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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Signalverarbeitungsschaltung für ein digitales Mikrofon, das über ein Clock(CLK)-Signal aktiviert wird und dann synchron zu diesem CLK-Signal mindestens einen seriellen Bitstrom als Mikrofonsignal liefert. Die Signalverarbeitungsschaltung umfasst mindestens einen wahlweise aktivierbaren Hauptprozessor, der das Mikrofonsignal für mindestens eine Mikrofonanwendung wahlweise abruft und verarbeitet.
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Von großer Bedeutung ist der Einsatz von digitalen Mikrofonen im Rahmen von Mobilfunkgeräten. Bei dieser Anwendung ist das digitale Mikrofon meist über eine PDM- oder I2S-Schnittstelle an den Hauptprozessor angeschlossen, über die der Hauptprozessor ein CLK-Signal an das digitale Mikrofon liefert, um ein Mikrofonsignal im PCM-Code zu erhalten. Dazu muss der serielle Bitstrom des digitalen Mikrofons herabgesampled und gefiltert werden. Im Fall einer PDM-Schnittstelle erfolgen diese beiden Verarbeitungsschritte im Hauptprozessor, während sie bei einer I2S-Schnittstelle in die Signalverarbeitung des digitalen Mikrofons integriert sind. Im Falle einer I2S-Schnittstelle liefert der Applikationsprozessor zusätzlich zum CLK-Signal auch noch ein Word Select(WS)-Signal, um die zeitliche Referenz für die Datenworte im seriellen Bitstrom des digitalen Mikrofons zu markieren. Da der Stromverbrauch des Hauptprozessors relativ hoch ist, wird er möglichst nur dann aktiviert, wenn das Mikrofonsignal für die vom Hauptprozessor unterstützten Mikrofonanwendungen benötigt wird, im Falle eines Mobilfunkgeräts insbesondere zur Sprachübertragung oder -aufzeichnung. Der Hauptprozessor wird dann für die Benutzungsdauer aktiv geschaltet. Andernfalls wird er im „Stand-by“-Modus betrieben.
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Viele Mobilfunkgeräte sind heute mit Zusatzfunktionen ausgestattet, die nicht in unmittelbarem Zusammenhang zur Telefonfunktion des Mobilfunkgeräts stehen und eine zusätzliche Sensorik erfordern. Die Verarbeitung und Integration der unterschiedlichen Sensorsignale erfolgt häufig mit Hilfe eines eigenen Signalprozessors, wie z.B. eines sogenannten Sensor Hubs. Dabei handelt es sich um einen speziell für Sensoranwendungen optimierten Coprozessor mit minimalem Stromverbrauch, der den Hauptprozessor des Geräts entlastet und zu einer Performanceverbesserung beiträgt.
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Aus der Praxis sind auch Zusatzfunktionen bekannt, die Informationen des Mikrofonsignals nutzen können, wie z.B. eine Sprachverarbeitung zur „key word“-Erkennung oder eine Kontexterkennung, die das Mikrofonsignal nach Umgebungsgeräuschen auswertet. Derzeit können diese Zusatzfunktionen nicht ausgeübt werden, wenn sich der Hauptprozessor im „Stand-by“-Modus befindet oder aus anderen Gründen kein CLK-Signal für das digitale Mikrofon erzeugt, da das digitale Mikrofon dann kein Mikrofonsignal liefert. Nur wenn der Hauptprozessor aktiviert ist und ein CLK-Signal für das digitale Mikrofon generiert, können auch die auf dem Mikrofonsignal beruhenden Zusatzfunktionen abgerufen werden, auch wenn diese in keinem unmittelbaren Zusammenhang zu den vom Hauptprozessor unterstützten Mikrofonanwendungen stehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Mit der vorliegenden Erfindung werden Maßnahmen vorgeschlagen, durch die das Signal eines digitalen Mikrofons unabhängig vom Betriebszustand des Hauptprozessors auch für Sensorfunktionen genutzt werden kann, ohne die vom Hauptprozessor unterstützten Mikrofonfunktionen zu beeinträchtigen.
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Dies wird erfindungsgemäß mit Hilfe mindestens eines ansteuerbaren Signalprozessors erreicht, der zwischen das digitale Mikrofon und den Hauptprozessor geschaltet ist, so dass der Signalprozessor auf den seriellen Bitstrom des digitalen Mikrofons zugreifen kann und wahlweise ein CLK-Signal für das digitale Mikrofon erzeugen kann.
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Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass das CLK-Signal für das digitale Mikrofon nicht zwangsläufig vom Hauptprozessor geliefert werden muss, sondern auch anderweitig generiert und dem digitalen Mikrofon zugeleitet werden kann. Des Weiteren ist erkannt worden, dass ein Signalprozessor, der beispielsweise zur Koordinierung und Auswertung von zusätzlichen Sensoren des Geräts genutzt wird, auch ein CLK-Signal für ein digitales Mikrofon erzeugen kann. Schließlich ist noch erkannt worden, dass ein solcher Signalprozessor so zwischen den Applikationsprozessor und das digitale Mikrofon geschaltet werden kann, dass das Mikrofonsignal wahlweise vom Hauptprozessor abrufbar ist, dass der Signalprozessor das digitale Mikrofon aber auch unabhängig vom Betriebszustand des Hauptprozessors aktivieren kann. Dadurch kann das digitale Mikrofon auch als Sensor genutzt werden, der die Sensorik des Geräts ergänzt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ruft der Hauptprozessor das Mikrofonsignal über den Signalprozessor ab. Dazu leitet der Hauptprozessor dem Signalprozessor im Bedarfsfall, also wenn eine vom Hauptprozessor unterstützte Mikrofonanwendung aufgerufen wird, eine Anforderungs-Steuerinformation zu. Bei dieser Anforderungs-Steuerinformation kann es sich um das CLK-Signal für das digitale Mikrofon handeln, das der Signalprozessor dann vorteilhafterweise unverändert an das digitale Mikrofon weiterleitet. Wenn der Hauptprozessor und das digitale Mikrofon über eine I2S-Schnittstelle miteinander verbunden sind, liefert der Hauptprozessor zusammen mit dem CLK-Signal ein Word Select(WS)-Signal für das digitale Mikrofon, das dazu dient, die zeitliche Referenz für die Datenworte im seriellen Bitstrom zu markieren. In diesem Fall leitet der Signalprozessor vorteilhafterweise nicht nur das CLK-Signal sondern auch das WS-Signal des Hauptprozessors unverändert an das digitale Mikrofon weiter.
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Bei der Anforderungs-Steuerinformation kann es sich aber auch um eine vom CLK-Signal unabhängige Steuerinformation handeln. Der Hauptprozessor muss nämlich nicht zwangsläufig ein eigenes CLK-Signal und ggf. WS-Signal für das digitale Mikrofon erzeugen, sondern kann diese Funktionen auch gänzlich auf den Signalprozessor übertragen. In diesem Fall generiert der Signalprozessor bei Empfang einer Anforderungs-Steuerinformation des Hauptprozessors ein CLK-Signal und ggf. ein WS-Signal und leitet diese Signale in beide Richtungen, d.h. sowohl an das digitale Mikrofon als auch an den Hauptprozessor, weiter.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Signalprozessor nicht nur mit Mitteln zum Erzeugen eines CLK-Signals ausgestattet sondern auch mit Mitteln zum Erkennen, ob der Hauptprozessor ein CLK-Signal an das digitale Mikrofon liefert. Bei dieser Ausführungsform liefert der Signalprozessor nur dann ein CLK-Signal für das digitale Mikrofon, wenn der Hauptprozessor kein CLK-Signal liefert, also insbesondere wenn sich der Hauptprozessor im „Stand-by“-Modus befindet. Bei dieser Variante ist sichergestellt, dass dem digitalen Mikrofon immer nur ein CLK-Signal zugeleitet wird, und zwar entweder vom Hauptprozessor oder vom Signalprozessor.
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Bei Empfang einer Anforderungs-Steuerinformation vom Hauptprozessor kann der Signalprozessor den seriellen Bitstrom des digitalen Mikrofons einfach an den Hauptprozessor weiterleiten. In diesem Fall wird die Signalübertragung zwischen dem digitalen Mikrofon und dem Hauptprozessor überhaupt nicht durch den Signalprozessor beeinflusst. Diese für den Hauptprozessor vollständig transparente Schaltungsvariante ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Hauptprozessor und das digitale Mikrofon über Anschlüsse des gleichen Typs miteinander verbunden sind, insbesondere über eine PDM-Schnittstelle oder über eine I2S-Schnittstelle.
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Im Signalprozessor kann aber auch eine Vorverarbeitung des Mikrofonsignals vorgenommen werden, bevor dieses an den Hauptprozessor weitergeleitet wird. Bei einer Software-basierten Signalübertragung zwischen dem digitalen Mikrofon und dem Hauptprozessor wird das Mikrofonsignal beispielsweise im Signalprozessor zwischengespeichert, bevor es an den Hauptprozessor weitergeleitet wird. Eine Vorverarbeitung des Mikrofonsignals im Signalprozessor erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn das digitale Mikrofon nur über einen PDM-Anschluss verfügt, während der Hauptprozessor nur mit einem I2S-Anschluss für das digitale Mikrofon ausgestattet ist. In diesem Fall kann der Signalprozessor den seriellen Bitstrom des digitalen Mikrofons unter Zugrundelegung des WS-Signals des Hauptprozessors herabsamplen und filtern, um das PDM-Signal des Mikrofons in ein I2S-Signal umzuwandeln und an den Hauptprozessor weiterzuleiten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nimmt der Signalprozessor eine kontinuierliche Auswertung des Mikrofonsignals vor, unabhängig davon, ob das digitale Mikrofon durch das CLK-Signal des Hauptprozessors aktiviert wird oder durch das CLK-Signal des Signalprozessors. Das Mikrofonsignal wird in diesem Fall genauso behandelt wie die Daten eines Sensors, die kontinuierlich erfasst und ausgewertet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die nachgeordneten Patentansprüche verwiesen und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figur.
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Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitungsschaltung für ein digitales Mikrofon 10.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die in der einzigen Figur dargestellte Schaltungsanordnung kann beispielsweises im Rahmen eines Mobilfunkgeräts eingesetzt werden. Der Hauptprozessor des Geräts wird nachfolgend als Applikationsprozessor 20 bezeichnet. Als Signalprozessor fungiert ein Sensor Hub 300, an den neben dem digitalen Mikrofon 10 auch noch weitere hier nicht dargestellte Sensoren angeschlossen sind.
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Das digitale Mikrofon 10 ist mit einer Schnittstelle 11, 12 für einen Applikationsprozessor 20 ausgestattet. Dabei kann es sich um eine PDM- oder I2S-Schnittstelle handeln. Jedenfalls umfasst sie einen Signaleingang 11 für ein CLK-Signal und einen Signalausgang 12 für das digitalisierte Mikrofonsignal. Der serielle Bitstrom des Mikrofonsignals ist mit dem anliegenden CLK-Signal synchronisiert und gibt die Auslenkungen einer Mikrofonmembran wieder. Wenn es sich um eine I2S-Schnittstelle handelt, wird dem Mikrofon 10 über den Signaleingang 11 zusätzlich zum CLK-Signal auch noch ein WS-Signal zugeleitet, mit dem die zeitliche Referenz der Datenworte im seriellen Bitstrom markiert wird. Das Mikrofon 10 kann nur dann ein Mikrofonsignal im PDM- oder I2S-Format liefern, wenn am Signaleingang 11 ein CLK-Signal anliegt. Im Fall einer I2S-Schnittstelle benötigt das Mikrofon 10 dafür außerdem auch noch ein WS-Signal.
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Das digitale Mikrofon 10 ist über die Schnittstelle 11, 12 mit einem Applikationsprozessor 20 verbunden, der die Hauptanwendung des digitalen Mikrofons 10 im Rahmen eines Mobilfunkgeräts unterstützt, nämlich die Mikrofonfunktion zur Sprachübertragung und Sprachaufzeichnung. Die entsprechende Schnittstelle 21, 22 des Applikationsprozessors 20 ist mit der Schnittstelle 11, 12 des digitalen Mikrofons 10 kompatibel. Im einfachsten Fall ist sie vom selben Typ, wie die Schnittstelle 11, 12 des Mikrofons 10. Es kann sich aber auch um eine I2S-Schnittstelle handeln, wenn das Mikrofon 10 mit einer PDM-Schnittstelle ausgestattet ist. In jedem Fall generiert der Applikationsprozessor 20 ein CLK-Signal zur Aktivierung des digitalen Mikrofons 10. Dieses CLK-Signal wird ggf. zusammen mit einem WS-Signal am Signalausgang 21 der PDM- bzw. I2S-Schnittstelle bereitgestellt. Außerdem übernimmt der Applikationsprozessor 20 zumindest einen wesentlichen Teil der Signalverarbeitung des Mikrofonsignals, das ihm über den Signaleingang 22 zugeleitet wird. Da der Stromverbrauch des Applikationsprozessors 20 relativ hoch ist, wird er nur im Bedarfsfall aktiviert, also nur wenn eine Sprachübertragung oder -aufzeichnung tatsächlich stattfindet. Andernfalls wird der Applikationsprozessor 20 im „Stand-by“-Modus betrieben. In diesem „Stromspar“-Modus findet weder eine Signalverarbeitung statt noch wird ein CLK-Signal und/oder WS-Signal generiert.
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Erfindungsgemäß umfasst die dargestellte Signalverarbeitungsschaltung schließlich noch einen ansteuerbaren Sensor Hub 300, der zwischen das digitale Mikrofon 10 und den Applikationsprozessor 20 geschaltet ist. Eine wesentliche Komponente des Sensor Hubs 300 ist ein MIC IN-Block 30, der erkennt, ob der Applikationsprozessor 20 ein CLK-Signal für das digitale Mikrofon 10 liefert. Dazu ist der CLK-Ausgang 21 des Applikationsprozessors 20 mit einem DET-Eingang 31 des MIC IN-Blocks 30 verbunden. Des Weiteren umfasst der MIC IN-Block 30 Mittel zum Generieren eines CLK-Signals, das über einen CLK-Ausgang 32 wahlweise an den CLK-Eingang 11 des Mikrofons 10 angelegt werden kann. Vorteilhafterweise generiert der MIC IN-Block 30 des Sensor Hubs 300 nur dann ein solches CLK-Signal, wenn der Applikationsprozessor 20 im „Stand-by“-Modus betrieben wird oder aus anderen Gründen kein CLK-Signal für das Mikrofon 10 liefert. Dadurch wird sichergestellt, dass immer nur ein CLK-Signal am CLK-Eingang 11 des Mikrofons 10 anliegt. Schließlich umfasst der MIC IN-Block 30 noch einen DATA-Eingang 33 für das Mikrofonsignal, das über einen Signaleingang 301 und einen Signalausgang 302 durch den Sensor Hub 300 geleitet wird und im MIC IN-Block 30 als Sensorsignal ausgewertet wird. Diese Signalauswertung erfolgt unabhängig davon, ob das Mikrofon 10 durch den Applikationsprozessor 20 oder durch den Sensor Hub 300 aktiviert wird und also auch unabhängig von der Signalverarbeitung des Mikrofonsignals im Applikationsprozessor 20.
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Das CLK-Signal des Applikationsprozessors 20 wird über den CLK-Eingang 303 des Sensor Hubs 300 zum einen an den DET-Eingang 31 des MIC IN Blocks 30 geführt und zum anderen an einen Eingang eines Multiplexer-Schaltelements 35. Wenn der MIC IN-Block 30 erkennt, dass der Applikationsprozessor 20 ein CLK Signal liefert, dann leitet er dieses CLK-Signal ggf. zusammen mit dem WS-Signal unverändert über das Multiplexer-Schaltelement 35 und den CLK-Ausgang 304 des Sensor Hubs 300 an das digitale Mikrofon 10 weiter. Wenn die Schnittstelle 11, 12 des Mikrofons 10 und die Schnittstelle 21, 22 des Applikationsprozessors 20 vom selben Typ sind, also entweder beide PDM-Schnittstellen oder beide I2S-Schnittstellen, dann kann das Mikrofonsignal ebenfalls einfach unverändert an den Applikationsprozessor 20 durchgereicht werden. Der Sensor Hub 300 bzw. der MIC IN Block 30 des Sensor Hubs 300 kann aber auch eine Umwandlung des Mikrofonsignals vornehmen, wenn das Mikrofon 10 mit einer PDM-Schnittstelle 11, 12 ausgestattet ist und es sich bei dem Mikrofonanschluss 21, 22 des Applikationsprozessors 20 um eine I2S-Schnittstelle handelt. In diesem Fall wird das PDM-Mikrofonsignal im MIC IN-Block 30 herabgesampled und gefiltert und erst danach unter Berücksichtigung des WS-Signals als I2S-Mikrofonsignal an den Applikationsprozessor 20 weitergeleitet.
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Wenn der Applikationsprozessor 20 kein CLK-Signal liefert, der MIC IN-Block 30 also kein CLK-Signal erkennt, dann generiert der MIC IN-Block 30 des Sensor Hubs 300 selbst ein CLK-Signal, das dem CLK-Eingang 11 des digitalen Mikrofons 10 zugeleitet wird. Dadurch wird das digitale Mikrofon 10 unabhängig vom Applikationsprozessor 20 aktiviert. Das resultierende Mikrofonsignal wird in diesem Fall nur als Sensorsignal im MIC IN-Block 30 des Sensor Hubs 300 verarbeitet. Mit Hilfe des Sensor Hubs 300 kann das digitale Mikrofon 10 also auch betrieben werden, wenn sich der Applikationsprozessor 20 im „Stand-by“-Modus befindet. Das Multiplexer-Schaltelement 35 garantiert, dass am CLK-Eingang 11 des Mikrofons 10 immer nur ein CLK-Signal anliegt, entweder das CLK-Signal des Applikationsprozessors 20 oder das CLK-Signal des Sensor Hubs 300.
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Wenn der Applikationsprozessor 20 den CLK-Ausgang 21 im „Stand-by“-Modus auf Tristate schalten kann, können der CLK-Ausgang 304 des Sensor Hubs 300 und der CLK-Ausgang 21 des Applikationsprozessors 20 zusammen geschaltet werden. Der Mikrofonausgang 12 kann auch parallel an den Sensor Hub 300 und den Applikationsprozessor 20 geschaltet werden, wenn der Applikationsprozessor 20 im „Stand-by“-Modus nicht dadurch beeinflusst wird.
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Einige Zusatzfunktionen, wie z.B. eine Richtungserkennung, werten die Mikrofonsignale von mehreren voneinander beabstandeten Mikrofonen aus. Für eine derartige Anwendung kann die hier dargestellte Signalverarbeitungsschaltung auch mit zwei Mikrofonen betrieben werden. Dazu werden die beiden Mikrofone parallel an den Applikationsprozessor und den Sensor Hub angeschlossen. Das Mikrofonsignal des einen Mikrofons wird in diesem Fall mit der steigenden Flanke des CLK-Signals bei PDM oder des WS-Signals bei I2S synchronisiert, während der serielle Bitstrom des anderen Mikrofons mit der fallenden Flanke des CLK- bzw. WS-Signals synchronisiert wird.