一种极低功耗的电子录音器

    专利查询2026-05-07  5


    本发明涉及电子录音器,具体为一种极低功耗的电子录音器。


    背景技术:

    1、录音器是一种能够记录声音和重放声音的机器,其工作原理主要涉及将声波转换为电信号,这一过程包括声音的捕捉、电信号的处理和存储。其中,声音的捕捉是当录音开始时,声波(人声、乐器声等)首先被麦克风捕捉,麦克风内部有一个薄膜(振膜),当声波到达麦克风时,声波的压力使振膜振动,这些振动与原始声波的频率和振幅相对应,转换成电信号。这一过程称为声电转换。

    2、声音被捕捉并转换为电信号后,录音器需要再对电信号进行处理和存储:捕捉到的电信号可以进一步放大和处理(比如通过滤波、压缩等方式),然后被转换成适合存储的格式。在传统的录音机中,这些电信号通常被存储在磁带上,磁带由磁性材料组成,能够记录电信号产生的磁场变化。在电子录音机中,电信号会被转换成数字或模拟的格式,并存储在数字媒体上,如固态驱动器、内存卡或其他数字或模拟的存储设备。

    3、现阶段的电子录音机信号处理模块是采用数字逻辑电路,其是包含mosfet(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,mosfet;利用外加栅极电压控制器件沟道区表面的沟道实现漏源之间的导通和关断状态的转换)等传统晶体管结构;信号存储模块通常是采用数字存储结构。工作时,这两个模块所产生的功耗高,会导致录音机电池损耗快,寿命降低。


    技术实现思路

    1、本发明意在提供一种极低功耗的电子录音器,采用基于tfet的逻辑电路对采集的声音信号进行处理,以及铪基铁电存储器对声音信号进行模拟存储,以解决现有技术中录音器功耗高的问题。

    2、为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

    3、一种极低功耗的电子录音器,包括设于电子录音器内部的录音器电路结构,所述录音器电路结构包括采集模块、数字处理模块、存储模块和电源模块;

    4、所述采集模块对输入的声波进行采集,将其转化为电信号后传输至所述数字处理模块;

    5、所述数字处理模块基于tfet的逻辑电路,将接受到的电信号进行处理,形成连续的模拟信号,并将模拟信号传输到所述存储模块;

    6、所述存储模块为基于feram的电容性质的存储结构,采用模拟存储的方式对接受到的模拟信号进行存储,并根据模拟信号的强弱大小存储进入所述存储模块的铁电电容,以形成不同大小的电容值;

    7、所述电源模块用于所述采集模块、数字处理模块和存储模块的稳定供电。

    8、进一步地,所述数字处理模块包括时钟模块、低噪声放大模块、模拟开关和外围电路,所述低噪声放大模块将数字处理模块接受到的电信号进行处理,形成连续的模拟信号;所述模拟开关用于实现声音的采样;所述时钟模块控制所述模拟开关和外围电路,所述外围电路通过计数选址控制所述存储模块。

    9、进一步地,所述存储模块为一个晶体管及一个铁电电容组成的1t-1c结构存储单元。

    10、进一步地,所述存储模块为若干个晶体管及若干个铁电电容组成的nt-nc结构存储单元,n为晶体管和/或铁电电容的数量,且若干个存储单元形成阵列。

    11、技术方案的原理及有益效果是:

    12、tfet:隧道场效应晶体管(tunneling field effect transistor,tfet)又称为隧穿场效应晶体管,是一种利用栅电极控制沟道区中载流子在其导带与价带之间发生带间隧道穿透(band-to-band tunneling,btbt)的现象来实现场效应晶体管性能的器件。tfet工作时施加栅极和漏极电压,电子会在源漏之间进行隧穿,形成隧穿电流。相较于传统的mosfet,由于tfet利用隧道效应进行电流传输,因此其电流密度比mosfet低,从而降低了功耗;另外,由于teet的栅极电压较低,因此其开关电压也较低,从而降低了功耗。

    13、铪基铁电:铁电随机存取存储器(ferroelectric ram,feram),采用铁电质膜用作电容器来存储数据。feram使用了一层有铁电性的材料,取代原有的介电质,使得它也拥有非挥发性内存的功能;feram以铁电物质为原材料,将微小的铁电晶体集成进电容内,通过施加电场,铁电晶体的电极在两个稳定的状态之间转换,实现数据的写入与读取。因此,fram具有rom(只读存储器)和ram(随机存取器)的特点,在高速读写入、高读写耐久性、低功耗和防窜改方面具有优势。另外,feram在每个方向都是稳定的,即使在电场撤除后仍然保持不变,因此能将数据保存在存储扇区而无需定期更新;feram的写入次数可以高达1014次和10年的数据保存能力。在重写某个存储单元之前,feram不必擦拭整个扇区,因此,其数据读写速度也略胜一筹。此外,采用铪基铁电介质制备的feram,具有低工作电压的特性,所以能够有效的降低功耗。

    14、综上,本发明提供的一种极低功耗的电子录音器,其信号处理模块由于是基于tfet的逻辑电路,所以其具有功耗低、尺寸小、工艺兼容的优势;采用模拟存储的存储模块,是基于铪基铁电器件形成的模拟存储阵列结构,具有电容存储、信号非易失、静/动态功耗低的优势。数据显示,该电子录音器系统总功耗小于100微瓦(μw),使得其续航能力、寿命得到提升。



    技术特征:

    1.一种极低功耗的电子录音器,其特征在于,包括设于电子录音器内部的录音器电路结构,所述录音器电路结构包括采集模块、数字处理模块、存储模块和电源模块;

    2.根据权利要求1所述的一种极低功耗的电子录音器,其特征在于,所述数字处理模块包括时钟模块、低噪声放大模块、模拟开关和外围电路,所述低噪声放大模块将数字处理模块接受到的电信号进行处理,形成连续的模拟信号;所述模拟开关用于实现声音的采样;所述时钟模块控制所述模拟开关和外围电路,所述外围电路通过计数选址控制所述存储模块。

    3.根据权利要求2所述的一种极低功耗的电子录音器,其特征在于,所述存储模块为一个晶体管及一个铁电电容组成的1t-1c结构存储单元。

    4.根据权利要求2所述的一种极低功耗的电子录音器,其特征在于,所述存储模块为若干个晶体管及若干个铁电电容组成的nt-nc结构存储单元,n为晶体管和/或铁电电容的数量,且若干个存储单元形成阵列。


    技术总结
    本发明属于电子录音器技术领域,公开了一种极低功耗的电子录音器,包括设于电子录音器内部的录音器电路结构,录音器电路结构包括采集模块、数字处理模块、存储模块和电源模块,采集模块对输入的声波进行采集,并将其转化为电信号后传输至数字处理模块;数字处理模块基于TFET的逻辑电路,将接受到的电信号进行处理,形成连续的模拟信号后传输到存储模块;存储模块是基于FeRAM的电容性质的存储结构,对接受到的模拟信号进行存储;电源模块用于采集模块、数字处理模块和存储模块的稳定供电;本发明采用基于TFET的逻辑电路对采集的声音信号进行处理,以及铪基铁电存储器对声音信号进行模拟存储,该电子录音器的总功耗低,续航能力、寿命长。

    技术研发人员:毕津顺,范林杰,刘雪飞,艾尔肯·阿不都瓦衣提,刘明强,王刚,王德贵,吴艳,王珍
    受保护的技术使用者:贵州师范大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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