阅读说明：本技术 使用跟踪信号的后线性化系统和方法 (Post-linearization system and method using tracking signals ) 是由 K·S·贝特尔森 M·昆特兹曼 C·弗斯特 桑·博克·李 M·沙扬 V·钱德拉塞克兰 于 2018-06-26 设计创作，主要内容包括：麦克风组件包括声换能器和被配置为从声换能器接收输出信号的音频信号电路。输出信号包括音频信号分量和跟踪信号分量。音频信号分量表示由声换能器检测到的声信号,并且跟踪信号分量基于施加到声换能器的输入跟踪信号。音频信号电路包括：被配置为将输出信号转换为数字信号的模数转换器,被配置为将来自数字信号的跟踪信号分量与音频信号分量分离开的提取电路,被配置为根据跟踪信号分量估计跟踪信号包络的包络估计电路,以及被配置为使用跟踪信号包络来减少音频信号分量中的失真的信号校正电路。(The microphone assembly includes an acoustic transducer and an audio signal circuit configured to receive an output signal from the acoustic transducer. The output signal includes an audio signal component and a tracking signal component. The audio signal component represents an acoustic signal detected by the acoustic transducer, and the tracking signal component is based on an input tracking signal applied to the acoustic transducer. The audio signal circuit includes: the apparatus includes an analog-to-digital converter configured to convert an output signal to a digital signal, an extraction circuit configured to separate a tracking signal component from the digital signal from an audio signal component, an envelope estimation circuit configured to estimate a tracking signal envelope from the tracking signal component, and a signal correction circuit configured to reduce distortion in the audio signal component using the tracking signal envelope.)

使用跟踪信号的后线性化系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年6月27日提交的美国临时专利申请No.62/525,640的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

麦克风被广泛用于各种应用中，例如用于智能手机、移动电话、平板电脑、头戴式耳机、助听器、传感器、机动车等中。期望提高这种麦克风的音质。当今的麦克风由于其配置和工作方式而受到限制。

具体实施方式

本公开总体上涉及一种补偿包括声换能器和处理电路的麦克风组件的输出中的失真的系统和方法。通常，麦克风组件的输出中的失真至少部分归因于声换能器和处理电路中的非线性。在电容式MEMS麦克风中，所述非线性可能是由于振膜的弯曲(尤其是在较高声压级下)以及振膜偏移的不对称性等因素所致。处理电路中的非线性可能是由于接收和处理来自声换能器的模拟输出信号和/或声换能器与处理电路之间的电荷分享等因素所致。其他类型的MEMS麦克风(例如，压电换能器或光换能器)中的非线性可能是由其他来源引起的。

随着声压级的增加，声换能器的非线性趋于增加，这反过来又增加了麦克风组件的输出中的失真。失真可以包括谐波分量、互调分量或其他失真分量。这些失真分量会影响音质，因此是不希望的。失真可以表示为麦克风组件的输出相对于施加于声换能器的声输入信号的偏差的百分比。

本公开提供了识别麦克风组件的输出中的失真并补偿该失真的系统和方法。所述失真是使用已知的输入跟踪信号确定的。在需要偏置电压的实现中，经由偏置电压向声换能器输入输入跟踪信号。例如，在电容式声换能器中，由电荷泵施加偏置电压，因此输入跟踪信号可以与电荷泵信号组合。其他类型的声换能器可以具有其他偏置电压源，通过这些偏置电压源可以向声换能器施加输入跟踪信号。在其他实施方式中，输入跟踪信号作为声信号被输入到声换能器。声换能器的输出信号包括基于输入跟踪信号的跟踪信号分量和表示被施加到声换能器的声输入信号的音频信号分量。如上所述，音频信号分量可能会失真，尤其是在声压级较高时。

通过观察跟踪信号分量的变化，可以识别并补偿音频信号分量中的失真。具体地，输入跟踪信号是静态信号，其频率和幅度是已知的。声换能器和处理电路的非线性也会引起输入跟踪信号的失真。输入跟踪信号中的失真可用于检测并补偿音频信号分量中的失真。

图1是具有微机电系统(MEMS)声传感器105和处理电路110的麦克风组件100。麦克风组件100将声输入信号(例如，气压的变化)转换成电信号。MEMS声传感器105可以被实现为电容(capacitive)传感器或电容式(condenser)传感器，或压电传感器或光传感器。在图1中，声传感器105是具有背板115和振膜120的电容传感器。麦克风组件100还包括限定封闭容积130的壳体125。壳体125包括基部135和固定至基部并保护设置在其中的声传感器105和处理电路110的盖140。壳体125中的声端口145允许声传感器105感测壳体外部的气压变化。基部135可以具体实施为具有形成PCB的嵌入式导线的分层材料，比如FR4。盖140可以具体实施为金属容器或分层FR4材料，其也可以包括嵌入式导线。盖140也可以由诸如塑料和陶瓷的其他材料形成，并且壳体通常可以包括电磁屏蔽。

在一些实施方式中，壳体125包括在其表面上的外部触点，这形成了外部设备接口，也称为物理接口，所述外部设备接口用于在回流焊或波峰焊操作中与主机设备集成。在一些实施方式中，外部设备接口包括电源、接地、时钟、数据和选择触点。但是，构成外部设备接口的特定触点取决于在麦克风组件100和主机设备之间进行数据通信的协议。这样的协议包括但不限于PDM、SoundWire、I2S和I2C等。

处理电路110(此处也称为电路、音频信号处理电路或音频信号电路)被配置为从声传感器105接收电信号(此处也称为换能器输出信号或输出信号)。使用一个或多个接合线150，可以在工作上将声传感器105连接到处理电路110。在其他实施方式中，可以使用其他连接机制(例如通孔、迹线、电连接器等)将声传感器105电连接到处理电路110。在处理来自声传感器105的电信号之后，处理电路110在麦克风组件的输出或接口处提供经处理的电信号或麦克风信号以供计算使用或供主机设备(例如智能手机)使用。

在此仅讨论麦克风组件100的某些部件。可以用来实现本文描述的功能和/或所讨论的设备的其他功能的其他部件(例如电动机、电荷泵、电源、滤波器、电阻器等)并未被详细讨论，而是在本公开的范围内被设想和考虑。

另外，设想了麦克风组件100中的几种变型。例如，尽管将处理电路110和声传感器105示出为单独的部件，但是在一些实施方式中，可以将处理电路和声传感器一起集成为单个部件。在一些实施方式中，声传感器105和处理电路110中的任一者或两者可以由使用例如混合信号互补金属氧化物半导体器件的半导体管芯构成。在其他实施方式中，可以使用其他技术来构造声传感器105和处理电路110。在一些实施方式中，处理电路110可以被配置为专用集成电路(ASIC)。

在图2中，声换能器200包括背板205、振膜210和声端口215。声换能器200类似于上面图1的声传感器105。响应于声端口215处的声压级(“SPL”)的变化，振膜210相对于背板205弯曲。振膜210的这种弯曲可能使声换能器200的输出信号失真，尤其是在较高的声压级下。对于相对小的偏移，振膜210与背板205之间的距离在中心位置220处和在边缘位置225处基本相等，因此，声换能器200的输出信号基本上是声输入信号的精确再现。

然而，在较高的SPL时，振膜210偏移更大，如扩大的位置230和235所示。在位置230或235中，背板205与振膜210之间在中心位置220处的距离相对于背板205与振膜210之间在边缘位置225处的距离不相等。振膜210的朝向背板205和远离背板205的不对称偏移等原因会在输出信号中产生失真。处理电路可能会引入附加的失真。因此，从具有声换能器200的麦克风组件输出的麦克风信号不是声输入信号的基本精确再现。

在图3中，曲线图300绘制了x轴305上以分贝为单位的SPL与y轴310上以百分比为单位的总谐波失真的关系，以示出模拟输出信号与测量输出信号之间的差异。具体地，曲线图300示出了MEMS声换能器的模拟输出信号的第一绘制315和测量输出信号的第二绘制320。可以针对麦克风组件的输出(即，声换能器和处理电路的输出)产生类似的图。第一绘制315表示声换能器，其在低SPL(例如，小于125-130dB SPL)和高SPL(例如，大于125-130dBSPL)两者下基本上是线性的。第二绘制320例示了在高SPL下非线性(如区域325所示)的声换能器。因此，在理想情况下，即使在高SPL下，声换能器也是线性的，但是实际上，随着SPL增加，声换能器会变为非线性的。

图4A示出了曲线图400，曲线图400绘制了x轴405上的时间样本与y轴410上的SPL。曲线图400示出了表示在10赫兹(10Hz)的频率以一百三十四分贝(134dB)SPL的高SPL值向声换能器(例如，声换能器)施加的或由声换能器检测到的声输入信号的输入绘制415。图4B示出了曲线图420，曲线图420绘制了x轴425上的时间样本与y轴430上的由声换能器测量到的振膜与背板(例如，图2中的振膜210和背板205)之间的电容。曲线图420示出了输出绘制435，输出绘制435表示来自声换能器的输出信号，并且特别地，表示输出信号中的电容相对于由图4A的输入绘制415表示的声输入信号的变化。通过将曲线图400与曲线图420进行比较，可以看出输出信号未跟踪声输入信号(即，输出信号相对于声输入信号失真)。声换能器中的非线性导致输出信号相对于声输入信号的变化。可以针对由麦克风组件输出的麦克风信号进行类似于图4B的绘制，其中失真是由声换能器和处理电路两者中的非线性引起的。通过识别和补偿非线性，可以使声换能器的输出信号和/或麦克风组件的麦克风信号基本复制表示声输入信号的输入绘制415，从而减少失真并改善音质。

在一些实施方式中，可以使用输入跟踪信号来跟踪或确定输出信号和/或麦克风信号中的失真。具体地，当输入跟踪信号被输入到声换能器(例如，声换能器200)中时，来自声换能器的输出信号包括音频信号分量和跟踪信号分量。由于输出信号由麦克风组件(例如，麦克风组件100)的处理电路(例如，处理电路110)处理，输出信号可能由于处理电路引入的非线性而变得进一步失真。由声换能器和处理电路引入的失真反映在麦克风信号的音频信号分量中。跟踪信号分量会经受与音频信号分量相同(或基本相同)的失真。通过对跟踪信号分量相对于已知输入跟踪信号的变化进行跟踪，可以识别并补偿音频信号分量中的失真。

图5是麦克风组件500的示意图，其示出了经由输入信号510向声换能器535引入输入跟踪信号505。输入跟踪信号505是由跟踪信号发生器515生成的已知信号。跟踪信号发生器515可以是波发生器或者能够产生正弦波、方波或其他已知信号的另一设备。在一些实施方式中，输入跟踪信号505是高频信号，其频率大于正常音频频带，并且可能大于超声信号。附加地，以位于或基本位于麦克风组件500的线性范围内的声压级来生成输入跟踪信号505。

例如，在一些实施方式中，输入跟踪信号505可以是四十八千赫兹(48kHz)信号、九十六(96)kHz信号、一百九十二(192)kHz信号或三百八十四(384)kHz信号。在其他实施方式中，其他频率可以用于输入跟踪信号505。类似地，在一些实施方式中，输入跟踪信号505可以在二十到一百SPL(20-100dB SPL)之间，并且在一些实现中，在一百四十到一百六十分贝SPL(140-160dB SPL)之间。在其他实施方式中，取决于麦克风组件500的能力，可以将其他SPL信号用于输入跟踪信号505。附加地，输入跟踪信号505是静态信号，其频率和SPL级通常不会变化。然而，当进入麦克风组件500的输入声信号处于低SPL时，可以禁用输入跟踪信号505，或者可以调整输入跟踪信号的SPL/频率。

在组合电路520中，将输入跟踪信号505与由电荷泵530生成的电荷泵信号525组合，以产生输入信号510。在一些实施方式中，组合电路520是将电荷泵信号525与输入跟踪信号505求和的求和电路。电荷泵信号525与输入跟踪信号505的组合被输入到麦克风组件500的声换能器535中。输入跟踪信号505由在对被施加于声换能器535的声输入信号536进行换能时产生的电信号来调制。响应于声输入信号536，声换能器535输出输出信号540，输出信号540包括表示声输入信号536的音频信号分量和基于输入跟踪信号505的跟踪信号分量。

处理电路545包括被配置为将输出信号540放大为放大信号555的放大器550。尽管未示出，但是放大器550可以是单端放大器或差分放大器。此外，放大器550可以被配置为具有指定的增益，或者换句话说，具有可以被表示为放大器的输出与放大器的输入之比的放大能力。而且，尽管仅示出了单个放大器，但是在一些实施方式中，可以使用串联连接或具有其他拓扑结构的多个放大器。同样，在一些实施方式中，放大器550可以使用多个增益级、滤波器或在获得放大信号以执行本文中描述的功能时被认为是必需的或期望的其他部件。

然后，放大信号555被输入到低通滤波器560中。本质上是模拟的低通滤波器560可以被配置为使低于特定截止频率的信号通过，并且使高于该截止频率的信号衰减。在一些实施方式中，截止频率可以被设置为大约六百千赫兹(～600kHz)。通过使用低通滤波器560，可以避免放大信号555中的混叠。来自低通滤波器560的滤波信号565被输入到模数转换器(“ADC”)570中。

ADC 570被配置为接收、采样和量化滤波后的信号565并生成对应的数字信号575，然后向后补偿电路580输入该对应的数字信号575。因此，ADC 570接收模拟信号(例如，滤波信号565)并将该模拟信号转换成数字信号(例如，数字信号575)。尽管是数字形式，数字信号575包括上述音频信号分量和跟踪信号分量。

ADC 570也可以以各种方式配置。在一些实施方式中，ADC 570可以适配为以多比特格式输出数字信号。在其他实施方式中，ADC 570可以被配置为以单比特格式生成数字信号575。在一些实施方式中，ADC 570可以基于sigma-delta转换器(ΣΔ)，而在其他实施方式中，ADC可以基于任何其他类型的转换器，例如闪存ADC、数据编码ADC、Wilkinson ADC、流水线ADC等。ADC 570还可以被配置为以特定的采样频率或采样速率生成数字信号575。

数字信号575被输入到后补偿电路580中，后补偿电路580识别并补偿数字信号的音频信号分量中的失真，以获得补偿的麦克风信号585。尽管未示出，在一些实施方式中，补偿的麦克风信号585可以作为输入被传输到其他组件(例如，内插器、数数转换器等)，以由麦克风组件的数字信号处理电路或由主机设备(例如智能手机)的处理器进一步处理。在下面的图9至图11中更详细地描述后补偿电路580。

图6是麦克风组件600的另一实施方式。麦克风组件600在某些方面类似于图5中的麦克风组件500。具体地说，麦克风组件600包括生成输出信号610的声换能器605，该输出信号610被输入到处理电路612中。处理电路612包括放大器615以生成放大信号620，使用模拟低通滤波器625对放大信号620进行滤波，以生成滤波信号630。使用ADC 640将滤波信号630转换为数字信号635。然后在后补偿电路645中调整数字信号635来补偿数字信号635的音频信号分量中的失真，以生成补偿麦克风信号650。在下面的图9至图11中更详细地描述后补偿电路645。

在图6中，经由电荷泵665施加经由电荷泵信号660的偏置电压。输入跟踪信号655是与声输入信号656一起输入到声换能器605中的声信号。输入跟踪信号655由位于声换能器605附近的声换能器670生成。声换能器670可以从跟踪信号发生器680接收输入信号675。图6中的跟踪信号发生器680可以类似于图5中的跟踪信号发生器515。

图7是曲线图700，曲线图700绘制了y轴705上以伏特为单位的电压与x轴710上的每秒采样数。曲线图700中示出了输入绘制715和输出绘制720。应当理解，为了说明那些绘制的各个分量，已经对输入绘制715和输出绘制720进行了放大。输入绘制715包括输入跟踪信号部分725(表示输入跟踪信号505)和声输入信号部分730(例如表示声输入信号656)。在一些实施方式中，声输入信号部分730可以表示为十赫兹(10Hz)高SPL信号的信号。当不使用音频信号(例如，声输入信号)时，将输入跟踪信号部分725施加到声换能器(例如，声换能器535)。为了施加输入跟踪信号部分725，可以将声换能器放置在音箱内以将声换能器与声输入信号隔离。另选地，在一些实施方式中，当声换能器总体上在线性区域中工作时，输入跟踪信号部分725可以在低SPL工作期间施加到声换能器。输入跟踪信号部分725的施加可以在麦克风组件的启动期间和/或在生产期间执行。

在施加了输入跟踪信号部分725中的输入跟踪信号之后，声换能器可以经受声输入信号656以获得声输入信号部分730。声输入信号部分730仅仅是声信号，而不具有输入跟踪信号的任何分量。因此，输入绘制715包括表示输入跟踪信号505的输入跟踪信号部分725和表示声输入信号656的声输入信号部分730。

响应于输入绘制715的信号，声换能器输出由输出绘制720表示的输出信号。类似于输入绘制715，输出绘制720包括输出跟踪信号部分735和输出音频信号部分740。当没有施加声输入信号时，输出跟踪信号部分735对应于输入跟踪信号部分725。输出音频信号部分740是响应于输入跟踪信号部分725而获得的，并且包括跟踪信号分量和音频信号分量。跟踪信号分量是表示在声换能器的输入施加的输入跟踪信号505的输出，并且音频信号分量是表示在声换能器的输入施加的声输入信号656的输出。

由于失真，输出绘制720不能精确地跟踪输入绘制715(即，遵循输入绘制715的形状)。从图7还可见，虽然输入绘制715是对称绘制，但是由于失真，输出绘制720是不对称的(即，不遵循输入绘制的形状)。

图8是更详细地示出跟踪信号分量805的曲线图800。跟踪信号分量805是放大例示图。曲线图800绘制了y轴810上的跟踪信号分量805的校准值与x轴815上的每秒采样数。校准值是指跟踪信号分量805的幅度。跟踪信号分量805包括与输出跟踪信号部分735相对应的第一部分820，以及与上面图7的输出音频信号部分740中的跟踪信号分量相对应的第二部分825。第二部分825示出了第一部分820如何由于声输入信号656而在声换能器的输出处改变。如下所述，识别并存储与第一部分820相对应的y轴810上的校准值，以获得第二部分825的归一化包络。然后，将归一化包络用于补偿输出音频信号部分740的音频信号分量中的失真。

可以在后补偿电路中补偿失真。图9是一个这样的后补偿电路900的示例。尽管ADC905被示为是后补偿电路900的一部分，但是在一些实施方式中，ADC 905位于后补偿电路的外部，例如上面的图5和图6所示。

ADC 905生成数字信号910。数字信号910包括音频信号分量和跟踪信号分量。数字信号910被输入到提取电路915。提取电路915将音频信号分量与跟踪信号分量分离。具体地，提取电路915包括低通滤波器920，低通滤波器920接收数字信号910并从该数字信号中提取音频信号分量，以获得滤波音频信号分量925，该滤波音频信号分量925被输入到信号校正电路930中。

更具体地，提取音频信号分量的低通滤波器920被配置有截止频率，以允许低通滤波器使低于截止频率的信号通过并截止高于截止频率的信号。因此，低通滤波器920可以设置有截止频率，该截止频率允许音频信号分量通过而同时阻止跟踪信号分量。在一些实施方式中，低通滤波器920可以被配置有大约四十八(48)kHz的截止频率。在其他实施方式中，低通滤波器920中可以使用其他截止频率，这取决于要被滤除的跟踪信号分量的频率。此外，在一些实施方式中，低通滤波器920可以被配置为具有第一陷波的Sinc滤波器，第一陷波位于输入跟踪信号(例如，输入跟踪信号505、655)的获得数字信号910的频率处。在其他实施方式中，可以使用级联积分梳状(CIC)滤波器或适合于将音频信号分量与跟踪信号分量分离的任何其他低通滤波器。低通滤波器920的示例配置在图12A和图12B中示出。

除了将数字信号910输入到低通滤波器920中之外，数字信号还被输入到提取电路915的峰值滤波器935中。峰值滤波器935被配置为从数字信号910中提取跟踪信号分量。在一些实施方式中，峰值滤波器935可以被配置为具有与跟踪信号分量的频率相对应的中心频率。峰值滤波器935的示例配置在图13A和图13B中示出。峰值滤波器935生成滤波跟踪信号分量940，然后将滤波跟踪信号分量940输入到包络估计电路945中。

包络估计电路945根据滤波跟踪信号分量940来估计包络，并对所估计的包络进行归一化以获得跟踪信号包络950，该跟踪信号包络950被输入到信号校正电路930中。为了估计滤波跟踪信号分量940的包络，包络估计电路945在滤波跟踪信号分量的两个零交叉值之间识别出最大值。该最大值称为当前最大值，并且可以根据均方根值、绝对值或其他类型的值进行分类。若干当前最大值组成包络。该包络在图14中示出。然后，包络估计电路945对该包络进行归一化以获得归一化包络。归一化包络在图15中示出。在一些实施方式中，包络的归一化可以被称为校准处理。

具体地，在校准处理中，从上面图8的第一部分820识别出的校准值可与包络(例如，当前最大值)的倒数(inverse)相乘，以获得归一化包络。换句话说，可以通过将校准值除以估计包络来获得归一化包络。在低SPL时，归一化包络的值可以为1.0。随着SPL的增加，归一化包络的值也会增加。归一化包络是跟踪信号包络950，然后将跟踪信号包络950输入到信号校正电路930。

因此，信号校正电路930接收两个输入——滤波音频信号分量925的第一输入和归一化包络(例如，跟踪信号包络950)的第二输入。信号校正电路930被配置为应用梯形积分法，以使用跟踪信号包络950来补偿滤波音频信号分量925中的失真。具体地，信号校正电路930可以被配置为应用梯形积分法来近似跟踪信号包络950和滤波音频信号分量925，以获得补偿失真后的滤波音频信号分量。可以使用以下公式应用梯形积分：

out＝∫dY_envelope*dY_Audio

其中，dY_envelope是跟踪信号包络950的微分；

dY_Audio是滤波音频信号分量925的微分；并且

out＝补偿后的滤波音频信号分量。

就MATLAB实现而言，梯形积分法可以按以下方式实现：

out(n)＝out(n-1)+dmdi

其中，dmdi＝di*envelope(n-1)+di*dm/2；

di＝audio(n)–audio(n-1)；

dm＝envelope(n)-envelope(n-1)；

audio(n)、audio(n-1)是在时间n和n-1处从滤波音频信号分量925获得的信号；并且

envelope(n)、envelope(n-1)是在时间n和n-1处从跟踪信号包络950获得的信号。

梯形积分法使用跟踪信号包络950来更改滤波音频信号分量925，以补偿滤波音频信号分量925中的失真。因此，信号校正电路930调整(例如，减小)滤波音频信号分量中925中的失真。梯形积分法的输出是补偿麦克风输出信号955。补偿麦克风输出信号955等效于图5的补偿麦克风输出信号585以及图6的补偿麦克风输出信号650。

图10是具有提取电路1005、信号校正电路1010和包络估计电路1015的后补偿电路1000的另一示例。提取电路1005从ADC 1025接收数字信号1020。提取电路1005的低通滤波器1030从数字信号1020提取音频信号分量以获得滤波音频信号分量1035。低通滤波器1030类似于低通滤波器920。将该滤波音频信号分量1035输入到信号校正电路1010。

附加地，将数字信号1020输入到乘法器电路1040中。乘法器电路1040将数字信号1020与输入跟踪信号1045相乘，以从数字信号1020中提取跟踪信号分量来获得相乘信号1050。输入跟踪信号1045类似于输入跟踪信号505、655。通过将数字信号1020与输入跟踪信号1045相乘，可以调制数字信号1020中的跟踪信号分量的幅度，并且将跟踪信号分量转换为直流电信号。然后将相乘信号1050输入低通滤波器1055。

在一些实施方式中，可以使用特殊ADC以代替使用乘法器电路1040。可以使用奈奎斯特算法以低采样频率来配置特殊ADC。特殊ADC的输出可能类似于相乘信号1050，然后可以将相乘信号1050输入低通滤波器1055。

在一些实施方式中，低通滤波器1055可以被配置为具有大约十千赫兹(10kHz)的截止频率，尽管在其他实施方式中也可以使用其他截止频率。通过低通滤波器1055对相乘信号1050进行滤波。通过经由低通滤波器1055对相乘信号1050进行滤波，获得滤波跟踪信号分量1060。

然后，使用滤波跟踪信号分量1060来估计包络估计电路1015中的包络。相比于在上面的图9中的使用零交叉值来识别当前最大值以估计包络，图10中的当前最大值是通过使数字信号1020通过乘法器单元和低通滤波器1055来自动确定的。在估计包络之后，如上所述对包络进行归一化，以获得跟踪信号包络1065。然后将跟踪信号包络1065输入信号校正电路1010中，该信号校正电路类似于信号校正电路930。信号校正电路1010使用跟踪信号包络1065(例如，归一化包络)来补偿滤波音频信号分量1035中的失真，以获得补偿麦克风输出信号1070。

图11是具有提取电路1105、包络估计电路1110和信号校正电路1115的后补偿电路1100的又一示例。提取电路1105从ADC 1125接收具有音频信号分量和跟踪信号分量的数字信号1120。提取电路1105包括低通滤波器1130，以从数字信号1120中提取音频信号分量。低通滤波器1130类似于低通滤波器920。将滤波音频信号分量1035输入信号校正电路1115中。

还将数字信号1120输入到提取电路1105的带通滤波器1140中，以生成滤波跟踪信号分量1145。带通滤波器1140可以被配置为具有这样的特定频率，即，该特定频率使得带通滤波器在允许跟踪信号分量通过的同时阻止数字信号1120中的音频信号分量。然后，在下采样电路1150中对滤波跟踪信号分量1145进行下采样，使得滤波跟踪信号分量的采样频率类似于数字信号1120中的跟踪信号分量的频率。将下采样的跟踪信号分量1155输入包络估计电路1110中。

包络估计电路1110与上面图10中的包络估计电路1015类似。因此，包络估计电路1110根据下采样的跟踪信号分量1155来估计包络，并对包络进行归一化，以获得跟踪信号包络1160。然后，将跟踪信号包络1160输入信号校正电路1115。类似于信号校正电路930和信号校正电路1010，信号校正电路1115利用梯形法，以获得补偿麦克风输出信号1165。

图14是例示已识别出包络1410的数字信号的跟踪信号分量1405的示例的曲线图1400。包络1410对应于使用跟踪信号分量1405的每个零交叉值发现的多个当前最大值(例如，跟踪信号分量1405的尖端)。在其他实施方式中，可以使用其他机制来识别包络1410。例如，如图10中所讨论的，使数字信号1020通过乘法器电路1040或特殊ADC单元(未示出)，并且低通滤波器1055识别包络1410。类似地，在图11中，使数字信号1120通过带通滤波器1140，并且下采样电路1150识别出包络1410。

在估计包络1410之后，对包络1410进行归一化。如上所述，为了归一化包络1410，通过将校准值除以当前最大值来校准跟踪信号分量1405。归一化包络1500在图15中示出。附加地，如上所述，包络估计电路(例如，包络估计电路945、1015、1110)执行包络1410的估计以及所估计的包络的归一化，以获得跟踪信号包络1500。在其他实施方式中，可以使用单独的电路来估计和归一化包络以获得跟踪信号包络1500。

图16示出了概述补偿从麦克风组件(例如，麦克风组件100)输出的麦克风信号中的失真的处理1600的示例流程图。因此，在操作1605处开始之后，处理1600首先在操作1610处估计麦克风信号中的失真。在下面图17中更详细地描述了操作1610。在操作1615处，补偿麦克风信号中的失真。在下面图18中更详细地讨论了操作1615。处理1600在操作1620处结束。

图17示出了概述确定麦克风信号中的失真的操作的处理1700的示例流程图。在操作1705处开始之后，在操作1710处生成输入跟踪信号(例如，图5中的输入跟踪信号505)。如上所述，输入跟踪信号是已知信号，但是具有麦克风组合件的线性操作区域内的幅度。在一些实施方式中，输入跟踪信号是九十四分贝SPL(94dB SPL)信号。可以使用跟踪信号发生器或使用其他技术(例如，诸如在图6中描述的那些技术)来生成输入跟踪信号。在操作1715处，将输入跟踪信号输入到换能器。在一个实施方式中，输入跟踪信号是经由电荷泵信号被输入到换能器的电信号，在另一实施方式中，输入跟踪信号是被输入到换能器的声信号。

在操作1720处，声输入信号被输入到声换能器或被声换能器检测到。声换能器的输出信号包括音频信号分量和跟踪信号分量。由于输入跟踪信号是已知信号，因此可以确定跟踪信号分量的变化，从而可以确定音频信号分量的失真。

如上所述，使用模数转换器将输出信号转换成数字信号。从数字信号中，将跟踪信号分量和音频信号分量分离开(例如，使用在上面图9至图11中讨论的任何机制)，并且在操作1725处估计包络(例如，包络1410)。在上面图14中讨论了包络的估计。然后，在操作1730处对所估计的包络进行归一化以获得跟踪信号包络(例如，跟踪信号包络950、1065、1160)。处理1700在操作1735处结束。尽管已经将操作1725和1730描述为处理1700的一部分，但是那些操作可以作为图18的一部分来执行。

图18示出了处理1800的另一流程图，其概述了补偿数字信号的音频信号分量中的失真的操作。为了补偿，首先使用图17的处理1700来估计失真。在估计失真之后，在操作1805处开始补偿失真的处理。在操作1810处，从数字信号中提取音频信号分量，并且将提取的音频信号分量输入信号校正电路。附加地，在操作1815处，信号校正电路从图17的操作1730接收跟踪信号包络。

在操作1820处，信号校正电路使用跟踪信号包络来补偿音频信号分量中的失真。具体地，信号校正单元应用上述梯形积分法来补偿音频信号分量中的失真。通过补偿，减少了音频信号分量中的失真。在操作1825处输出补偿后的麦克风信号，并且该处理在操作1830处结束。

图19是示出利用上述方法处理的麦克风信号中的总谐波失真的减少的曲线图1900。该曲线图绘制了x轴1905上的以分贝为单位的SPL级以及y轴1910上的以百分比为单位的总谐波失真。曲线图1900还示出了未处理的麦克风信号的第一绘制1915，第一绘制1915显示随着SPL级的增加，由第一绘制表示的麦克风信号中的总谐波失真也增加。附加地，曲线图1900示出了已被补偿的麦克风信号的第二绘制1920。从曲线图1900可以看出，第二绘制1920显示了随着SPL级的增加，总谐波失真的增加要小得多。换句话说，通过补偿麦克风信号中的失真，麦克风信号中的总谐波失真可以从第一绘制1915中所示的水平减小到第二绘制1920中所示的水平。其他类型的失真也可以由于本文描述的处理而减少。

因此，本文描述的系统和方法有利地减少了麦克风信号中的失真，从而改善了音质。

根据本公开的一些方面，公开了一种音频信号电路。音频信号电路包括提取电路，该提取电路被配置为接收具有音频信号分量和跟踪信号分量的数字信号，并从该数字信号中提取跟踪信号分量和音频信号分量，该音频信号分量表示由声换能器检测到的声信号。音频信号电路还包括：被配置为根据跟踪信号分量估计跟踪信号包络的包络估计电路，以及被配置为使用跟踪信号包络减少音频信号分量中的失真的信号校正电路。

根据本公开的其他方面，公开了一种麦克风组件。麦克风组件包括声换能器和被配置为从声换能器接收输出信号的音频信号电路。输出信号包括音频信号分量和跟踪信号分量，并且音频信号分量表示由声换能器检测到的声信号，并且跟踪信号分量基于被施加到声换能器的输入跟踪信号。音频信号电路包括：被配置为将输出信号转换为数字信号的模数转换器、被配置为将来自数字信号的跟踪信号分量和音频信号分量分离开的提取电路、以及被配置为根据跟踪信号分量来估计跟踪信号包络的包络估计电路。音频信号电路还包括信号校正电路，该信号校正电路被配置为使用跟踪信号包络来减小音频信号分量中的失真。

根据本公开的又一方面，公开了一种音频信号电路中的方法。该方法包括通过模数转换器将放大信号转换为数字信号。该数字信号包括表示声信号的音频信号分量和基于输入跟踪信号的跟踪信号分量。该方法还包括：通过提取电路将来自数字信号的音频信号分量和跟踪信号分量分离开；通过包络估计电路，根据跟踪信号分量估计跟踪信号包络；以及通过信号校正电路使用跟踪信号包络来减少音频信号分量中的失真。

为了说明和描述的目的，已经呈现了说明性实施方式的前述描述。并非旨在对于所公开的明确形式进行穷举或是限制，而是根据以上教导修改和变型是可能的，或者可以从所公开的实施方式的实践中获得。本发明的范围旨在由所附的权利要求书及其等同物来限定。尽管将各种实施方式和附图描述为包括特定部件，但是应当理解，可以在不脱离本公开的范围的情况下对本文描述的实施方式进行修改。例如，在各种实现中，被描述为包括单个部件的实施方式可以包括多个部件来代替单个部件，或者可以用单个部件来代替多个部件。类似地，被描述为包括特定部件的实施方式可以被修改，以用被设计为执行类似功能的替代部件或部件组来代替该部件。在一些实施方式中，本文描述的方法步骤可以以不同的顺序执行，可以执行比所示的步骤更多的步骤，或者可以省略一个或多个步骤。