CN114816314B - 感测装置和主控装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种感测装置和主控装置。感测装置包含：一感测信息传送电路、一控制信息从电路以及一模式切换电路。该感测信息传送电路用于根据一第一传输协议，将一感测信息转换成符合该第一传输协议的信号格式的传送信号。该控制信息从电路用于根据一第二传输协议，将从一信号传输接口上接收到的接收信号，转换成一控制信息，从而设定该感测装置。该模式切换电路用于根据该信号传输接口上的一时脉通道上的信号、一数据通道上的信号或者是该感测装置之一电源轨上的信号，启动该感测信息传送电路与该控制信息从电路中之一者，使其通过该信号传输接口进行信号传送或接收。

Description

感测装置和主控装置

技术领域

本发明关于信号传输，尤指一种在主控制装置与感测装置之间，使用单一信号传输接口传输多种传输协议的信号的传输控制架构。

背景技术

现今的数字麦克风，如：数字微机电(Micro-electromechanical Systems,MEMS)麦克风，通常倚赖脉冲密度调变(Pulse-Density Modulation,PDM)接口来传送音频信号。PDM接口通常具有一个1位元的数据通道，以及一个时脉通道，以序列形式进行信号传输。然而，PDM接口本身并不具备控制通道，无法传输数字麦克风相关的控制参数，以至于数字麦克风在出厂之后，便无法改变其声电特性，例如：取样率、敏感度，声学过载点(AcousticOverload Point,AOP)、或滤波器设定等等。因此，如果需要对数字麦克风进行设定调整，则需要使用具备内频控制(in-band control)的传输协议，如MIPI音频接口(MIPISoundWire)或者是/HD-Audio接口，又或者是增加信号接脚来实现。然而，这两种方式都会提升系统成本以及电路复杂度。

发明内容

有鉴于此，本发明目的的一在于提供一种数据/控制接口的整合方式，其使用既有用于感测信息的信号传输接口，以分时多工的方式分别传输感测信息与控制信息，从而对感测装置进行控制与感测信息读取，以实现对感测装置的设定/特性调整。由于本发明的架构将不同的信号传输接口进行有效的整合，因此不会导致成本的大幅提升。

本发明的一实施例提供一种感测装置。该感测装置包含：一感测信息传送电路、一控制信息从电路以及一模式切换电路。该感测信息传送电路用于根据一第一传输协议，将一感测信息转换成符合该第一传输协议的信号格式的传送信号。该控制信息从电路用于根据一第二传输协议，将从一信号传输接口上接收到的接收信号，转换成一控制信息，从而设定该感测装置。该模式切换电路耦接于该感测信息传送电路与该控制信息从电路，用于根据该信号传输接口上的一时脉通道上的信号、一数据通道上的信号或者是该感测装置之一电源轨上的信号，启动该感测信息传送电路与该控制信息从电路中之一者，通过该信号传输接口进行信号传送或接收。

本发明的一实施例提供一主控装置。该主控装置包含：一感测信息接收电路、一控制信息主电路以及一模式切换电路。该感测信息接收电路用于根据一第一传输协议，将从一信号传输接口上接收到的接收信号，转换成一感测信息。该控制信息主电路用于根据一第二传输协议，将一控制信息转换成符合该第二传输协议的信号格式的传送信号。该模式切换电路耦接于该感测信息接收电路与该控制信息主电路，用于根据主控装置的一操作模式调整该信号传输接口上的一时脉通道上的信号、一数据通道上的信号或者是该感测装置之一电源轨上的信号，并且控制该感测信息接收电路或该控制信息主电路中之一者使用该信号传输接口，进行信号接收或传送。

附图说明

图1示出本发明实施例中的主控装置与感测装置的架构示意图。

图2示出本发明实施例中的模式检测电路的详细架构图。

图3示出本发明实施例中的信号时序图。

图4示出本发明实施例中的迟滞控制示意图。

图5示出本发明实施例中主控装置同时控制与存取多个感测装置的详细架构图。

具体实施方式

在以下内文中，描述了许多具体细节以提供阅读者对本发明实施例的透彻理解。然而，本领域的技术人士将能理解，如何在缺少一个或多个具体细节的情况下，或者利用其他方法或元件或材料等来实现本发明。在其他情况下，众所皆知的结构、材料或操作不会被示出或详细描述，从而避免模糊本发明的核心概念。

说明书中提到的“一实施例”意味着该实施例所描述的特定特征、结构或特性可能被包含于本发明的至少一个实施例中。因此，本说明书中各处出现的“在一实施例中”不一定意味着同一个实施例。此外，前述的特定特征、结构或特性可以以任何合适的形式在一个或多个实施例中结合。

请参考图1，该图示出本发明实施例中，应用本发明的信号传输接口的主控装置与感测装置。主控装置100可以通过本发明之信号传输系统与一或多个感测装置200进行通信，从而实现对一或多个感测装置200的设定调整与感测数据读取。在一些实施例中，信号传输接口300包含有至少第一通道310与第二通道320。其中，第一通道310可用于传送时脉信号，第二通道320则可用于传送数据信号，但不以此为限。

主控装置100包含有感测信息接收电路110、控制信息主电路120以及模式切换电路130。其中，感测信息接收电路110用于根据一第一传输协议，将从第二通道320上所接收到的信号，基于第一通道310上的时脉信号，转换为特定感测信息，例如，音频信息、震动信息、压力信息、光学信息或温度信息。在一实施例中，该第一传输协议可以是基于脉冲密度调变(Pulse Density Modulation，PDM)的传输协议。控制信息主电路120用于根据一第二传输协议，通过第一通道310或者第二通道320中的至少一者发送控制信息给感测装置200。其中，该第二传输协议可以是同步传输协议或非同步传输协议。例如，同步传输协议可以是I²C或者是序列周边接口(Serial Peripheral Interface,SPI)协议，而非同步传输协议可以是通用非同步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,UART)或者是单线(1-wire)协议。当该第二传输协议是同步传输协议时，控制信息主电路120通过第一通道310传送时脉信号，以及通过至少第二通道320(根据该传输协议的需求，可能会需要多个非时脉通道来进行通信)传送控制信息。当该第二传输协议是非同步传输协议时，控制信息主电路120可通过第一通道310或第二通道320中的一者(如1-wire或者是UARTsingle-ended传输协议)，或是两者(如UART differential传输协议)来传送控制信息。模式切换电路130则可以根据主控装置100的需求，切换感测信息接收电路110与控制信息主电路120对于第一通道310和第二通道320的使用权。在本发明不同实施例中，模式切换电路130可以改变第一通道上310的信号频率、第二通道320上的信号特征，又或者是一电源轨400上的电压准位，从而提前通知感测装置200，当前主控装置100是进入一设定调整模式，由控制信息主电路120使用信号传输接口300传送控制信息，或者当前主控装置100是进入一感测信息读取模式，由感测信息接收电路110使用信号传输接口300接收感测信息。在一实施例中，当控制信息主电路120欲通过信号传输接口300传送控制信息给感测装置200时，模式切换电路130可以在第一通道310上传送一个频率低于一临界值的信号，或者是提升电源轨400上的电压准位。如此一来，感测装置200可判断信号传输接口300上的传输信号为控制信息，从而调用相对应的电路模块来处理通道上的信号。反之，当控制信息主电路120欲通过信号传输接口300接收感测信息时，模式切换电路130可以在第一通道310上的传送频率高于该临界值的信号，或者是降低电源轨400上的电压准位，从而让感测装置200调用相对应的电路模块来传送感测信息。请注意，以上所述的方式仅为本发明的一种实施态样，这种实施态样适合在第一传输协议(如：PDM)的基础时脉高于第二传输协议(如：I²C)的基础时脉。在其他实施例中，若第一传输协议的基础时脉低于第二传输协议的基础时脉时，则可使用相反的方式来通知感测装置200关于操作模式的切换。例如，在传送控制信息之前，模式切换电路130可以在第一通道310上传送一个频率高于临界值的信号，或者是降低电源轨400上的电压准位，让感测装置200足以判断信号传输接口300上的传输信号为控制信息。反之，在接收感测信息之前，模式切换电路130可以在第一通道310上的传送频率低于该临界值的信号，或者是提高电源轨400上的电压准位，从而让感测装置200调用相对应的电路模块来传送感测信息。换言之，在本发明的实施例中，可以根据第一通道310上的信号频率与频率临界值之间的高低关系，或者是电源轨400上的电压准位与电压临界值之间的高低关系，来反映出主控装置100是处在设定调整模式，还是感测信息读取模式。

除了以上的方式，在本发明其他实施例中，也可以通过第二通道320上的信号特征，使主控装置100得以通知感测装置200模式的切换。例如，模式切换电路130可以在特定的时间间隔内，在第二通道320上传送具有特定型样(pattern)的信号给感测装置200，以告知感测装置200，当前主控装置100所处的操作模式，使其能做出适当的应对。例如，主控装置100以及感测装置200之间可预先设定/约定编解码规则以及信号的型样。当感测装置200解码来自主控装置100的封包，且解码后的封包内容若对应于预先约定的简单(simple)信号内容或一串连续(cadence)的信号内容(例如但不限于，信号内容显示连续出现的上上下下左右左右BA(未转换成二位元前)…，或者如11011100这类的特定信号型样)，感测装置200可判断信号传输接口300上的传输信号为控制信息，从而调用相对应的电路模块来处理第二通道320上的信号。

感测装置200包含有感测信息传送电路210、控制信息从电路220以及模式切换电路230。其中，感测信息传送电路210用于根据该第一传输协议，将感测模块240所产生的感测信号，基于第一通道310上的时脉信号，转换成第二通道320上的数据信号，传输给主控装置100。在一实施例中，感测模块240(当感测装置200为数字麦克风时)可能包含有声电转换装置、类比至数字转换器、信号处理电路等。在另一实施例中，感测模块240(例如，当感测装置200为温度感测装置时)可能包含有热电转换装置、类比至数字转换器、信号处理电路等，但不以此为限。另外，在本发明更多的实施例中，感测模块240还有可能是震动感测器、压力感测器或者光学感测器。再者，控制信息从电路220用于根据该第二传输协议，将从第一通道310或者第二通道320至少一者上所接收到的信号，转换成控制信息，从而对感测模块240或感测装置200中的其他电路元件进行设定调整。其中，感测模块240或感测装置200中一个或多个元件使用的设定参数，可以通过控制信息来调节。在一个实施例中，这些设定参数可能包含有(但不限定于)：取样率、敏感度、增益控制、声学过载点(Acoustic OverloadPoint,AOP)、或滤波器设定等。再者，模式切换电路230包含有模式检测电路232以及模式控制电路234。其中，模式检测电路232可以根据第一通道310上的信号频率或者是电源轨400上的电压准位，判断当前主控装置110的操作模式为设定调整模式或者是感测信息读取模式。模式控制电路234则根据模式检测电路232的判断结果，来控制感测信息传送电路210与控制信息从电路220，通过信号传输接口300传送或接收信号。

在本发明的实施例中，针对模式的切换还加入了迟滞控制的技巧，从而保证由主控装置100所传送的控制信息不会被感测装置200遗漏。此一特征的细节，请进一步参考图2所示的架构图以及图3所示的时序图。首先，根据图2所示，感测装置200的模式检测电路232中，还包含了静止检测单元2321以及频率检测单元2322。再者，根据图3所示，主控装置100在进入设定调整模式或感测信息读取模式之前，会要求模式切换电路130通过第一通道310传送一直流信号，该直流信号可能具有逻辑高准位或是逻辑低准位，当静止检测单元2321检测到第一通道310上的信号维持直流状态一段时间后(状态A)，便会判断主控装置100进入设定调整模式(状态B)，进一步要求模式控制电路234进行模式切换，让感测装置200进入设定调整模式，并启动控制信息从电路220(状态C)。之后，控制信息主电路120便会通过第一通道310与第二通道320，将控制信息以该第二传输协议的信号格式来传送(状态D)。当控制信息主电路120完成控制信息的传输后，模式切换电路130会再次在第一通道310上传送直流信号(状态E)。此时频率检测单元2322并未检测到频率达到预定临界值，这产生了迟滞效果，判断主控装置100仍处于设定调整模式(状态F)，因此让模式控制电路234继续维持在设定调整模式，持续启动控制信息从电路220(状态G)。之后，当主控装置100打算开始读取感测信息时，模式控制电路234便会让感测信息接收电路110，在第一通道310上发出符合该第一传输协议的时脉信号(状态H)。此时，频率检测单元2322将会检测到第一通道310上的信号频率大于一频率临界值TH(例如，400K Hz)，从而认定主控装置100将模式切换为感测信息读取模式(状态I)，并且进一步要求模式控制电路234启动感测信息传送电路210(状态J)。之后，感测信息传送电路210将感测模块240产生的感测信息，以相容于该第二传输协议的格式，通过第二通道320传送给主控装置100(状态K)。然而，在感测信息读取模式下，倘若频率检测单元2322检测到第一通道310上的信号频率低于频率频界值TH时(状态L、状态M)，由于静止检测单元2321并未检测到第一通道310上的直流状态，因此模式切换电路230并不会立刻让模式控制电路234启动控制信息从电路220，进入设定调整模式，也不会结束感测信息读取模式。而是必须等到静止检测单元2321检测到第一通道310上的信号维持直流状态，才会判断主控装置100进入设定调整模式，让模式控制电路234启动控制信息从电路220。关于以上模式切换的细节，也可以进一步从图4所示的示意图来得知，其中，在设定调整模式下，频率需要增加到高于临界值TH，才会切换到感测信息读取模式。然而，一旦频率低于临界值TH，并不立刻切换到感测信息读取模式，而是要等到频率为零(直流状态)时，才会切换至感测信息读取模式。

图5进一步示出了本发明实施例中，一主控装置同时控制与存取多个感测装置的详细架构。如所示出的，主控装置100通过第一通道310、第二通道320以及第三通道330来控制与存取感测装置200_1～200_3。请注意，本实施例中，主控装置100能同时存取的感测装置感测装置数量并非本发明限制。主控装置100主要包含有主控电路150、一个或多个感测信息接收电路110_1～110_3、控制信息主电路120_1～120_3、多工器161～169以及逻辑控制电路171～173。在本实施例中，控制信息主电路120_1～120_3实质上为I²C主电路，根据I²C传输协议来控制感测装置200_1～200_3。因此，多工器161～162、164～165、167～168、逻辑控制电路171～173以及电阻181～186是为了符合I²C传输协议所需，实现通道上的信号被上拉或下拉(由于I²C主电路采用开汲极架构)。据此，在本发明的其他实施例中，若控制信息主电路120_1～120_3并非I²C主电路，上述的电路元件可以被忽略。

主控电路150可决定主控装置100的操作模式为设定调整模式或者感测信息读取模式。其中，主控电路105通过控制多工器163决定感测信息接收电路110_1或者是控制信息主电路120_1中何者产生的时脉信号可以通过时脉接垫191传送至时脉通道(即第一通道)310。在设定调整模式下，多工器163使控制信息主电路120_1产生的时脉信号被传送至时脉通道310，并且由感测装置200_1～200_3所接收。与此同时，控制信息主电路120_2以及/或120_3产生的信号可通过可以通过数据接垫192、193传送至数据通道320、330。其中，这些数据信号中包含有具体的控制信息，如装置ID及控制参数等。感测装置200_1～200_3中的模式检测电路232_1～232_3一旦检测到时脉通道310的信号为直流状态，则切换模式至设定调整模式，并且启动控制信息从电路(亦即，I²C从电路)220_1～220_3，这些电路会接收数据通道320与330上的信号。并且，感测装置200_1～200_3根据信号中的装置ID，来选择性进行设定参数调整。另外，主控电路150会通过多工器166、169的切换，让控制信息主电路120_2以及/或120_3可以从数据接垫192、193接收数据通道320、330上的信号，例如由感测装置200_1～200_3回传的参数设定结果。

另一方面，在感测信息读取模式下，多工器163让感测信息接收电路110_1产生的时脉信号，通过时脉接垫191被传送至时脉通道310，并且由感测装置200_1～200_3所接收。感测装置200_1～200_3中的模式检测电路232_1～232_3会检测到时脉通道310的信号频率大于临界值TH，从而切换模式至感测信息读取模式，并且启动感测信息传送电路210_1～210_3。感测信息传送电路210_1～210_3会将感测装置200_1～200_3所产生的感测信息，通过数据通道320与330回传给主控装置100。此时，通过多工器166、169的切换，感测信息接收电路110_2以及/或110_3可以通过数据接垫192、193，从数据通道320、330上接收信号，从而获得由感测装置200_1～200_3回传的感测信息。请注意，尽管在本实施例中，主控装置100包含有感测信息接收电路110_1～110_3以及控制信息主电路120_1～120_3。但在本发明其他实施例中，部分的感测信息接收电路或控制信息主电路可以被整合为同一个。例如，控制信息主电路120_1～120_3可以被整合成同一个，而感测信息接收电路110_1～110_3也可以被整合成两个。

再者，尽管以上的实施例中，感测装置200中的模式检测电路232与模式控制电路234基于时脉通道310上的信号频率来进行模式检测与切换。然而，在本发明其他实施例中，感测装置200中的模式检测电路232与模式控制电路234亦可基于电源轨400的电压准位来进行模式检测与切换。举例来说，主控装置100中的模式切换电路130可以在主控电路150决定传送控制信息时，将电源轨400的电压准位提高到2.7V，以及在决定接收感测信息时，将电源轨400的电压准位降低到1.8V。据此，感测装置200中的模式检测电路232与模式控制电路234将可以根据电源轨400的电压准位来决定何时感测信息传送电路210或启动控制信息从电路220。

总结来说，本发明提供一种整合感测信息传输/控制信息传输的信号传输架构，其可让单一信号传输接口支持多种传输协议的信号。例如前述用于传输感测信息的基于PDM的传输协议，以及用于传输控制信息的I²C协议、SPI协议、UART协议或1-wire协议。因此，本发明可在不大幅增加硬体成本与电路复杂度的前提下，对感测装置进行控制与感测信息读取，以实现对感测装置的设定/特性调整。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

【符号说明】

100 主控装置

110、110_1～110_3 感测信息接收电路

120、120_1～110_3 控制信息主电路

130 模式切换电路

150 主控电路

161～169 多工器

171～173 逻辑控制电路

181～186 电阻

191 时脉接垫

192、193 数据接垫

200、200_1～200_3 感测装置

210、210_1～210_3 感测信息传送电路

220、220_1～220_3 控制信息从电路

230 模式切换电路

232 模式检测电路

2321 静止检测单元

2322 频率检测单元

234 模式控制电路

240 感测模块

300 信号传输接口

310 时脉通道

320、330 数据通道

400 电源轨。

Claims (8)

1.一种感测装置，包含：

一感测信息传送电路，用于根据一第一传输协议，将一感测信息转换成符合该第一传输协议的信号格式的传送信号；

一控制信息从电路，用于根据一第二传输协议，将从一信号传输接口上接收到的接收信号，转换成一控制信息，从而设定该感测装置；以及

一模式切换电路，耦接于该感测信息传送电路与该控制信息从电路，用于根据该信号传输接口上的一时脉通道上的信号、一数据通道上的信号或者是该感测装置的一电源轨上的信号，启动该感测信息传送电路与该控制信息从电路中的一者，使该感测信息传送电路与该控制信息从电路中的该一者通过该信号传输接口进行信号传送或接收，

其中，该第一传输协议为基于脉冲密度调变的传输协议，并且该第二传输协议为I²C协议、序列周边接口协议、通用非同步收发传输器协议或者是单线协议。

2.根据权利要求1所述的感测装置，其中该感测装置为一数字微机电麦克风、一震动感测器、一压力感测器、一光学感测器或一温度感测器，以及该感测信息为一音频信息、一震动信息、一压力信息、一光学信息或一温度信息。

3.根据权利要求1所述的感测装置，其中该模式切换电路包含：

一模式检测电路，耦接于该时脉通道或该电源轨，用以根据该时脉通道上的信号或者是该电源轨上的信号，产生一检测结果；以及

一模式控制电路，耦接于该感测信息传送电路、该控制信息从电路以及该模式检测电路，用以根据该检测结果，启动该感测信息传送电路与该控制信息从电路中的一者。

4.根据权利要求3所述的感测装置，其中当该检测结果指出该时脉通道上的信号的频率高于一第一临界值时、该数据通道上的信号对应一信号特征时或者是该电源轨上的信号的电压准位低于一第二临界值时，该模式切换电路启动该感测信息传送电路；以及当该检测结果指出该时脉通道上的信号的频率低于该第一临界值时或者是该电源轨上的信号的电压准位高于该第二临界值时，该模式切换电路启动该控制信息从电路。

5.根据权利要求4所述的感测装置，其中在该感测信息传送电路启动的情况下，只有在该时脉通道上的信号维持一直流状态时，该模式切换电路才会启动该控制信息从电路。

6.根据权利要求3所述的感测装置，其中该检测结果指出该时脉通道上的信号的频率相较于一第一临界值的高低、该数据通道上的信号的解码内容符合一信号特征或者该电源轨上的信号的电压准位相较于一第二临界值的高低，该模式切换电路根据该检测结果判断启动该感测信息传送电路或启动该控制信息从电路。

7.一种主控装置，包含：

一感测信息接收电路，用于根据一第一传输协议，将从一信号传输接口上接收到的接收信号，转换成一感测信息；

一控制信息主电路，用于根据一第二传输协议，将一控制信息转换成符合该第二传输协议的信号格式的传送信号；以及

一模式切换电路，耦接于该感测信息接收电路与该控制信息主电路，用于根据该主控装置的一操作模式调整该信号传输接口上的一时脉通道上的信号、一数据通道上的信号或者是一感测装置的一电源轨上的信号，控制该感测信息接收电路或该控制信息主电路中的一者以使用该信号传输接口进行信号接收或传输，

其中，该第一传输协议为基于脉冲密度调变的传输协议，并且该第二传输协议为I²C协议、序列周边接口协议、通用非同步收发传输器协议或者是单线协议。

8.根据权利要求7所述的主控装置，其中该感测装置为一数字微机电麦克风、一震动感测器、一压力感测器、一光学感测器或一温度感测器，以及该感测信息为一音频信息、一震动信息、一压力信息、一光学信息或一温度信息。