容通過引用全部并入于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及聲學(xué)裝置，并且更具體地，涉及在這些裝置中使用超聲波方法。

背景技術(shù)：

不同類型的聲學(xué)裝置已經(jīng)使用多年。一種類型的聲學(xué)裝置是麥克風(fēng)，而且一種類型的麥克風(fēng)是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)麥克風(fēng)。在MEMS麥克風(fēng)中，MEMS管芯包括膜片和背板。MEMS管芯通常設(shè)置在基板(或基底)上并且被殼體(例如，具有壁的杯狀物或蓋)封閉。一端口可以延伸穿過基板(底部端口裝置)或穿過殼體的頂部(頂部端口裝置)。在任何情況下，聲能穿過端口，使膜片移動(dòng)并產(chǎn)生相對于背板的變化電位，產(chǎn)生電信號。專用集成電路(ASIC)可以對該信號執(zhí)行進(jìn)一步的處理。麥克風(fēng)被部署在各種類型的裝置中，諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)或蜂窩電話。

遺憾的是，以前的方法具有局限性。電音頻系統(tǒng)包括各種功耗部件，如編解碼器。因?yàn)榫幗獯a器通常總是被接通以進(jìn)行信號處理，所以消耗大量的功率。另外，根據(jù)編解碼器的采樣率，這些先前方法提供用于超聲波頻率的有限帶寬。

因高功耗和減少的電池壽命，所有這些問題已導(dǎo)致一些用戶對先前方法的不滿意。

附圖說明

為更全面理解本公開，參照下面詳細(xì)描述和附圖進(jìn)行說明，其中：

圖1包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的麥克風(fēng)中的沒有數(shù)字信號處理器(DSP)的低功率聲學(xué)系統(tǒng)的框圖；

圖2包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的在麥克風(fēng)中設(shè)置有數(shù)字信號處理器(DSP)的低功率聲學(xué)系統(tǒng)的框圖；

圖3包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的低功率聲學(xué)系統(tǒng)的操作的流程圖；

圖4A包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的檢測電路的框圖；

圖4B包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的檢測電路的框圖；

圖5包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的利用具有數(shù)字信號處理器(DSP)的麥克風(fēng)的框圖；

圖6包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的具有數(shù)字信號處理器(DSP)的另一麥克風(fēng)的框圖；

圖7包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的具有數(shù)字信號處理器(DSP)的另一麥克風(fēng)的框圖；

圖8包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的本方法的應(yīng)用的一個(gè)示例的框圖；

圖9包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的本方法的應(yīng)用的另一示例；

圖10包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的具有數(shù)字信號處理器(DSP)的麥克風(fēng)的框圖；

圖11包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的具有數(shù)字信號處理器(DSP)的另一麥克風(fēng)的框圖；

圖12包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的具有數(shù)字信號處理器(DSP)的另一麥克風(fēng)的框圖。

技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，附圖中的部件為簡單和清楚起見而例示。還應(yīng)清楚的是，特定動(dòng)作和/或步驟可以按出現(xiàn)的特定次序描述或描繪，而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，有關(guān)順序的這種特異性實(shí)際上不需要。還應(yīng)明白的是，在此使用的術(shù)語和表達(dá)具有普通含義，如按照這種術(shù)語和表達(dá)有關(guān)它們對應(yīng)的各自調(diào)查和研究范圍的本來樣子，除另外在此闡述了特定含義以外。

具體實(shí)施方式

在本文中提出的方法中，當(dāng)感測超聲波信號時(shí)，編解碼器(或其它處理裝置)被停用(或者以低功率狀態(tài)操作)，由此提供比先前系統(tǒng)顯著少的功率消耗。超聲波信號是具有高于人耳可聽度極限的頻率的聲信號。編解碼器(或其它處理裝置)僅在它們需要時(shí)被啟用，例如，當(dāng)檢測到超聲波信號(或某一其它有意義的信號)時(shí)。在一些方面，超聲波活動(dòng)檢測可以在任何系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，而不管所使用的處理裝置(例如，編解碼器)的類型。另外，超聲波信號被自動(dòng)檢測和處理，無需用戶干預(yù)。

聲換能器(例如，MEMS麥克風(fēng)、壓電麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器或某一其它換能器)和超聲波檢測器被用于檢測超聲波信號并將信號發(fā)送至系統(tǒng)中的一個(gè)或更多個(gè)組件。在一個(gè)方面，麥克風(fēng)中的超聲波檢測器通過向其它組件(例如，諸如編解碼器的處理器)提供喚醒信號來觸發(fā)該組件的喚醒，以開始處理接收到的信號(例如，接收到的超聲波信號)。在其它方面，換能器和超聲波檢測器被用于向諸如處理器的電子組件發(fā)送信號，所述信號啟動(dòng)應(yīng)用或者修改處理器的操作。

另一方面，麥克風(fēng)具有兩種內(nèi)部狀態(tài)。第一狀態(tài)是具有閾值檢測的低功率感測模式。當(dāng)檢測到超聲波信號時(shí)，麥克風(fēng)喚醒設(shè)置在麥克風(fēng)中的處理器(例如，數(shù)字信號處理器(DSP))，以對接收到的信號執(zhí)行相關(guān)或其它模式匹配功能。其它功能也是可能的。在第二狀態(tài)下并且如果發(fā)現(xiàn)期望的信號，則麥克風(fēng)觸發(fā)系統(tǒng)喚醒以進(jìn)行超聲波信號處理。如果沒有發(fā)現(xiàn)所需的信號，則控制返回至第一狀態(tài)。系統(tǒng)處于低功率感測模式，直到檢測到超聲波信號為止，此時(shí)，麥克風(fēng)尋找前導(dǎo)碼或ID以喚醒編解碼器來處理針對一應(yīng)用的超聲波信號(例如，應(yīng)用啟動(dòng)、支付接收、支付確認(rèn)、優(yōu)惠券接收或命令接收等)。盡管針對麥克風(fēng)描述了本文所描述的方法中的一些，但應(yīng)當(dāng)清楚，本文描述的原理不限于麥克風(fēng)，而是可應(yīng)用于具有所有類型的傳感器的所有類型的感測構(gòu)造。

在這些實(shí)施方式中的許多實(shí)施方式中，在麥克風(fēng)處檢測到超聲波信號。接收到的超聲波信號被相關(guān)(或模式匹配)，以確定接收到的超聲波信號何時(shí)是希望的超聲波信號。當(dāng)該相關(guān)指出接收到的聲信號是希望的超聲波信號時(shí)，至少一個(gè)電子組件被從非活動(dòng)或睡眠狀態(tài)喚醒。如果信號相關(guān)、模式匹配功能或其它信號檢測方法指出接收到的超聲波信號不是希望的超聲波信號，則麥克風(fēng)在低功率操作狀態(tài)下操作并且不喚醒任何其它電子組件。

在一些方面，在麥克風(fēng)處執(zhí)行相關(guān)或模式匹配，并且所述至少一個(gè)電子組件包括處理裝置。處理器(例如，編解碼器)執(zhí)行附加的應(yīng)用相關(guān)處理功能。另一方面，例如通過數(shù)字信號處理(DSP)模塊、編解碼器或一些其它處理裝置來執(zhí)行相關(guān)或模式匹配功能。在一些示例中，DSP在麥克風(fēng)中。在其它示例中，麥克風(fēng)在執(zhí)行相關(guān)或模式匹配時(shí)進(jìn)入處理狀態(tài)，該處理狀態(tài)比低功率操作狀態(tài)消耗更多功率。

在一些示例中，所述檢測包括測量濾波信號強(qiáng)度，并且將所測量的信號強(qiáng)度與預(yù)定閾值進(jìn)行比較。在其它示例中，所述檢測包括測量濾波信號強(qiáng)度，并且將所測量的信號強(qiáng)度與自適應(yīng)或用戶可改變的閾值進(jìn)行比較。

在其它方面，所述檢測利用數(shù)字或模擬濾波器。在其它示例中，通過混疊(aliasing)將接收到的超聲波信號按子采樣頻率速率移位至基帶頻率。其它示例也是可能的。

還在其它方面，當(dāng)所述檢測檢測到超聲波信號時(shí)，喚醒處理裝置(例如，編解碼器)以執(zhí)行相關(guān)，使得在該處理器(例如，編解碼器)處執(zhí)行相關(guān)或模式匹配。在一些示例中，通過向組件發(fā)送喚醒信號來執(zhí)行喚醒電子組件，其中，該組件與處理裝置(例如，編解碼器)和麥克風(fēng)分離。

在這些實(shí)施方式中的其它實(shí)施方式中，麥克風(fēng)在第一操作狀態(tài)下操作，使得在第一操作狀態(tài)下，麥克風(fēng)接收聲信號并且確定所接收的信號是否是希望的超聲波信號。麥克風(fēng)在感測到希望的超聲波信號時(shí)進(jìn)入第二操作狀態(tài)。該第二操作狀態(tài)比第一操作狀態(tài)消耗更多功率。在第二操作狀態(tài)下，麥克風(fēng)利用相關(guān)或其它模式匹配功能或算法來確定所接收的信號是否是希望的超聲波信號。如果是希望的超聲波前導(dǎo)碼(preamble)或ID，則麥克風(fēng)將喚醒信號發(fā)送至諸如編解碼器或微處理器的處理裝置。在麥克風(fēng)確定接收到的超聲波信號不是希望的超聲波信號時(shí)，麥克風(fēng)保持第一操作狀態(tài)。

在一些方面，利用測量的濾波信號強(qiáng)度來確定聲音信號是否是希望的超聲波信號，并且在該信號強(qiáng)度與預(yù)定閾值之間進(jìn)行比較。在其它方面，利用測量的濾波信號強(qiáng)度來確定聲音信號是否是希望的超聲波信號，并且在該超聲波信號強(qiáng)度與自適應(yīng)和用戶可改變的閾值之間進(jìn)行比較。在一些方面，該自適應(yīng)閾值可以調(diào)節(jié)至環(huán)境噪聲級。還在其它方面，即使在麥克風(fēng)檢測到超聲波信號時(shí)，如果在特定時(shí)段之后識別出該信號不包含ID或前導(dǎo)碼，則自適應(yīng)閾值具有關(guān)閉麥克風(fēng)的能力。

在一些示例中，使用數(shù)字或模擬濾波器來確定接收到的聲信號是否是希望的超聲波信號。在其它示例中，通過混疊將接收到的超聲波信號按子采樣頻率速率數(shù)字移位至基帶頻率。

在這些實(shí)施方式中的其它實(shí)施方式中，在換能器處檢測超聲波信號。在檢測到麥克風(fēng)處的超聲波信號時(shí)，向處理裝置(例如，編解碼器)發(fā)送第一喚醒信號。如在此使用的，麥克風(fēng)可以是任何類型的換能器。第一喚醒信號在處理裝置(例如，編解碼器)處被接收并且作為響應(yīng)將該處理裝置(例如，編解碼器)從低功率處理狀態(tài)喚醒。在該處理裝置(例如，編解碼器)處，將所接收的超聲波信號進(jìn)行相關(guān)或模式匹配，以確定接收到的超聲波信號是否是希望的超聲波信號。在所述相關(guān)指出接收到的聲音信號是希望的超聲波信號時(shí)，從編解碼器向至少一個(gè)電子組件發(fā)送第二喚醒信號。在所述相關(guān)指示接收到的超聲波信號不是希望的超聲波信號時(shí)，麥克風(fēng)按低功率操作模式操作。

在一些方面，利用測量的濾波信號強(qiáng)度來確定聲音信號是否是希望超聲波信號，并且在該信號強(qiáng)度與預(yù)定閾值之間進(jìn)行比較。在其它方面，利用測量的濾波信號強(qiáng)度來確定該聲信號是否是希望的超聲波信號，并且在該超聲波信號強(qiáng)度與自適應(yīng)和用戶可改變的閾值之間進(jìn)行比較。

在一些示例中，經(jīng)由數(shù)字或模擬濾波器來實(shí)現(xiàn)超聲波信號的檢測。在其它示例中，在編解碼器處，通過混疊將超聲波信號按子采樣頻率速率數(shù)字移位至基帶頻率。

應(yīng)理解，在此描述的方法利用超過約20kHz范圍的人類可聽范圍的不可聽信號操作。這可以是人類聽不到的任何信號，其中大多數(shù)在20kHz以上，可以在20kHz以下。

在一個(gè)方法中，聲音換能器檢測不由人類語音產(chǎn)生的超聲波信號。例如，智能電話可以具有接收超聲波信號的第一聲音換能器和產(chǎn)生超聲波信號的第二聲音換能器。當(dāng)用戶在智能手機(jī)附近做出手勢(例如，通過揮動(dòng)他的手)時(shí)，用戶的手可以反射來自第二聲音換能器的超聲波信號。第一聲音換能器檢測反射的信號。檢測到的、從用戶手勢的反射的超聲波信號可被用于喚醒智能電話的其它組件。

感測超聲波信號的另一個(gè)實(shí)施方式是感測由另一個(gè)裝置產(chǎn)生的超聲波信號。例如，第一智能電話具有聲音換能器，并且第二智能電話可以在第一智能電話附近。第二智能電話可以具有聲音換能器，該聲音換能器自動(dòng)地或響應(yīng)于用戶對第二智能電話的操縱而產(chǎn)生超聲波信號。第一智能電話的聲音換能器處于低功率感測模式。第一智能電話中的換能器在檢測到來自第二智能電話的超聲波信號時(shí)進(jìn)入較高功率處理模式以處理超聲波信號。如果發(fā)現(xiàn)希望的特征，則第一智能電話可以使用檢測到的來自第二智能電話的超聲波信號來喚醒第一智能電話的其它組件或者啟動(dòng)其它應(yīng)用。

下面，參照圖1，描述了低功率聲學(xué)系統(tǒng)(麥克風(fēng)中未設(shè)置有處理器)。該系統(tǒng)包括具有超聲波活動(dòng)檢測(UAD)的麥克風(fēng)102、處理器(例如，編解碼器)104以及系統(tǒng)組件106。

具有超聲波活動(dòng)檢測(UAD)的麥克風(fēng)102接收聲信號和聲能。在一個(gè)示例中，麥克風(fēng)102可包括將聲能轉(zhuǎn)換成電信號的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置(具有膜片和背板)。

編解碼器或處理器104從麥克風(fēng)102接收信號，并且針對這些信號提供編碼和/或解碼功能。例如，處理器104可以將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，可以壓縮或解壓縮信號，或者可以執(zhí)行其它信號處理功能。處理器104的輸出被傳送至系統(tǒng)組件106。

在這些方面，處理器104可以包括信號處理模塊120和正常操作模式模塊122。信號處理模塊120從麥克風(fēng)接收第一喚醒信號108，確定來自信號108的前導(dǎo)碼的存在，并且嘗試將所確定的前導(dǎo)碼與被批準(zhǔn)用于處理的一個(gè)或更多個(gè)可接受或已知的前導(dǎo)碼的列表進(jìn)行匹配。這種相關(guān)指出接收到的聲信號是否是希望的超聲波信號。在一些方面，正常操作模式模塊122執(zhí)行諸如數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、信號處理以及信號放大的功能。其它功能示例也是可能的。

系統(tǒng)組件106可以包括執(zhí)行任何類型的功能的任何類型的電子組件。系統(tǒng)組件可以與蜂窩電話、個(gè)人計(jì)算機(jī)或平板計(jì)算機(jī)相關(guān)聯(lián)，但不限于此。

在圖1的系統(tǒng)的操作的一個(gè)示例中，在麥克風(fēng)102處檢測超聲波信號。當(dāng)在麥克風(fēng)102處檢測到超聲波信號時(shí)，向處理器104發(fā)送第一喚醒信號108。第一喚醒信號108在編解碼器處被接收并且響應(yīng)地喚醒處理器104。在處理器104處，接收到的超聲波信號被相關(guān)(或模式匹配)，以確定接收到的超聲波信號何時(shí)是希望的超聲波信號。在該相關(guān)(或模式匹配)指出接收到的聲信號是希望的超聲波信號時(shí)，從編解碼器向系統(tǒng)組件106發(fā)送第二信號。信號110可以是使系統(tǒng)組件106中的一個(gè)或更多個(gè)被喚醒的喚醒信號110。作為另一示例，信號110可以使系統(tǒng)組件106的處理器啟動(dòng)應(yīng)用。在該相關(guān)指出接收到的超聲波信號不是希望的聲音信號時(shí)，麥克風(fēng)102和處理器104繼續(xù)在低功率操作模式下操作，并且系統(tǒng)不被喚醒。

在其它示例中，麥克風(fēng)102可以直接聯(lián)接至系統(tǒng)組件106并直接喚醒這些組件，而不涉及處理器104。

在一些方面，利用測量的濾波信號強(qiáng)度，通過處理器104確定該聲音信號是否是希望超聲波信號，并且在該信號強(qiáng)度與預(yù)定閾值之間進(jìn)行比較。在其它方面，利用測量的濾波信號強(qiáng)度，通過處理器104確定該聲音信號是否是希望的超聲波信號，并且在該信號強(qiáng)度與自適應(yīng)或用戶可改變的閾值之間進(jìn)行比較。

在一些示例中，經(jīng)由數(shù)字或模擬濾波器來實(shí)現(xiàn)超聲波信號的檢測。例如，濾波器可以是衰減聲頻帶頻率的高通濾波器。在其它示例中，在處理器104處，通過混疊將超聲波信號按子采樣頻率速率數(shù)字移位至基帶頻率。

現(xiàn)在參照圖2，描述了在麥克風(fēng)中具有處理器的低功率聲學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有超聲波活動(dòng)檢測(UAD)的麥克風(fēng)202以及處理器(例如，編解碼器)204。

具有超聲波活動(dòng)檢測(UAD)的麥克風(fēng)202包括低功率感測模塊220和較高功率信號處理模塊222。低功率感測模塊220可以包括將聲能轉(zhuǎn)換為電信號的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置(具有膜片和背板)。較高功率信號處理模塊222確定來自從模塊220接收到的信號中的前導(dǎo)碼的存在，并且嘗試將所確定的前導(dǎo)碼與被批準(zhǔn)用于處理的一個(gè)或更多個(gè)可接受或已知的前導(dǎo)碼的列表進(jìn)行匹配。該相關(guān)或模式匹配指出接收到的聲信號是否是希望的超聲波信號。

處理器204從麥克風(fēng)202接收信號，并且針對這些信號提供編碼和/或解碼功能。例如，編解碼器可以將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，可以壓縮或解壓縮信號，可以執(zhí)行其它信號處理功能。處理器204的輸出被傳送至系統(tǒng)組件206。例如，處理器204可以輸出喚醒系統(tǒng)組件206的處理器或者使系統(tǒng)組件206的處理器啟動(dòng)應(yīng)用的信號。

麥克風(fēng)202按第一操作狀態(tài)操作，使得在第一操作狀態(tài)下，麥克風(fēng)確定是否檢測到超聲波信號。麥克風(fēng)202接收聲信號并確定所接收的信號是否是希望超聲波信號。在麥克風(fēng)202確定檢測到希望超聲波信號時(shí)，麥克風(fēng)202進(jìn)入第二操作狀態(tài)222。第二操作狀態(tài)可以消耗比第一操作狀態(tài)多的功率。在第二操作狀態(tài)下，麥克風(fēng)處理超聲波信號以確定其是否包含預(yù)定義的超聲波ID或前導(dǎo)碼。如果發(fā)現(xiàn)希望的ID或前導(dǎo)碼，則麥克風(fēng)202將喚醒信號發(fā)送至處理器204。在麥克風(fēng)202確定接收到的超聲波信號不是希望的超聲波信號時(shí)，麥克風(fēng)202返回至第一操作狀態(tài)220。

在一些方面，利用測量的濾波信號強(qiáng)度，通過模塊222確定該聲音信號是否是希望的超聲波信號，并且在該信號強(qiáng)度與預(yù)定閾值之間進(jìn)行比較。在其它方面，利用測量的濾波信號強(qiáng)度，通過模塊222確定該聲音信號是否是希望的超聲波信號，并且在該信號強(qiáng)度與自適應(yīng)或用戶可改變的閾值之間進(jìn)行比較。

在一些示例中，模塊220使用數(shù)字或模擬濾波器來確定接收到的聲音信號是否是希望的超聲波信號。在其它示例中，利用混疊將接收到的超聲波信號按子采樣頻率速率數(shù)字移位至基帶頻率。

在其它示例中，麥克風(fēng)202可以直接聯(lián)接至系統(tǒng)組件206并直接喚醒這些組件，而不涉及處理器204。

下面，參照圖3，描述了低功率聲學(xué)系統(tǒng)的操作。在這個(gè)示例中，假定正在使用麥克風(fēng)。然而，如上所述，應(yīng)當(dāng)清楚，本文描述的原理不限于麥克風(fēng)，而是可應(yīng)用于具有所有類型的傳感器的所有類型的感測構(gòu)造。

在第一低功率感測模式302下，麥克風(fēng)感測超聲波信號。在這個(gè)模式中，麥克風(fēng)的各種組件是不活動(dòng)的或者正在低功率操作模式下操作。

在步驟306，進(jìn)行前導(dǎo)碼標(biāo)識。在該步驟中并且使用一個(gè)示例，確定前導(dǎo)碼是否在接收到的超聲波信號中。如果存在前導(dǎo)碼，則通過將信號中的標(biāo)識/前導(dǎo)碼信息與可接受/已識別的前導(dǎo)碼/標(biāo)識信息進(jìn)行比較，而借助于算法將該信號相關(guān)、模式匹配或確定。在其它示例中，代替識別前導(dǎo)碼，進(jìn)行頻移檢測(例如，由在傳感器前揮手的人產(chǎn)生)。

在步驟308，發(fā)生系統(tǒng)喚醒。在該相關(guān)指出接收到的聲音信號是希望的超聲波信號時(shí)，可以發(fā)送信號以喚醒系統(tǒng)組件。在相關(guān)指出希望的超聲波信號尚未被確定時(shí)，再次進(jìn)入低功率狀態(tài)。在其它方法中，步驟308可以包括向已經(jīng)喚醒的一個(gè)或更多個(gè)系統(tǒng)組件發(fā)送信號。例如，步驟308可以包括向處理器發(fā)送使該處理器啟動(dòng)應(yīng)用的信號。

下面，參照圖4A，描述了檢測方法的一個(gè)示例。電荷泵401聯(lián)接至MEMS裝置403，MEMS裝置403聯(lián)接至濾波器402，濾波器402聯(lián)接至功率估計(jì)器404。

電荷泵401提供電流、電壓或功率，以使MEMS裝置403工作。MEMS裝置403包括膜片和背板，并將接收到的聲能(包括超聲波信號)轉(zhuǎn)換成電信號。

濾波器402被用于過濾不需要的噪聲和信號。功率估計(jì)器404確定信號的功率。在步驟406，確定是否超過所需的功率電平。如果該回答為肯定，則模數(shù)轉(zhuǎn)換器408將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且在步驟410，發(fā)生數(shù)字信號的相關(guān)或模式匹配，如本文其它地方所描述的。如果相關(guān)/模式匹配是肯定的，則在步驟412，喚醒系統(tǒng)。如果該回答為否定，則在步驟416，系統(tǒng)返回至正常感測模式。

下面，參照圖4B，描述了檢測方法的一個(gè)示例。電荷泵431聯(lián)接至MEMS裝置432，MEMS裝置432聯(lián)接至模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)434，ADC 434聯(lián)接至濾波器435，濾波器435聯(lián)接至功率估計(jì)器436。

電荷泵431提供電流、電壓或功率，以使MEMS裝置432工作。MEMS裝置432包括膜片和背板，并將接收到的聲能(包括超聲波信號)轉(zhuǎn)換成電信號。ADC 434將來自MEMS裝置432的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

濾波器435被用于過濾不需要的噪聲，并且功率估計(jì)器436確定信號的功率。在步驟438，確定是否超過所需的功率電平。如果該回答為肯定，則在步驟440，發(fā)生數(shù)字信號的相關(guān)或模式匹配，如本文其它地方描述的。如果相關(guān)/模式匹配是肯定的，則在步驟442，喚醒系統(tǒng)。如果該回答為否定，則在步驟446，系統(tǒng)返回至正常感測模式。

下面，參照圖5，描述了具有DSP或其它處理裝置的麥克風(fēng)500。麥克風(fēng)500將信號發(fā)送至處理器(例如，編解碼器)502。處理器(例如，編解碼器)502從麥克風(fēng)500接收信號，并且針對這些信號提供編碼和/或解碼功能。例如，處理器(例如，編解碼器)502可以將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，可以壓縮或解壓縮信號，可以執(zhí)行其它信號處理功能。處理器(例如，編解碼器)502的輸出被傳送至其它系統(tǒng)組件。

麥克風(fēng)500包括MEMS裝置504、低功率單元(block)506以及高功率單元508。MEMS裝置504包括膜片和背板，并將聲能510轉(zhuǎn)換成電信號。

低功率單元506可以是單個(gè)芯片(硅片)并且可以是專用集成電路(ASIC)。這些組件被設(shè)置成檢測超聲波信號。低功率單元506包括電荷泵520、帶通或高通濾波器522、放大器524以及比較器526。也可以存在其它組件。電荷泵520向MEMS裝置504提供電流、電壓或功率。帶通或高通濾波器522使來自由MEMS裝置504生成的電信號的某些(例如，高)超聲波頻率通過并且拒絕其它(例如，較低)頻率。放大器524放大來自帶通或高通濾波器522的信號以生成信號512，并且比較器526將這些信號與閾值進(jìn)行比較，以查明傳入的超聲波信號具有足夠的信號強(qiáng)度，由此生成信號514。信號514被發(fā)送至高功率單元508。

高功率單元508(可以是數(shù)字信號處理芯片)包括執(zhí)行相關(guān)功能的模式匹配模塊，諸如信號相關(guān)器(或其它類型的檢測器)540。更具體地，相關(guān)器540在信號514中尋找前導(dǎo)碼，并將該前導(dǎo)碼與可接受的前導(dǎo)碼/標(biāo)識符進(jìn)行比較。當(dāng)識別出前導(dǎo)碼或標(biāo)識信息時(shí)，從麥克風(fēng)500向處理器(例如，編解碼器)502發(fā)送信號516以喚醒處理器(例如，應(yīng)用處理器)502和電氣系統(tǒng)的其余部分。如果相關(guān)未識別信號514，則不向處理器(例如，應(yīng)用處理器)502發(fā)送信號，并且麥克風(fēng)繼續(xù)在低功率模式下操作。在低功率模式下，低功率單元506繼續(xù)感測信號，但是高功率單元508和編解碼器處于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

信號510可以利用頻移鍵控、頻率調(diào)制以及其它處理技術(shù)來編碼。

下面，參照圖6，描述了具有DSP或其它處理裝置的另一麥克風(fēng)。麥克風(fēng)600將信號發(fā)送至諸如處理器602的芯片上系統(tǒng)(SoC)。在一個(gè)示例中，處理器602是編解碼器。處理器602從麥克風(fēng)600接收信號，并且針對這些信號提供編碼和/或解碼功能。例如，處理器602可以將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，可以壓縮或解壓縮信號，可以執(zhí)行其它信號處理功能。處理器602的輸出被發(fā)送至其它系統(tǒng)組件。

麥克風(fēng)600包括MEMS裝置604、低功率單元606以及高功率單元608。MEMS裝置604包括膜片和背板，并將聲能610轉(zhuǎn)換成電信號。

低功率單元606與MEMS裝置604一起可以設(shè)置在諸如專用集成電路(ASIC)的單個(gè)芯片(單片的硅)上。低功率單元606包括電荷泵620、超聲波活動(dòng)檢測器605以及語音活動(dòng)檢測器607。電荷泵620向MEMS裝置604提供電流、電壓或功率。

超聲波活動(dòng)檢測器605檢測超聲波信號，并且包括第一帶通或高通濾波器622、第一放大器624以及第一比較器626。帶通或高通濾波器622使來自由MEMS裝置604生成的電信號的某些(例如，高)超聲波頻率通過并且拒絕其它(例如，較低)頻率。第一放大器624放大來自帶通或高通濾波器622的信號以生成信號612，并且比較器626將這些信號與閾值進(jìn)行比較，以查明傳入的超聲波信號具有足夠的信號強(qiáng)度，由此生成信號614。信號614被發(fā)送至高功率單元608。

語音活動(dòng)檢測器607檢測語音信號/命令，并生成與接收到的語音信號相對應(yīng)的信號615。信號615被發(fā)送至高功率單元608。

高功率單元608(可以是數(shù)字信號處理芯片)包括超聲波模式匹配模塊(諸如處理/相關(guān)器模塊640，其執(zhí)行相關(guān)功能)以及關(guān)鍵短語檢測模塊642。更具體地，相關(guān)器模塊640在信號614中尋找前導(dǎo)碼，并將其與可接受的前導(dǎo)碼/標(biāo)識符進(jìn)行比較。在識別出前導(dǎo)碼或標(biāo)識信息時(shí)，從麥克風(fēng)600向編解碼器602發(fā)送信號616以喚醒編解碼器602。如果相關(guān)或模式匹配未識別信號614，則不向編解碼器602發(fā)送信號，并且麥克風(fēng)600繼續(xù)在低功率模式下操作，除非檢測到語音活動(dòng)。在低功率模式下，低功率單元606繼續(xù)感測信號，但是高功率單元608和編解碼器6902處于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

關(guān)鍵短語檢測模塊642檢測信號615中的預(yù)定語音短語。關(guān)鍵短語檢測模塊642可以存儲(chǔ)與在信號615中發(fā)現(xiàn)的短語進(jìn)行比較的關(guān)鍵短語的列表。當(dāng)識別出關(guān)鍵短語時(shí)，從麥克風(fēng)600向處理器602發(fā)送信號616以喚醒編解碼器602。如果在信號615中未識別出關(guān)鍵短語，則不向處理器602發(fā)送信號，并且麥克風(fēng)600繼續(xù)在低功率模式下操作，除非檢測到超聲波活動(dòng)。在低功率模式下，低功率單元606繼續(xù)感測信號，但是高功率單元608和編解碼器處于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

應(yīng)理解，可以對聲能610進(jìn)行編碼，并且高功率單元608可以解碼該信號。信號610可以利用頻移鍵控、頻率調(diào)制以及其它處理技術(shù)來編碼。

下面，參照圖7，描述了具有DSP或其它處理裝置的另一麥克風(fēng)。麥克風(fēng)700將信號發(fā)送至諸如處理器702的芯片上系統(tǒng)(SoC)。在一個(gè)示例中，處理器702是編解碼器。處理器702從麥克風(fēng)700接收信號，并且針對這些信號提供編碼和/或解碼功能。例如，處理器702可以將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，可以壓縮或解壓縮信號，可以執(zhí)行其它信號處理功能。處理器702的輸出被發(fā)送至其它系統(tǒng)組件。

麥克風(fēng)700包括第一MEMS裝置703、第二MEMS裝置704、低功率單元706以及高功率單元708。第一MEMS裝置703和第二MEMS裝置704皆包括膜片和背板。第一MEMS裝置704被優(yōu)化用于超聲波操作(例如，用于接收超聲波信號)，并且第二MEMS裝置704將人類音頻范圍中的信號轉(zhuǎn)換成電信號。

低功率單元706與第一和第二MEMS裝置703和704一起可以設(shè)置在諸如專用集成電路(ASIC)的單個(gè)芯片(單片的硅)上。低功率單元706包括電荷泵720、超聲波活動(dòng)檢測器705以及語音活動(dòng)檢測器707。電荷泵720向第一和第二MEMS裝置703和704提供電流、電壓或功率。

超聲波活動(dòng)檢測器705檢測超聲波信號，并且包括第一帶通或高通濾波器722、第一放大器724以及第一比較器726。帶通或高通濾波器722從由第一MEMS裝置703生成的電信號去除某些頻率。第一放大器724放大來自帶通或高通濾波器722的信號以生成信號712，并且第一比較器726將所述信號與閾值進(jìn)行比較，以查明傳入的超聲波信號具有足夠的信號強(qiáng)度，由此生成信號714。信號714被發(fā)送至高功率單元708。

語音活動(dòng)檢測器707檢測語音信號/命令，并生成與接收到的語音信號相對應(yīng)的信號。信號715被發(fā)送至高功率單元708。

高功率單元708(可以是數(shù)字信號處理芯片)包括超聲波模式匹配模塊(諸如處理/相關(guān)器模塊740，執(zhí)行相關(guān)功能)以及關(guān)鍵短語檢測模塊742。更具體地，相關(guān)器模塊740在信號714中尋找前導(dǎo)碼，并將其與可接受的前導(dǎo)碼/標(biāo)識符進(jìn)行比較。當(dāng)識別出前導(dǎo)碼或標(biāo)識信息時(shí)，從麥克風(fēng)700向處理器702發(fā)送信號716以喚醒處理器702。如果相關(guān)未識別出信號614，則不向處理器702發(fā)送信號，并且麥克風(fēng)700繼續(xù)在低功率模式下操作，除非檢測到語音活動(dòng)。在低功率模式下，低功率單元706繼續(xù)感測信號，但是高功率單元708和編解碼器處于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

關(guān)鍵短語檢測模塊742檢測信號715中的預(yù)定語音短語。關(guān)鍵短語檢測模塊742可以存儲(chǔ)與在信號715中發(fā)現(xiàn)的短語進(jìn)行比較的關(guān)鍵短語的列表。當(dāng)識別出關(guān)鍵短語時(shí)，從麥克風(fēng)700向處理器702發(fā)送信號716以喚醒處理器702。如果在信號715中未識別出關(guān)鍵短語，則不向處理器702發(fā)送信號，并且麥克風(fēng)700繼續(xù)在低功率模式下操作，除非檢測到超聲波活動(dòng)。在低功率模式下，低功率單元706繼續(xù)感測信號，但是高功率單元708和編解碼器處于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

應(yīng)理解，可以對聲能710進(jìn)行編碼，并且高功率單元608可以解碼該信號。信號710可以利用頻移鍵控、頻率調(diào)制以及其它處理技術(shù)來編碼。

現(xiàn)在參照圖8，對本方法的應(yīng)用的示例進(jìn)行描述。在這種情況下，筆802(或類似物體)被配置或配備有超聲波發(fā)送器并將超聲波信號804發(fā)送至智能電話或平板806。智能手機(jī)或平板806包括編解碼器，并且被設(shè)置成在沒有任何用戶干預(yù)的情況下啟動(dòng)應(yīng)用。在這些方面，智能手機(jī)或平板806最初處于低功率感測模式820。在步驟822，檢測超聲波信號。在步驟824，智能手機(jī)或平板806識別信號中的前導(dǎo)碼。在步驟826，智能手機(jī)或平板806被喚醒(例如，通過喚醒其編解碼器或其它系統(tǒng)組件)。如果未識別出前導(dǎo)碼，則智能手機(jī)或平板806返回至低功率感測模式820。

下面，參照圖9，對本方法的應(yīng)用的另一示例進(jìn)行描述。在圖9的示例中，移動(dòng)電話902包括超聲波麥克風(fēng)904以及揚(yáng)聲器或接收器(或任何通用超聲波換能器，如壓電換能器)906。移動(dòng)電話902還可以接收用戶輸入908。用戶輸入908可以是各種形式，包括語音信號、小鍵盤的致動(dòng)或觸摸屏的致動(dòng)。其它示例也是可能的。

將麥克風(fēng)902附近設(shè)置鍵或標(biāo)簽(tag)910。該鍵或標(biāo)簽910包括揚(yáng)聲器或接收器(或任何通用超聲波換能器，如壓電換能器)912和高靈敏度超聲波麥克風(fēng)或傳感器914。

在步驟920，移動(dòng)電話902處的揚(yáng)聲器或接收器906向鍵或標(biāo)簽910發(fā)送超聲波信號。在步驟922，高靈敏度超聲波麥克風(fēng)或傳感器914接收該信號。在步驟924，從鍵或標(biāo)簽910的揚(yáng)聲器或接收器912向移動(dòng)電話902發(fā)送超聲波信號。在步驟926，可以在移動(dòng)電話902處執(zhí)行三角測量以確定其位置。當(dāng)移動(dòng)電話902接近鍵或標(biāo)簽910時(shí)，揚(yáng)聲器906可以播放鈴聲。

應(yīng)理解，本方法可以部署在各種不同環(huán)境和應(yīng)用中。例如，本方法可以在交通(例如，公共汽車和火車)環(huán)境中應(yīng)用于停車計(jì)時(shí)表。

本方法可用于定位物體(例如，電話、照相機(jī)、鑰匙、無線電子設(shè)備或電視遙控器)。在這些各種應(yīng)用中，位于要被定位的物體處的集成的超聲波發(fā)送應(yīng)答器將使能低功率感測模式，直到檢測到超聲波信號(來自用戶對物體的搜索)為止。該系統(tǒng)被開啟，并且可以從用戶裝置執(zhí)行三角測量(用于位置確定)。物體本身還可以包括聲音激活裝置(例如，接收器)，其被激活以允許用戶聽到聲音并由此定位該物體。

下面，參照圖10至圖12，描述了麥克風(fēng)的各種示例。應(yīng)理解，模塊、單元(block)，處理器或者被用于構(gòu)造麥克風(fēng)的其它組件可以利用硬件和/或軟件組件的任何組合來實(shí)現(xiàn)。即，麥克風(fēng)的組件不限于特定硬件和/或軟件配置。

下面，參照圖10，描述了具有DSP或其它處理裝置的麥克風(fēng)1000。麥克風(fēng)1000將信號發(fā)送至處理器(例如，編解碼器)1002。處理器(例如，編解碼器)1002從麥克風(fēng)1000接收信號，并且針對這些信號提供編碼和/或解碼功能。例如，處理器(例如，編解碼器)1002可以將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，可以壓縮或解壓縮信號，可以執(zhí)行其它信號處理功能。處理器1002的輸出被發(fā)送至其它系統(tǒng)組件。

麥克風(fēng)1000包括MEMS裝置1004、ASIC 1006(包括電荷泵1008和超聲波信號檢測模塊1010(包括帶通或高通濾波器1012)以及DSP 1014(包括超聲波信號處理模塊1016)。MEMS裝置1004包括膜片和背板，并將聲能轉(zhuǎn)換成電信號。

超聲波檢測模塊1010被設(shè)置成檢測超聲波信號。在這些方面，帶通或高通濾波器1012使來自由MEMS裝置1004生成的電信號的某些(例如，高)超聲波頻率通過并且拒絕其它(例如，較低)頻率。超聲波信號處理模塊1016在從超聲波信號檢測模塊1010接收到的信號中尋找前導(dǎo)碼，并將其與可接受的前導(dǎo)碼/標(biāo)識符進(jìn)行比較。當(dāng)識別出前導(dǎo)碼或標(biāo)識信息時(shí)，從麥克風(fēng)1000向處理器(例如，編解碼器)1002發(fā)送信號1018以喚醒處理器(例如，編解碼器)1002和電氣系統(tǒng)的其余部分。如果相關(guān)(或模式匹配)未識別出信號1016，則不向處理器(例如，編解碼器)1002發(fā)送信號，并且麥克風(fēng)繼續(xù)在低功率模式下操作。在低功率模式下，超聲波信號檢測模塊1010繼續(xù)感測信號，但是超聲波信號處理模塊1016和處理器1002(例如，編解碼器)處于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

下面，參照圖11，描述了具有DSP或其它處理裝置的另一麥克風(fēng)。麥克風(fēng)1100將信號發(fā)送至處理器(例如，編解碼器)1102。SoC(例如，處理器或編解碼器)1102從麥克風(fēng)1100接收信號，并且針對這些信號提供編碼和/或解碼功能。例如，處理器(例如，編解碼器)1102可以將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，可以壓縮或解壓縮信號，可以執(zhí)行其它信號處理功能。處理器(例如，編解碼器)1102的輸出被傳送至其它系統(tǒng)組件。

麥克風(fēng)1100包括MEMS裝置1104、ASIC 1106(包括電荷泵1108和低功率單元1110)及DSP 1120(包括超聲波信號處理模塊1122)。信號處理模塊1122包括超聲波模式匹配模塊(諸如處理/相關(guān)器模塊1224)以及關(guān)鍵短語檢測模塊1226。MEMS裝置1104包括膜片和背板，并將聲能轉(zhuǎn)換成電信號。低功率單元1110包括超聲波活動(dòng)檢測器1112和語音活動(dòng)檢測器1114。電荷泵1108向MEMS裝置1104提供電流、電壓或功率。

超聲波活動(dòng)檢測模塊1112檢測超聲波信號。語音活動(dòng)檢測器模塊1114檢測超語音信號/命令。

超聲波處理/相關(guān)器模塊1124執(zhí)行相關(guān)(或模式匹配)功能。相關(guān)器模塊1124在從超聲波活動(dòng)檢測模塊1112接收到的信號中尋找前導(dǎo)碼，并將其與可接受的前導(dǎo)碼/標(biāo)識符進(jìn)行比較。當(dāng)識別出前導(dǎo)碼或標(biāo)識信息時(shí)，從麥克風(fēng)1100向編解碼器1102發(fā)送信號1130以喚醒編解碼器1102。如果相關(guān)或模式匹配未識別出信號，則不向編解碼器1102發(fā)送信號，并且麥克風(fēng)1100繼續(xù)在低功率模式下操作，除非檢測到語音活動(dòng)。在低功率模式下，低功率單元1110繼續(xù)感測信號，但是DSP 1120和編解碼器1102處于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

關(guān)鍵短語檢測模塊1126檢測從語音活動(dòng)檢測器模塊1114接收到的信號中的預(yù)定語音短語。關(guān)鍵短語檢測模塊1126可以存儲(chǔ)與在信號中發(fā)現(xiàn)的短語進(jìn)行比較的關(guān)鍵短語的列表。當(dāng)識別出關(guān)鍵短語時(shí)，從麥克風(fēng)1100向處理器(例如，編解碼器)1102發(fā)送信號1130以喚醒編解碼器1102。如果在信號中未識別出關(guān)鍵短語，則不向處理器(例如，編解碼器)1102發(fā)送信號，并且麥克風(fēng)1100繼續(xù)在低功率模式下操作，除非檢測到超聲波活動(dòng)。在低功率模式下，低功率單元1110繼續(xù)感測信號，但是DSP 1120和編解碼器1102處于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

下面，參照圖12，描述了具有DSP或其它處理裝置的另一麥克風(fēng)。麥克風(fēng)1200將信號發(fā)送至處理器(例如，編解碼器)1202。處理器(例如，編解碼器)1202從麥克風(fēng)1200接收信號，并且針對這些信號提供編碼和/或解碼功能。例如，處理器(例如，編解碼器)1202可以將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，可以壓縮或解壓縮信號，可以執(zhí)行其它信號處理功能。處理器(例如，編解碼器)1202的輸出被傳送至其它系統(tǒng)組件。

麥克風(fēng)1200包括第一MEMS裝置1203、第二MEMS裝置1204、ASIC 1206(包括電荷泵1208、低功率單元1210(包括超聲波活動(dòng)檢測模塊1212))以及DSP 1220(包括信號處理模塊1222)。信號處理模塊1222包括超聲波模式匹配模塊(諸如處理/信號相關(guān)模塊1224)以及關(guān)鍵短語檢測模塊1226。第一和第二MEMS裝置1203和1204皆包括膜片和背板。第一MEMS裝置1204被優(yōu)化用于超聲波操作(例如，用于接收超聲波信號)，并且第二MEMS裝置1204將人類音頻范圍中的信號轉(zhuǎn)換成電信號。電荷泵1208向MEMS裝置1203和1204提供電流、電壓或功率。

超聲波活動(dòng)檢測模塊1212檢測超聲波信號。語音活動(dòng)檢測器模塊1214檢測超語音信號/命令。

超聲波處理/相關(guān)器模塊1224執(zhí)行相關(guān)功能。相關(guān)器模塊1124在從超聲波活動(dòng)檢測模塊1212接收到的信號中尋找前導(dǎo)碼，并將其與可接受的前導(dǎo)碼/標(biāo)識符進(jìn)行比較。當(dāng)識別出前導(dǎo)碼或標(biāo)識信息時(shí)，從麥克風(fēng)1200向編解碼器1202發(fā)送信號1230以喚醒編解碼器1202。如果相關(guān)或模式匹配未識別出該信號，則不向編解碼器1202發(fā)送信號，并且麥克風(fēng)1200繼續(xù)在低功率模式下操作，除非檢測到語音活動(dòng)。在低功率模式下，低功率單元1210繼續(xù)感測信號，但是DSP 1220和編解碼器1202處于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

關(guān)鍵短語檢測模塊1226檢測從語音活動(dòng)檢測器模塊1214接收到的信號中的預(yù)定語音短語。關(guān)鍵短語檢測模塊1226可以存儲(chǔ)與在信號中發(fā)現(xiàn)的短語進(jìn)行比較的關(guān)鍵短語的列表。當(dāng)識別出關(guān)鍵短語時(shí)，從麥克風(fēng)1200向處理器(例如，編解碼器)1202信號1230以喚醒編解碼器1202。如果在信號中未識別出關(guān)鍵短語，則不向處理器(例如，編解碼器)1202發(fā)送信號，并且麥克風(fēng)1200繼續(xù)在低功率模式下操作，除非檢測到超聲波活動(dòng)。在低功率模式下，低功率單元1210繼續(xù)感測信號，但是DSP 1220和編解碼器1202處于睡眠模式(不消耗功率或消耗非常少量的功率)。

在此對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述，包括本發(fā)明人已知的用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式。應(yīng)理解，所示實(shí)施方式僅是示例性的，而不應(yīng)被視為限制本發(fā)明的范圍。