(57)【要約】      （修正有）【課題】消費電力がより少ないマイクロフォンアレイを提供する。【解決手段】マイクロフォンアレイは、少なくとも２つの異なるレベルの出力電圧を生成するように構成されたスイッチモード電源回路２２０を備える電源回路装置を含む。少なくとも１つのマイクロフォン回路２３０、２５０は、マイクロフォントランスデューサ２３５及びオーディオ増幅器２３４を含み、オーディオ増幅器２３４に電源を供給する切り替え可能な電圧レギュレータ回路２３２を含む。電圧検出器２３１は、スイッチモード電源回路２２０によって供給される電圧に応じて、電圧レギュレータ回路２３２の出力電圧を切り換える。【選択図】図２
2019215854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロフォンアレイであって、
電源回路装置であって、電源電圧用の入力端子（２２１）と出力電圧用の出力端子（２２５）とクロック信号（ＣＬＫ）用の端子（２２４）とを備え前記電源電圧のレベルに応じて前記出力電圧の少なくとも２つの異なるレベルを生成するように構成されたスイッチモード電源回路（２２０）を備える電源回路装置と、
少なくとも１つマイクロフォン回路（２３０、２５０）であって、出力端子を有するマイクロフォントランスデューサ（２３５）と、電源電圧用の電源端子（２３６）及び音声信号用の出力端子（２３７）を有し前記マイクロフォントランスデューサの出力端子が接続されている増幅器と、前記スイッチモード電源回路（２２０）の出力端子（２２５）に接続された入力端子と前記増幅器（２３４）の前記電源端子に接続された出力端子とを有する電圧レギュレータ回路（２３２）であって、前記電圧レギュレータ回路（２３２）の前記出力端子において前記スイッチモード電源回路（２２０）の前記出力電圧のレベルに応じて電圧を供給するように構成されている電圧レギュレータ回路（２３２）と、を備える少なくとも１つマイクロフォン回路（２３０、２５０）と、
を備えるマイクロフォンアレイ。
【請求項２】
前記スイッチモード電源回路（２２０）は、前記電源電圧がしきい値よりも高いときには、より高い電圧を生成し、前記電源電圧のレベルが前記しきい値よりも低いときには、より低い電圧を生成するように構成される、請求項１に記載のマイクロフォンアレイ。
【請求項３】
前記電源回路装置は、前記電源電圧のレベルを監視するモニタ回路（２２２）と、
前記モニタ回路（２２２）によって監視される前記レベルに応じて前記クロック信号（ＣＬＫ）を制御する制御回路（２２３）と、
を更に備える請求項１又は２に記載のマイクロフォンアレイ。
【請求項４】
前記制御回路（２２３）は、前記モニタ回路によってなされた決定に応じて、前記スイッチモード電源回路（２２０）に供給される前記クロック信号（ＣＬＫ）のデューティサイクルを変更するように構成される、請求項３に記載のマイクロフォンアレイ。
【請求項５】
前記電圧レギュレータ回路（２３２）は、制御信号（ＣＯＮ）に応じて切り替え可能に制御される前記出力端子に電圧を供給するように構成されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロフォンアレイ。
【請求項６】
前記電圧レギュレータ回路（２３２）は、前記電圧レギュレータ回路（２３２）の前記入力端子の電圧がしきい値を超えると、前記電圧レギュレータ回路（２３２）の前記出力端子（２３６）に高い電圧を供給するように構成され、前記電圧レギュレータ回路（２３２）の前記入力端子の電圧が前記しきい値を下回ると、前記電圧レギュレータ回路（２３２）の前記出力端子（２３６）に低い電圧を供給するように構成される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマイクロフォンアレイ。
【請求項７】
前記マイクロフォン回路は、前記電圧レギュレータ回路（２３２）の前記入力端子に結合され、前記電圧レギュレータ回路（２３２）の出力電圧のレベルを制御する前記電圧レギュレータ回路に結合された出力端子を有する、電圧検出器（２３１）を備える、請求項６に記載のマイクロフォンアレイ。
【請求項８】
前記スイッチモード電源回路（２２０）は、バックコンバータ回路として構成される、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のマイクロフォンアレイ。
【請求項９】
前記バックコンバータ回路は、入力端子（２２１）と出力端子（２２５）とを有し、
前記バックコンバータ回路は、
前記入力端子に結合され、前記クロック信号（ＣＬＫ）によって制御される制御端子（２２４）を有する、スイッチトランジスタ（３３１）と、
前記スイッチトランジスタ（３３１）と直列に結合され、前記出力端子（２２５）に結合された、インダクタ（３３２）と、
前記スイッチトランジスタ（３３１）と、前記インダクタ（３３２）と、の間のノードに結合されたダイオード（３３３）と、を備える、請求項８に記載のマイクロフォンアレイ。
【請求項１０】
前記クロック信号（ＣＬＫ）は、前記電源電圧のレベルがしきい値よりも高い場合には高いデューティサイクルを示し、前記電源電圧のレベルがしきい値よりも低い場合には低いデューティサイクルを示すように制御される、請求項９に記載のマイクロフォンアレイ。
【請求項１１】
前記電圧レギュレータ回路（２３２）は、低ドロップアウトレギュレータとして構成される、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のマイクロフォンアレイ。
【請求項１２】
前記低ドロップアウトレギュレータは、
電源電圧（ＶＩＮ）用の入力端子（２２５）及び出力電圧（ＶＲＥＧ）用の出力端子（２３６）と、
制御経路が前記入力端子（２２５）と前記出力端子（２３６）との間に接続されるトランジスタ（４１０）と、
基準電圧（ＶＲＥＦ）用の端子と制御電圧用の端子とを有する増幅器（４２０）と、
前記低ドロップアウトレギュレータの前記出力端子（２３６）と前記増幅器の制御電圧用の前記端子との間に結合された第１の分圧器及び第２の分圧器であって、交互にイネーブルされるように構成される第１の分圧器（４３２、４３１）及び第２の分圧器（４３４、４３１）と、を備える、請求項１１に記載のマイクロフォンアレイ。
【請求項１３】
前記低ドロップアウトレギュレータの前記第１の分圧器（４３２、４３１）及び前記第２の分圧器（４３４、４３１）は、それぞれのスイッチ（４３３、４３５）を含み、前記電圧検出器の前記出力端子（２３６）が、前記スイッチに結合される、請求項１２に記載のマイクロフォンアレイ。
【請求項１４】
複数のマイクロフォン回路（２５０、１１０、１１２）を更に備え、
前記マイクロフォン回路（２３０、２５０、１１０、１１２）の各々は、マイクロフォントランスデューサ（２３５）と、前記マイクロフォントランスデューサに結合されオーディオ信号用の出力端子（２３７）を有する増幅器（２３４）と、電圧レギュレータ回路（２３２）と、を備え、
前記少なくとも１つのマイクロフォン回路（２３０）及び前記複数のマイクロフォン回路（２５０）の前記電圧レギュレータ回路が、前記スイッチモード電源回路（２２０）の前記出力電圧用の前記出力端子（２２５）に結合され、
前記少なくとも１つのマイクロフォン回路（２３０）及び前記複数のマイクロフォン回路（２５０）の前記増幅器（２３４）のオーディオ信号用の前記出力端子（２３７）が、前記オーディオ信号用の加算ノード（１２０）に結合されている、
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のマイクロフォンアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロフォンアレイに関し、特に、マイクロフォンアレイ及びその電源回路スキームに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロフォンアレイは、人の音声の受信の指向性を確保するインタフェースが、民生用電子装置又は他のシステムにおいて広く使用されている。マイクロフォンアレイが、ＭＥＭＳトランスデューサ及びオーディオ増幅器を含む個別のマイクロフォン回路を多数有すると、それらの消費電力が問題となる。
【０００３】
個別のマイクロフォン回路装置の各々は、システムの電源電圧とは異なる一定電圧をオーディオ増幅器に供給する電圧レギュレータを含む。バッテリにより給電されるとき、電源電圧は、かなりの電圧範囲で変化し得る。電圧レギュレータは、多くの場合、いわゆる低ドロップアウト（ＬＤＯ）電圧レギュレータであり、その消費電力は、入力電圧と出力電圧との間の差に大きく依存する。多くのマイクロフォン回路を有するマイクロフォンアレイでは、電池が満充電のとき、ＬＤＯレギュレータにおける電圧降下が大きくなり、アレイ全体の消費電力が著しくなる。ＬＤＯレギュレータにおける消費電力は、別の有用な動作機能を実行することなく熱に変換される。それ故、マイクロフォンアレイの電源回路における消費電力を低減する必要がある。
【０００４】
本発明の目的は、消費電力がより少ないマイクロフォンアレイを提供することである。
【０００５】
又、本発明の別の目的は、放熱量がより少ないマイクロフォンアレイを提供することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的の１つ以上を成し遂げるマイクロフォンアレイは、本発明の請求項１の特徴を含む。
【０００７】
一実施形態によれば、マイクロフォンアレイは、少なくとも１つのマイクロフォン回路を含む。指向性のある応答を実現するために、いくつか又は多数のマイクロフォン回路がアレイ状に配置される。アレイ化されたマイクロフォン回路の利用数は、５〜１０個、又は２０個、又はそれを超える範囲であってもよい。各マイクロフォン回路は、センサで受信された音波に応答して電気オーディオ信号を生成する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）マイクロフォントランスデューサを含む。このＭＥＭＳマイクロフォントランスデューサからのオーディオ信号は、信号処理回路により更に処理することができるように、オーディオ増幅器に供給されて増幅され、適切な電圧振幅で信号処理回路に供給される。さらに、マイクロフォン回路には、オーディオ増幅器に電力を供給する電圧レギュレータ回路が設けられている。
【０００８】
本発明は、電圧レギュレータ回路の入力端子に電力を供給する電源回路装置を提供する。電源回路装置は、スイッチモードで動作する電源を備える。この回路は、スイッチと当該スイッチと直列に結合されたインダクタとを含み、スイッチを動作させるクロック信号に応じて、入力端子の電圧を出力端子のより低い電圧に変換する。スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）回路の入力は、その充電状態に応じて広範囲の出力電圧を有するバッテリ電源に接続することができる。本発明によれば、スイッチモード電源回路は、バッテリ給電され得る電源電圧のレベルに応じて、少なくとも２つの異なるレベルの出力電圧を生成するように構成される。
【０００９】
電圧レギュレータ回路はその出力端子に、スイッチモード電源回路の出力電圧のレベルに対応する電圧を供給するように構成される。そして、電圧レギュレータ回路は、スイッチモード電源回路により供給される出力電圧のレベルに対応させて、切り替え可能に制御される出力電圧を供給するように構成される。
【００１０】
スイッチモード電源回路はその動作において、バッテリ充電状態が高いとき、その比較的高い入力電圧を比較的高い出力電圧レベルに降圧変換する。電圧レギュレータ回路は、そこから比較的高い出力電圧を生成し、オーディオ増幅器に供給する。一方、バッテリ充電状態が低く、スイッチモード電源回路への入力電圧が低いとき、その降圧変換された出力電圧は、比較的低い出力電圧レベルにある。電圧レギュレータ回路は、比較的低い出力電圧も生成するように切り換えられる。
【００１１】
消費電力に関して、スイッチモード電源における消費電力は、その入力端子と出力端子との間の電圧差にほとんど依存しないことに留意されたい。高電力動作モード及び低電力動作モードにおいて、スイッチモード電源回路における消費電力は、概ね同じである。電圧レギュレータ回路の動作は高電力モードと低電力モードとの間で切り換えられて、電圧レギュレータ回路の両端間における適正な電圧降下量を保証する。
【００１２】
電圧レギュレータ回路に高い入力電圧が入力されると、調整された出力電圧は高い電圧に切り替えられ、電圧レギュレータ回路で適正な電圧降下のみが生じ、電圧レギュレータ回路での消費電力は適正な値となる。これは、オーディオ増幅器が高電圧で動作し、その結果、増幅器における信号振幅が大きくなり、オーディオ信号の歪みレベルが低くなるという利点を有するが、それよりも、オーディオ増幅器での電圧増加は、オーディオ増幅器から出力されるオーディオ信号の信号品質を改善させるために使用される。
【００１３】
電源回路装置は、バッテリから供給され得る電源電圧のレベルを監視するモニタ回路を備える。このようなバッテリエネルギーモニタ回路は、通常、ラップトップ、スマートフォン、又はタブレットなどのスマート電子デバイスにおいて他の理由のために利用可能である。バッテリモニタ回路からの情報は、スイッチモード電源回路のクロック信号を制御するために使用される。バッテリ電力が高い場合、スイッチモード電源回路は、より高い出力電圧を生成し、バッテリ電力が低い場合、スイッチモード電源回路は、より低い出力電圧を生成する。スイッチモード電源回路の２つ以上の出力電圧間の切り換えは、クロック信号のデューティサイクルを変化させることによって容易に得ることができる。デューティサイクルは、クロック信号の全周期のうちクロック信号のアクティブフェーズが占める割合である。低いデューティサイクルは、クロック信号のアクティブフェーズが、クロック信号の全周期に対して小さいことを意味し、高いデューティサイクルは、クロック信号のアクティブフェーズがより大きいことを意味する。
【００１４】
１つのマイクロフォン回路における電圧レギュレータ回路は、制御信号に応じて切り替える制御ができる出力電圧を提供するように構成される。制御信号は、電圧レギュレータ回路に供給される電圧を監視し、電圧レギュレータ回路への入力電圧がしきい値よりも高いか低いかを判定する電圧検出器により生成され得る。電源電圧が高い、すなわちしきい値より高いと、出力電圧が高くなるように電圧レギュレータ回路が切り換えられる。又、電圧レギュレータ回路への電圧が低い、すなわちしきい値より低いことに対応して、出力電圧は、より低いレベルに切り替えられる。これは、電圧レギュレータ回路においてわずかな電力しか消費しないように、電圧レギュレータ回路において適正な電圧降下が保証される。スイッチモード電源からの出力電圧、すなわち電圧レギュレータ回路への入力電圧に対応する、電圧レギュレータ回路の出力電圧のスイッチングは、電圧レギュレータ回路における大きすぎる電圧降下及び大きすぎる消費電力を回避する。電圧レギュレータ回路のより高い出力電圧は、オーディオ増幅器における信号振幅を増加させ、マイクロフォン回路から出力されるオーディオ信号の低歪みモードを達成する。
【００１５】
スイッチモード電源回路は、バックコンバータ回路として実現されてもよい。そのようなバックコンバータ電源は、当業者に周知である。バックコンバータは、基本的に、コンバータの入力端子に結合された入力側のスイッチングトランジスタと、当該スイッチングトランジスタと直列に接続されてコンバータの出力側又は出力端子に結合されたインダクタと、を備える。スイッチングトランジスタとインダクタとの間のノードには、ダイオードデバイスが接続されている。出力側の平滑コンデンサのような他の素子も有用である。バックコンバータの入力端子は、システムの電源に接続される。このシステム電源はバッテリ電源であってもよい。
【００１６】
電圧レギュレータ回路は、制御信号に応じて少なくとも２つの出力電圧モード間で切り替えることができる低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータとして構成される。低ドロップアウトレギュレータ回路は、電圧入力端子と電圧出力端子との間においてトランジスタに制御される経路を含む。フィードバックループは、出力電圧を用いて誤差増幅器を制御し、トランジスタの導電状態を制御する。本発明によれば、フィードバックループは、電圧レギュレータ回路の出力端子及び誤差増幅器の入力端子のうちのいずれか１つに接続された切り替え可能な分圧器を含む。生成される出力電圧に応じて、分圧器のいずれか１つがイネーブルされる。各分圧器は、スイッチモード電源の出力電圧を監視する電圧検出器によって制御されるスイッチを含む。分圧器の構成は、その入力電圧が高いときに低ドロップアウトレギュレータの高出力電圧が生成され、入力電圧が低いときに低出力電圧が生成されるように構成される。
【００１７】
本発明の解決策は、音声の受信の指向性を確保するために、複数のマイクロフォン回路が互いに近接して配置されるマイクロフォンアレイにおいて特に有用である。適切な指向性を実現するために、いくつか、例えば３〜５個のマイクロフォンをアレイ状に配置することができる。応用分野によっては、アレイは、最大で１０個又は２０個までのマイクロフォンを含み得る。個々のマイクロフォン回路の消費電力は、アレイにおいて重要な問題となる。好ましくは、アレイのすべてのマイクロフォン回路は同一であり、ＭＥＭＳマイクロフォントランスデューサ、オーディオ増幅器、電圧レギュレータ回路、及び電圧検出器を含み、電圧レギュレータ回路及び電圧検出器の入力は、バックトランスデューサの出力に結合される。オーディオ増幅器の出力信号は、加算ノードに転送され、加算ノードは、オーディオ出力信号を複合出力信号に結合し、複合出力信号は、電子機器内の信号処理手段によってさらに処理することができる。
【００１８】
本発明に記載の解決策は、モバイル通信などのモバイル機器、及びラップトップ、スマートフォン、又はタブレットなどのコンピューティングデバイスに有用である。音声の受信、音声の認識、及び個々の話者の認識を必要とする他の分野における用途にも有用である。
【００１９】
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明の両方は、単なる例示であり、特許請求の範囲の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することが意図されることが理解されるべきである。添付の図面は、更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、１つ又は複数の実施形態を示し、説明と共に、様々な実施形態の原理及び動作を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】は、マイクロフォンアレイの原理を示す図である。
【図２】は、本発明の原理による、マイクロフォンアレイのより詳細なブロック図である。
【図３】は、バックコンバータの概略図である。
【図４】は、本発明の原理による、低ドロップアウトレギュレータの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、本発明のより全体を説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本発明が本発明の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。図面は、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではなく、本発明を明確に例示するように構成されている。図面の異なる図における同じ要素は、同じ参照符号によって示される。
【００２２】
図１は、マイクロフォンアレイ１００の原理的なブロック図を示す。アレイは、互いに１Ｄ、２Ｄ、又は３Ｄの関係で配置された例示的な数の５つの個別のマイクロフォン回路１１０、１１２を備える。マイクロフォン回路１１０、１１２は、出力端子１１１に音声出力信号を発生する。マイクロフォン回路１１０、１１２からの全てのオーディオ信号は、加算ノード１２０において１つにまとめられる。加算ノード１２０の出力は、信号プロセッサに転送され、まとめられたオーディオ信号に対して後続の演算を実行する。１つの個別のマイクロフォン回路１１０は、通常、任意の方向から来る音に等しく応答することである全方向性ピックアップ応答を有し、又、アレイ状に配置された複数のマイクロフォンは、図示された音受信領域１３０のような指向性応答又はビームパターンを形成する。ビーム形成マイクロフォンアレイは、１つ以上の特定の方向から来る音に対して、他の方向から来る音よりも感度が高いように設計することができる。この機能は、ラップトップ、スマートフォン、タブレットなどのスマート電子デバイスにおける遠隔音声認識機能に有用である。図１に示される例示的な直線配置では、受音領域１３０として示されるアレイの広い側からの音波が、ピックアップされる。アレイ内のマイクロフォンの数は、例えば、３〜１０個、又は２０個、又は更に多くのマイクロフォンを線形もしくは２Ｄもしくは３Ｄ配置で設置して、変化させることができる。
【００２３】
図２は、本発明の原理によるマイクロフォンアレイのブロック図を示す。マイクロフォンアレイは、多数のマイクロフォン回路を含み、その例示的なマイクロフォン回路２３０、２５０が示されている。各マイクロフォン回路２３０、２５０は、同一の構成である。マイクロフォン回路２３０は、音声増幅器２３４に転送される電気音声出力信号を生成するＭＥＭＳトランスデューサ２３５を含む。増幅器２３４は、音声加算ノード１２０に送られる音声出力信号を端子２３７に発生する。増幅器２３４への供給電力は電圧レギュレータ回路２３２によって提供され、この電圧レギュレータ回路２３２は、以下でより詳細に説明する低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータ２３２であってもよい。ＬＤＯレギュレータ２３２は、スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）回路２２０によって生成された入力電圧を受け取る。システムは、ＳＭＰＳ２２２の入力端子２２１に変化量が非常に大きな出力電圧を供給するバッテリ電源２１０によって電力供給される。バッテリ２１０から供給される電圧は、バッテリの充電状態に依存し、満充電時の約３．６Ｖから、充電残量がわずかのときの約１．６４Ｖまで変化し得る。ＳＭＰＳ２２０は、クロックに従って動作し、その出力端子２２５に降圧変換された一定の出力電圧を生成し、ＬＤＯレギュレータ２３２は、その電圧をオーディオ増幅器２３４のための適切な電源電圧までさらに調整する。
【００２４】
ＳＭＰＳ２２０は、入力端子２２１からの電圧を出力端子２２５でより低い電圧に変換する。ＳＭＰＳ２２０の動作は、クロック端子２２４におけるクロック信号ＣＬＫによって制御される。モニタ回路２２２は、入力端子２２１におけるバッテリ電圧を監視し、バッテリ２１０からの電圧が高いか低いかを判定する。具体的には、モニタ回路２２２は、バッテリ２１０からの電圧をしきい値と比較して、高バッテリ電圧が存在するか低バッテリ電圧が存在するかを判定する。モニタ回路２２２は、一般に、内蔵標準電池エネルギーモニタモジュールとして電池式装置内に存在する。モニタ回路２２２で生成された判定信号は、クロック信号ＣＬＫを生成する制御回路２２３に送られる。クロック信号制御回路２２３は、スマート通信又はコンピューティングデバイスに一般に存在する標準的なマイクロコントローラモジュールにおいて実現することができる。
【００２５】
モニタ回路２２２からの出力信号が高バッテリ電圧を示す場合、クロック信号ＣＬＫは、出力端子２２５におけるＳＭＰＳ２２０の出力電圧が比較的高くなるように制御される。モニタ回路２２２からの信号が、低バッテリ電圧を示す場合、クロック信号ＣＬＫは、端子２２５における出力電圧が低くなるように制御される。クロック信号ＣＬＫは、高い出力電圧を生成するために高いデューティサイクルを有するか、又は低い出力電圧を生成するために低いデューティサイクルを有する。適切な出力電圧は、高出力電圧に対しては約２．５Ｖであり、低出力電圧に対しては１．６Ｖである。システム要件に応じて、他の電圧も設定可能である。出力端子２２５における電圧は、マイクロフォン回路２３０、２５０の電圧検出器２３１に送られるので、ＳＭＰＳ２２０からの出力電圧は、高い目標値又は低い目標値の近傍でわずかに変化することが許容される。端子２２５における出力電圧は、ＳＭＰＳ２２０の動作がクロックで駆動されるとき、リップルを含み得る。マイクロフォン回路内の電圧レギュレータ回路２３２は、リップルをフィルタで除去し、規定されたレベルで一定値に調整された電圧を増幅器２３４に供給する。
【００２６】
マイクロフォン回路２３０、２５０の各々は、電圧検出器２３１を含む。電圧検出器２３１は、ＳＭＰＳ２２０からの高い（例えば２．５Ｖ）又は低い（例えば１．６Ｖ）出力電圧のいずれが供給されるかを検出する。電圧検出器２３１は、ＳＭＰＳ２２０からの出力電圧をしきい値と比較して、高電圧が存在するか低電圧が存在するかを判定する比較器であってよい。しきい値は、例えば、２Ｖとすることができる。電圧検出器２３１からの出力信号は、ＬＤＯレギュレータ２３２に送られる。ＬＤＯレギュレータ２３２は、電圧検出器２３１からの出力信号に応じて、高い（例えば２．３Ｖ）又は低い（例えば１．４Ｖ）出力電圧を増幅器２３４に出力し、後者は、ＳＭＰＳ２２０の出力電圧の高低に対応する。端子２２５におけるＳＭＰＳ２２０及び端子２３６におけるＬＤＯレギュレータ２３２の出力電圧、ならびに電圧検出器２３１の出力における制御信号ＣＯＮは、以下の表に要約される。
2019215854.tif 000003
【００２７】
消費電力に関して、バックコンバータとして実現されたＳＭＰＳ２２０は、比較的少ない動作電力しか消費しないので、ＳＭＰＳ２２０における電圧変換の損失は、１０％以下の範囲と低く、効率は９０％以上の範囲と高い。これは、端子２２１、２２５における入力電圧と出力電圧との間の電圧差とは実質的に無関係であることに留意されたい。
【００２８】
ＬＤＯレギュレータ２３２における消費電力は、レギュレータ２３２における電圧降下に依存する。ＬＤＯレギュレータ２３２における出力電圧は、入力電圧のレベルに依存して高出力電圧と低出力電圧との間で切り換えられるので、ＬＤＯレギュレータ２３２における電圧降下は低く、例えば０．２Ｖであり、従来のシステムにおけるように過度に高くないことを保証することができる。オーディオ増幅器は、約２００μＡの電流を消費することができ、その結果、高電圧モード及び低電圧モードに対するＬＤＯレギュレータ２３２における消費電力は、以下のように計算することができる。
高出力電圧：  （２．５−２．３）Ｖ＊２００μＡ＝４０μＷ
低出力電圧：  （１．６−１．４）Ｖ＊２００μＡ＝４０μＷ
【００２９】
図１のサンプルアレイでは、５つのマイクロフォンの消費電力は、合計で５×４０μＷ＝２００μＷである。バッテリ電圧と増幅器に供給される電圧との間の電圧降下が、そのまま全部ＬＤＯレギュレータの電圧降下となる従来のシステムでは、ＬＤＯレギュレータにおける消費電力がはるかに高くなり、バッテリが満充電のときには、１つのマイクロフォンにだけで約４００μＷまで達してしまう。各々のＬＤＯについて約４００μＷがすべて熱として放散されることから、複数のマイクロフォンを含むマイクロフォンアレイとしては、ほとんど許容できない量の消費電力につながる。
【００３０】
全体として、バッテリモニタ回路２２２が高バッテリ電圧を決定することで、制御回路２２３が高デューティサイクルのクロック信号ＣＬＫを生成し、ＳＭＰＳ２２０が高電圧を生成する。この出力電圧は、ＬＤＯレギュレータ２３２に高出力電圧を出力させる制御信号ＣＯＮを生成する電圧検出器２３１によって高電圧として決定される。他の動作モードでは、バッテリモニタ回路２２２は低バッテリ電圧を決定し、制御回路２２３が低デューティサイクルクロック信号ＣＬＫを生成し、ＳＭＰＳ２２０が、ＬＤＯレギュレータ２３２に低出力電圧を生成させる電圧検出器２３１によって決定される。
【００３１】
上述の２つの電力モードでは、マイクロフォンアレイは、オーディオ増幅器２３４の２つの歪みモードで動作することができる。バッテリ２１０によるシステムの電源電圧が高いとき、端子２３６におけるオーディオ増幅器２３４の電源電圧は高く、その結果、オーディオ増幅器は、ＭＥＭＳトランスデューサ２３５によって生成されるオーディオ信号の大きな信号振幅から効果を得る。このオーディオ増幅器の歪みの低減は、オーディオ信号経路の高い信号対雑音比、及びオーディオ出力２３７におけるオーディオ信号の品質をもたらす。バッテリ２１０からの電源電圧が低いときは、端子２３６におけるオーディオ増幅器２３４の電源電圧は低く、その結果、オーディオ増幅器は、適正な歪みモードで動作し、オーディオ出力２３７におけるオーディオ信号の品質は、適正である。従って、本発明の回路は、出力オーディオ信号の優れた品質又は適正な品質のいずれかを有する２つの歪みモードで動作する可能性を提供する。これは、バッテリの出力電圧に依存して、開示された回路によって自動的に設定される。又、制御回路２２３が対応するコマンドを受信することにより、２つの動作モード間の切り替えを手動で行うことも考えられる。
【００３２】
図３には、バックコンバータ型ＳＭＰＳ２２０の概略図が例示されている。バックコンバータ型ＳＭＰＳ２２０は、スイッチ３３１とインダクタ３３２との直列接続を含む。スイッチ３３１は、クロック入力端子２２４においてクロック信号ＣＬＫで動作する。バックコンバータの入力端子は、バッテリ電源２１０に接続されている。バックコンバータの出力端子２２５はインダクタ３３２に接続されている。ダイオード３３３のカソードは、スイッチ３３１とインダクタ３３２との間のノード３３４に接続されている。ダイオード３３３のアノードは接地電位に接続されている。出力端子２２５と接地電位との間に接続され、出力電圧を緩衝し平滑化するコンデンサ３３５のような他の構成要素は、回路において有用である。クロック信号ＣＬＫは、開ループ又は閉ループの方式で制御することができる。閉ループ構成は、より安定した出力電圧を供給することができるが、より複雑である。又、開ループ構成でも、端子２２５における出力電圧は、ＬＤＯレギュレータに接続された下流において過度に多くの追加の電力を消費することがない、特定の範囲内で変動するだけであるので、許容範囲内であり得る。
【００３３】
図４には、低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータ２３２の概略図が例示されている。この切り替え制御されるＬＤＯレギュレータ２３２は、ドレインソース経路が出力端子２３６と入力端子２２５との間に接続されるｐチャネルＭＯＳトランジスタ４１０を備える。このトランジスタ４１０のゲート端子は、フィードバックループによって制御され、フィードバックループは、切り替え可能な抵抗分圧器４３０を介して、誤差増幅器又は演算相互コンダクタンス増幅器４２０に出力２３６を供給し、トランジスタ４１０のゲート制御端子に戻す。切り替え可能な抵抗分圧器４３０は、抵抗４３１を共通とする２つの抵抗分圧器４３２、４３１及び４３４、４３１を含む。抵抗器４３２及び４３４は、電圧検出器２３１によって生成される制御信号ＣＯＮによって相補的に制御されるスイッチトランジスタ４３３及び４３５によって交互にイネーブルされ得る。信号ＣＯＮ＝１の場合、スイッチトランジスタ４３３は導通し、抵抗分圧器４３２、４３１はイネーブルされる。信号ＣＯＮ＝０であれば、スイッチ４３５は導通し、抵抗分圧器４３４、４３１はイネーブルされる。端子２２５における入力電圧ＶＩＮに依存する端子２３６における出力電圧ＶＲＥＧは、以下のように決定される。
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【００３４】
ここで、Ｒ４は抵抗器４３１の抵抗値であり、Ｒ５は抵抗器４３２の抵抗値であり、Ｒ６は抵抗器４３４の抵抗値である。
【００３５】
分圧器の中間点４３６で得られた電圧は、誤差増幅器４２０に送られる。誤差増幅器は、電流源４２５に接続されたトランジスタ４２３及び４２４の電流スイッチを含む。トランジスタ４２４は、基準電圧ＶＲＥＦによって制御される。トランジスタ４２３は、抵抗分圧器の中間点４３６に接続される。電流スイッチの負荷は、トランジスタ４２１及び４２２のカレントミラー回路を含む。切り替え可能な抵抗分圧器４３０では、抵抗器４３２の抵抗値Ｒ５は、抵抗器４３４の抵抗値Ｒ６よりも大きく、Ｒ５＞Ｒ６を満たす。
【００３６】
本発明は、電力削減効果があるマイクロフォンアレイのための電源スキームを提供し、電池駆動の電子デバイス及びシステムで使用することができる。それは、わずかな電力しか消費しないバックコンバータと、切り替えた出力電圧を有するそれぞれのマイクロフォン回路の切り替えＬＤＯレギュレータと、を使用する。従って、システムのバッテリ電源が高電圧を送達する場合であっても、適正な電力しか消費しない。オーディオ信号経路は、高品質かつ適正な品質モードで動作することができる。
【００３７】
添付の特許請求の範囲に記載されている本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変形を行うことができることは、当業者には明らかであろう。本発明の精神及び内容を組み込んだ開示された実施形態の修正、組み合わせ、下位の組み合わせ、及び変形は、当業者に想起され得るので、本発明は、添付の特許請求の範囲内のすべてを含むように解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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