CN101803052B - 用于提供触感反馈的电子设备和电路 - Google Patents
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Abstract
用于控制至少一个压电致动器(142)的电路(800)包括生成结点(804)处的还被称为Vout的单向电压驱动信号的压电驱动电路(802)。压电致动器驱动电路(802)包括升压开关电路或充电电路(806)、降压开关电路或脉冲电流汲入放电电路(808)和从例如键盘处理器或其他适当的处理器(604)接收指出设备已请求利用压电致动器(142)生成触觉反馈的输入控制信号(812)的控制信号生成电路(810)。控制信号生成电路(810)提供至少两个脉冲宽度调制控制信号，一个用于控制充电电路并且一个用于控制放电电路以产生单向电压驱动信号，该单向电压驱动信号在一个示例中是升余弦驱动信号(904)。
Description
相关共同未决申请
本申请涉及在2006年10月30日提交的题为“Electronic DeviceProviding Tactile Feedback”，发明人为Dai等人的代理案卷号CML03907CR，序列号11/590,494的共同未决申请，该申请为本受让人所共有。
技术领域
本发明总体上涉及电子设备，并且更具体地，涉及具有触感反馈的便携式通信设备。
背景技术
变体用户接口将是关于下一代便携式电子设备的重要的设计考虑。“变体用户接口”是外观随设备的用途改变(例如，从电话变为相机、从相机变为音乐播放器、从音乐播放器变为电话灯)而改变的接口。由于在任何给定的时间仅显示与上下文相关的功能，与当前上下文无关的接口元素是不活跃的和隐藏的，因此该输入接口使用起来是更简单和更直观的。变体用户接口的概念还优选地包括，当用户接触在当前用户接口上下文中是隐藏的和不活跃的用户接口元素时，完全没有对用户的反馈。
传统上，已使用机械圆顶开关来在用户按压键时提供触觉(触感)反馈。然而，圆顶开关不能与变体图形用户接口一起良好地工作；因此，触觉或活跃反馈变为关键的启动者。回转或线性振动马达可以通过最优化的驱动算法提供各种各样的触感反馈，但是它们的类似蜂鸣的振动形态与圆顶开关的锐利的机械喀哒声极为不同。另一方面，压电致动器可以产生更逼真的喀哒声感觉，提供用户按压真实的物理键的感受。该逼真的喀哒声可应用于单独的表面，产生与震动整个设备的振动马达的“全局的”响应相反的更加“局部的”响应(如圆顶开关)。
可替选地可被称为“局部化触觉”的该局部化触感反馈借助于手持设备的一部分或者其部分表面的移动向用户发送触感反馈。局部致动的触摸屏和导航键是局部化触觉的两个示例。在蜂窝电话的情况中，反馈可以限于电话的导航键、触摸屏或者握持表面上的按钮，例如，侧带。
在美国专利6,710,518中描述了一种类型的触觉反馈。电机械换能器产生机械能量脉冲，该机械能量脉冲通过装配凸缘传播到整个设备。该机构适用于提供使整个设备振动的“呼叫警报”，但是不允许针对单独输入位置(键、按钮、箭头等)的选择性反馈。
美国专利公布2006/0050059和2006/0052143提出了另一类型的触觉反馈。一个或多个压电致动器被典型地安放在需要被致动的输入设备(例如，键盘或触敏显示器)下面的角处。在施加电压时，压电致动器变形，在给定方向中推动或拉动整个输入设备。作为该移动的结果，设备对在输入设备处操作的用户的手或手指给出触感响应。用于该目的的最广泛使用的压电致动器是单晶片或双晶片致动器(还被称为“弯曲器(bender)”)。单晶片致动器由与金属垫片接合的单个压电陶瓷元件制成，而双晶片致动器包括接合在两个压电陶瓷元件之间的金属垫片。单晶片致动器的弯曲运动来自在施加的电场下与来自金属垫片的机械约束相对的压电陶瓷元件的面内收缩或扩张的趋势。在双晶片致动器的情况中，两个压电陶瓷元件被驱动为，在它们各自的平面内，一个压电陶瓷元件在另一个压电陶瓷元件扩张时收缩，引起弯曲运动。弯曲器被典型地安放为将圆形弯曲器的边缘或者带状弯曲器的两端锚定在基部结构上。如美国专利公布2006/0050059和2006/0052143中说明的，具有最大移位的圆形弯曲器的中心或者带状弯曲器的中央通常用于驱动机械负载。值得注意的是，单独的压电陶瓷不能生成这些相对高的移位；相反地，压电陶瓷元件(多个)和金属垫片的接合结构使得该高的移位成为可能。
使用于手持设备的压电致动器驱动电路最优化面临挑战。该电路必须能够使用低的供电电压(例如，3V～5V)以受控的电压的上升和下降以及时间将相当大的电容负载(例如，100纳法)驱动到100伏或更高的峰值电压。
用于驱动压电致动器(例如，一个或多个压电元件)的已知电路可以利用短的低电压控制脉冲控制和整形压电致动器的驱动信号，以便使针对致动器的输出近似为电压正弦曲线。然而，现有技术中的该解决方案典型地被设计用于双向(即从大的负电压到大的正电压)驱动压电元件。因此，对于生成用于模拟键喀哒感觉所需的正电压波形，这些电路不是最优的。它们实现起来过于复杂并且成本过高，而且如果在足够高的电压下被驱动，它们甚至可能使压电元件去极化并且因此使压电单晶片致动器失效。此外，已提出了如下解决方案，其中基于用户输入运用诸如锯齿、正弦、半正弦和脉冲的任意的预定义的波形以产生特定的触觉效果；然而，该解决方案未教授生成该信号的方法并且未教授生成在足够高的电压下驱动压电单晶片致动器的该信号的适当方法。
因此，需要提供具有类似喀哒声的触感反馈的电子设备，该触感反馈是通过低成本的薄的压电设备提供的，通过非常简单的和低成本的且高度柔性的驱动电路驱动的。结合附图和本背景技术，通过以下详细描述和所附权利要求，本发明的其他所需特征和特性将变得明显。
发明内容
一种电子设备提供了触感反馈，该触感反馈是通过给出模仿类似喀哒声的感觉的触感反馈的低成本的薄的压电设备提供的。安置在壳体中的电子电路响应用户激活输入设备来驱动压电致动器(多个)。在感测用户输入之后，该电路提供用于激活一个或多个压电致动器的电压波形，该电压波形使底盘板和输入设备挠曲以模仿类似喀哒声的感觉。
附图说明
下面将结合附图描述本发明，其中相同的附图标记表示相同的元素，并且
图1是根据示例性实施例的蜂窝电话的分解视图；
图2是在未向其中包含的压电致动器施加电力的情况下，沿图1的线2-2截取的部分截面；
图3是在向压电致动器施加电力的情况下，沿图1的线2-2截取的部分截面；
图4是在未向其中包含的压电致动器施加电力的情况下的第二示例性实施例的部分截面；
图5是在向压电致动器施加电力的情况下的第二示例性实施例的部分截面；
图6是说明机械圆顶开关相对示例性实施例的压电致动器的加速度的比较的曲线图；
图7是图1中示出的蜂窝电话的框图；
图8是说明根据示例性实施例的用于控制至少一个压电致动器的电路的一个示例的电路图；
图9和10说明了对应于控制信号的时序图和可通过诸如图8所示的电路提供的单向电压驱动信号的一个示例；
图11是说明用于控制至少一个压电致动器的电路的另一示例性实施例的电路图；以及
图12是用于控制至少一个压电致动器的电路的实施例的另一示例，该示例是图11中所示概念的实践最优化。
具体实施方式
以下本发明的详细描述在本质上仅是示例性的并且不应限制本发明或者本发明的应用和用途。而且，不应受到前述背景技术或以下具体实施方式中提出的任何理论的限制。
用于控制至少一个压电致动器的电子电路包括压电致动器驱动电路，该压电致动器驱动电路包括在操作中响应第一脉冲宽度调制控制信号的脉冲电感升压充电电路，和在操作中响应第二脉冲宽度调制控制信号的脉冲恒定电流汲入放电电路。脉冲宽度调制控制信号可以使得，占空周期保持恒定，或者占空周期可以根据时间变化。脉冲电感升压电路可控地向压电致动器添加预定的电荷“包”，并且脉冲恒定电流汲入放电电路可控地从充电的压电致动器移除预定的电荷包。压电致动器驱动电路向压电致动器施加预定的单向电压波形(例如，高于驱动电路的DC供电电压)，该压电致动器向用户提供触觉反馈。
在另一示例中，来自充电的压电致动器(或元件)的能量被再循环以例如，对诸如可充电电池元件(例如，电容器或其他适当的充电元件)的电压源充电，或者如果需要，可以用作另一电路的电压源。在一个示例中，在升压开关和降压开关电路中使用多个电感器。在另一实施例中，使用公共的单个电感器和其他配置来减少零件数目、成本和电路尺寸。
在一个示例中，来自主处理器、键盘处理器或其他适当控制器的单个控制信号用于提供对于压电驱动电路的输入控制信号。该输入控制信号可被转换为多个控制信号，其中该多个控制信号中的每个控制信号是用于控制针对一个或多个压电致动器的能量充电和放电的脉冲宽度调制控制信号。除其他优点外，用于控制至少一个压电致动器的电路可以提供小的部件数目、高的效率和用于在手持和便携式设备中使用的低成本的实现方案。如果需要，用于控制压电致动器的电路能够实现不需要机械圆顶开关键盘或其他配置的触觉键盘。在不必牺牲熟悉的预期的触感按钮感觉的情况下，用户能够体验依赖于当前设备模式改变的变体键盘的好处。本领域的普通技术人员将认识到其他优点。
在一个示例中，压电陶瓷元件或多个压电陶瓷元件直接接合到便携式设备的主干结构，例如蜂窝电话的金属或塑料底盘。蜂窝电话的底盘向电话提供结构刚性并且用作用于使大部分电话模块和部件附着的结构板。在一个示例性实施例中，压电陶瓷元件和例如变体用户接口的输入设备接合到底盘的相反面。在施加电场时，压电元件的面内收缩或扩张引起底盘的局部挠曲并且因此在输入设备的接口处提供触感反馈。输入设备未如现有技术所述由分立的压电弯曲器致动器直接推动或拉动，而是成为因集成压电陶瓷元件而变形(挠曲)的结构的一部分。输入设备的运动是挠曲，并非是通过多个压电致动器在多个点处致动的上/下移动。该方法优于现有技术的好处在于，其不需要致动元件与被推动或拉动的结构的精确机械对准。
根据一个示例性实施例，例如压电弯曲器的至少一个压电致动器直接接合到邻接供触觉反馈用的输入设备的金属板。该直接安放提供了输入设备的挠曲的弯曲移动，并且因此向用户提供了包括类似真实键喀哒声的触感反馈的触感反馈。输入设备的该位移是小的，仅1.0～30.0微米。该简单的电机械结构是低成本的并且具有已证实的可靠性。
压电致动器唯一地能够递送用于模拟键喀哒声响应所需的例如1.0至10.0毫秒的快速的、例如1～100g的高加速度的响应。该类响应允许有利地将机械圆顶开关替换为压电致动器，用于超薄的、厚度减小的键盘和/或变体用户接口。相对于谐振电磁振动马达的固定频率响应，压电致动器还能够提供宽带移动(1～2000Hz)。
压电元件在遭受与其平面垂直的电场时，在横向方向中，即在其各自的X-Y平面中收缩或扩张，引起高度放大的垂直移动，同时具有接合到诸如电话底盘的硬表面的必要约束。可以通过范围广泛的波形驱动压电元件以使机械输出适合用户。高转换速率阶跃函数可以提供最高的加速度和类似喀哒声的反馈。可替选地，多个正弦波可用于生成反馈，该反馈的特征类似蜂鸣。压电致动器也可以在宽的频率范围中操作，允许宽带触觉响应。压电致动器的功耗通常相当于或小于DC回转马达的功耗。致动器的延时(用于斜升到全速度所需的时间)是足够小的，允许用户在交互式应用中具有几乎瞬时的响应。
图1是根据本发明的第一实施例的蜂窝电话100的分解视图，并且图2是沿图1的线2-2截取的部分截面视图。蜂窝电话100仅是一个示例性实施例。应当理解，任何类型的便携式电子设备可以与此处描述的本发明一起使用。蜂窝电话100包括前壳体部分102和后壳体部分104。前壳体部分102支撑可选的天线(未示出)并且包括容纳变体用户接口110的开口108。在前壳体部分102上面还提供了扬声器栅网112和麦克风栅网114。在前壳体部分102中还提供了容纳显示器118的显示器开口116。电池盒盖120被提供用于覆盖后壳体部分104中的电池盒。在电池底板121中提供用于布线的开口(未示出)以将安置在电池盒117中的电池(未示出)耦合至印刷电路板124的背面126上面的电路(未示出)。透明盖119被安置在显示器118和输入设备110上方。
除了所讨论的项目之外，前壳体部分102和后壳体部分104包围固定到前壳体部分102的底盘122。底盘122包括第一平坦面123，其将变体用户接口110固定地安置在开口108中并且将显示器118固定地安置在开口116中。底盘122的第一平坦面123与输入设备110的平坦面111相邻并接触。印刷电路板124也被包围在前壳体部分102和后壳体部分104中。构成蜂窝电话100的一个或多个电路的多个电路部件(未示出)安装在电路板124的背面126上面。下文通过参照图6中示出的功能框图更加全面地描述蜂窝电话100的电路。
接触设备132均包括通过浮焊(未示出)固定到电路板124的基部134，和延伸通过电路板124中的开口138以实现与每个压电致动器142的电气接触的臂136。该接触设备进一步耦合至电路板124上面的电路(未示出)。接触设备132包括诸如金属的传导材料，并且在示例性实施例中包括具有固有弹簧作用或扭矩的金属以在压电致动器142上施加力。
聚酯薄膜层144(图2)可以粘性附着在后壳体部分104的电池底板121和接触设备132之间。空气间隙152存在于印刷电路板124和层144之间。接触设备132可选地通过优选地是金的金属接触部146实现与压电致动器142的接触。接触设备132可以对金属接触部146施加弹簧力(如示出的)用于提高传导性。根据示例性实施例，压电致动器142被直接安置在实现与变体用户接口110的接触的底盘122的第二平坦面125上面。以相邻的方式安置底盘122和变体用户接口110，以便底盘122的挠曲使变体用户接口110挠曲。
图2示出了通过接合到前壳体部分102来固定变体用户接口110以及将透明盖119接合在变体用户接口110和显示器118上方的前部分102上的凹痕中的方式的一个示例性实施例。该示例仅是将变体用户接口110固定在前壳体部分102中的一种方法。其他示例可以包括例如机械耦合。当进行针对变体用户接口110的输入时，例如推动显示的图标时，从例如检测移动的传感器(未示出)或者检测通过输入生成的电子信号的电路生成信号。该信号被发送到激活压电设备142的接触设备132。通过底盘122将压电设备142的挠曲移动传递到变体用户接口110(图3)。由于变体用户接口110被固定在其外周处，而非固定在中心，因此导致变体用户接口110的挠曲运动。
图4中示出的第二示例性实施例包括安置在底盘122的凹进部中并且直接面对输入设备110的压电致动器142。传导接合材料(未示出)被安置在输入设备和压电致动器142之间，用于将此两者固定在一起并且向压电致动器142提供电力。图5说明了将电力施加到压电致动器142并且导致底盘122、输入设备110和透明盖119的挠曲的第二示例性实施例。
图6说明了机械圆顶开关502相对如此处描述的压电致动器504的加速度随时间的曲线的比较。所述曲线是非常相似的。加速度形态的主要特性是相对短的时间周期(＜10ms)中的高的峰值加速度1～100g。加速度曲线中的高频分量与伴随触感喀哒声感觉的声音关联。
图7是根据本发明的第一实施例的图1～3中示出的蜂窝电话100的框图。蜂窝电话100包括收发信机602、处理器604、模数转换器(A/D)606、输入解码器608、存储器612、显示器驱动器614、数模转换器(D/A)618和压电致动器142，所有这些通过数字信号总线620耦合在一起。收发信机模块602耦合至天线106。通过数据调制的载波信号，例如用于数字地驱动编码语音音频的数字编码信号，在天线642和收发信机602之间传递。
输入设备110耦合至输入解码器608。输入解码器608用于识别例如被按压的键，并且向处理器604提供识别每个被按压的键的信息。显示器驱动器614耦合至显示器626。
D/A 618通过音频放大器632耦合至扬声器634和振动马达635。D/A 618将解码数字音频转换为模拟信号并且驱动扬声器634和振动马达635。音频放大器632可以包括多个放大器，每个放大器驱动分立的扬声器/振动马达组合。
存储器612还用于存储控制蜂窝电话100的操作方面的程序。存储器612是计算机可读介质的一种形式。
收发信机602、处理器604、A/D 606、输入解码器608、存储器612、显示器驱动器614、D/A 618、音频放大器632和数字信号总线620被实现在电路部件124中并且在图1中示出的电路板中互连。
图8说明了用于控制至少一个压电致动器142的电路800并且在该示例中，被示出为包括压电致动器142，该压电致动器142包含多个压电致动器或元件。用于控制至少一个压电致动器的电路800包括压电驱动电路802，其在结点804处生成至少一个单向电压驱动信号，该信号也被称为Vout。实际上，可以顺序提供多个单向电压驱动信号以提供触觉反馈。在一个优选实现方案中，该电压驱动信号可以是单周期升余弦波。然而，如果需要，也可以使用其他适当的波形。电压电平可以是任何适当的电平，如一个示例中的，该电压电平可以是100～120V。然而，取决于应用，该电压电平可以更低或更高。生成电压驱动信号(图9中示出的示例)的压电致动器驱动电路802包括升压开关电路或充电电路806、降压开关电路或脉冲电流汲入放电电路808和控制信号生成电路810，控制信号生成电路810从例如键盘处理器或其他适当的处理器604接收指出设备已请求利用压电致动器142生成触觉反馈的输入控制信号812。如上文提及的，如本领域中已知的，这可以例如，响应检测到用户手指的触摸屏或者其他触摸激活元件来完成。在该示例中，控制信号生成电路810是时序生成器，诸如但不限于，PIC10F202微控制器，或者是接收控制信号812并且生成多个脉冲宽度调制控制信号816和818的任何其他适当的控制信号生成电路。充电电路806在操作中耦合至供电电压(例如，5伏或任何其他适当的电压)并且控制信号生成电路810可被提供相同或不同的供电电压。在该示例中，使用不同的供电电压并且该供电电压是2.8伏供电电压。一个或多个滤波电容器820可以按照需要适当地耦合至供电电压。
压电致动器驱动电路802在结点804处生成电压驱动信号Vout。电感升压充电电路806响应第一变化的脉冲宽度调制信号816，可控地将预定的电荷包添加到压电致动器142，并且脉冲恒定电流汲入放电电路808响应第二脉冲宽度调制控制信号818并且在压电致动器142已通过电感升压充电电路806充电之后可控地从充电的压电致动器142抽取预定的电荷包。在该示例中，控制信号生成电路810产生第一和第二脉冲宽度调制控制信号816和818，所述信号产生用于致动压电致动器142的电压驱动信号。该操作方法是开环的，产生用于致动压电元件的所需电压驱动波形，使用数目最少的部件，因输出波形和用于产生输出波形的控制信号是预定的这一事实而被已被易化。本领域的技术人员还将理解，时序生成电路810可以接收来自Vout结点804的反馈，否则还接收来自连接到电感器826的电感升压供电结点的反馈，以便于在Vout 804处产生所需波形时，动态地调节控制信号816和818的占空周期，因此操作于开环方式。
返回参考图8，在该示例中，充电电路806包括NMOS FET晶体管822，晶体管822具有跨越栅极和漏极在操作中耦合的电阻器824和耦合在供电电压和晶体管822的漏极之间的电感器(诸如100微亨电感器826)。电阻器824在某种程度上是可选的，并且用于确保在没有另外通过时序生成器810活跃地驱动时NMOS FET 822保持不活跃，以免在电路应不活跃时将不需要的电流从电源抽取到电感器。充电电路806还包括二极管828，二极管828在操作中耦合在晶体管822的漏极或输出和Vout输出结点804之间，Vout输出结点804还耦合至脉冲电流汲入放电电路808。在该示例中，电流汲入放电电路是恒定电流汲入放电电路。而且本领域的技术人员将理解，NMOS FET 822可替选地可以是任何其他电气操作开关设备，诸如NPN双极结型晶体管。然而，NMOS FET通常将是优选的；这是因为该设备通常将需要来自时序生成器810的较少的驱动力，因此更容易被驱动并且整体上是更加电力高效的。
在该示例中，脉冲恒定电流汲入放电电路808包括具有由第二脉冲宽度调制控制信号818驱动的输入的双极型晶体管830，并且包括如所示耦合的发射极电阻器832。晶体管830的输出耦合至压电致动器142和二极管828并且产生用于驱动压电致动器142的电压驱动信号的下降部分，以可控地从充电的压电致动器移除预定的电荷包。晶体管822和充电电路806的输出用于对压电致动器142充电以产生电压驱动信号的上升部分。将认识到，取决于应用，所描述的晶体管可以是任何适当的晶体管，包括例如场效应晶体管或双极型晶体管。事实上，晶体管830可以替换地是NMOS FET，但是NPN双极型晶体管的有效激活电压小于NMOS FET的有效激活电压(约0.7V而不是≥1.2V)，并且呈现出相当低的零件间变化和较低的随温度和负载的变化，因此NPN双极结型晶体管优选地用于最一致的恒定电流汲入操作。
在图8中示出的示例性实现方案的变化中，假如第二控制信号818达到高电压，该高电压至少是低压供电轨和通过汲入晶体管830和电流设定电阻器832的压降的和，则设定脉冲恒定电流汲入电流的电阻器832连接到用于另一电路的稳压低压供电轨，而非简单地连接到地。这样，通过脉冲恒定电流汲入808从压电致动器移除的电荷被再循环以帮助对设备的另一部分供电，这提高了设备的整体电力效率。作为示例，使电流设定电阻器832的值从330欧姆变为150欧姆并且将其连接到低压供电轨而非地，允许从压电致动器142移除的电荷被放电到稳压1.15V CPU核心电源，而非简单地将电荷放电到地，甚至不必重新调节时序生成器电路呈现的占空周期级数。
如图9所示，在一个优选实施例中，单向电压驱动信号Vout是驱动压电致动器142的升余弦驱动信号904。在操作中，图8的电路利用单输入控制信号812产生两个脉冲宽度调制输出；即图10中示出的控制信号816和818。然而，可以使用任何适当数目的控制信号。在该示例中，控制信号生成电路810产生第一脉冲宽度调制控制信号和第二脉冲宽度调制控制信号816和818作为变化的占空周期控制信号，以提供作为单端升余弦驱动信号的一部分的如区域900所示的相对慢的初始上升时间和相对慢的下降时间902。例如，为了使生成的升余弦驱动信号在1.7毫秒中从5伏增加到100伏，可需要在100千赫的约170个脉冲和变化的占空周期。通过按照诸如10％、30％、60％、80％、80％、80％、80％、80％的占空周期级数的级数，使用脉冲宽度调制控制信号816对充电电路806充电，使用占空周期级数执行驱动信号904的上升和下降部分的生成。使压电致动器放电可以通过如下方式完成，按照诸如0％、20％、40％、70％、70％、40％、20％和20％的占空周期级数的级数，使用脉冲宽度调制控制信号818，产生驱动信号的下降或放电部分。通过在达到最大电压并且驱动脉冲被停止时经由第二脉冲宽度调制控制信号818将恒定电流汲入808切换到电路中，放电周期从充电的压电致动器142抽取电荷包。使用例如图10中示出的放电方案使得在近似驱动信号中获得对瞬时放电速率的精确控制。优选地，在脉冲升压充电阶段中恒定电流汲入808在电路中不应是活跃的，这是因为这可能部分地或完全地阻碍另外的可实现的上升时间。
图11说明了用于控制压电致动器142的电路的另一示例，该电路利用电感开关放电电路1112提供从压电致动器142经由返回路径1102到例如供电轨的能量的高效返回。在该示例中，如所示出的，充电电路1104或升压开关包括电感器1106和NMOS FET晶体管1108。再一次地，二极管1110用于调整针对压电致动器142的电荷的方向。降压开关或放电电路1112包括如所示出耦合的NMOS FET晶体管1114、上拉电阻器1116、PMOS FET晶体管1118、二极管1119和另一电感器1120。可以通过从压电致动器142放电的能量反馈来将充电电容器1130充电。亦如所示出的，可充电电池1132或其他电路可被连接为经由返回路径1102接收放电电路1112提供的能量。该开关电感放电电路通常还被称为“降压开关”，通过使施加到压电致动器142的大部分能量返回源电池或供电轨，或者可替选地返回供电子设备的另一部分使用的另一供电轨，使得整体电路是更加高效的。
开关电感放电电路1112被耦合以从压电致动器142向诸如电池、电容器或其他电路的电压源结点反馈能量。该开关电感放电电路1112包括响应第二脉冲宽度调制控制信号818的放电开关晶体管1114并且具有耦合至电阻元件1116的输出。电感元件1120耦合至电压源结点和输出传输晶体管1118。二极管1119耦合至输出传输晶体管1118和电感元件1120。将理解，第二控制信号818的占空周期级数在其准确组成上不同于用于控制脉冲恒定电流汲入电路808的序列。
图11中示出的电路主要用于更加可理解地描述概念，而图12说明了用于控制压电致动器1200的电路的优选实施例，再一次地，该电路使来自充电的压电致动器142的能量再循环回到供电电压轨或者用于对电路供电的可再充电电池。较之图11中示出的电路的一个优点在于，再循环的能量可以经由路径1102的替选通路供另一电路使用。
如图12所示，可以使用单个电感器1202替换两个电感器1106和1120，并且使用单个PMOS晶体管1204替换升压二极管1110和PMOSFET开关1118。晶体管1204的体二极管因此用作升压电路的升压二极管1110。将认识到，此处描述的电路可以在集成电路、多个集成电路中实现或者通过任何适当的方式实现。如所示出的，该电路还包括充电控制晶体管1206以及耦合至高边PMOS晶体管1204的电平移位放电控制晶体管1208。上拉电阻器1214在操作中耦合至晶体管1208和高边开关晶体管1204。如果需要，还可以使用另一可选的阻抗元件1218；再一次地，用于防止NMOS升压FET 1206的意外操作。在电路的放电阶段中，该电路作为“降压开关”操作，以便于来自压电致动器142的能量随后可以通过来自源1230的能量首次通过的同一电感器1202返回其源1230。再一次地，如所提及的，PMOS FET的体二极管被用作升压二极管，用于在脉冲宽度调制控制信号816和晶体管1206的控制下对压电致动器142充电。驱动电路包括耦合至高边开关FET1204和被示为1230的电压源结点二者的电感元件1202。
除其他优点之外，图12中示出的电路可以使用比图11的电路更少的部件。此外，如果需要，图11和12的电路可以通过允许压电能量再循环回到电池轨或者任何其他适当的电压源结点，有效地提高整体效率。
上述电路可以例如用作包括触摸屏的键盘的一部分，该触摸屏包括如所描述的适当地耦合至其他机械机构的压电致动器，例如，在其上方操作用于响应用户的触摸屏接触而提供触感反馈。诸如蜂窝电话或如上文提及的其他电子设备的手持电子设备可以包括本领域中已知的无线电话电路和耦合至本领域中已知的无线电话电路的键盘并且可以包括上文描述的任何电路(或者任何适当的电路组合)以通过相对低成本和高可靠性的方式实现唯一的设备。本领域的普通技术人员将认识到其他优点。
此外，一种方法包括：通过生成用于控制充电电路806产生一部分(上升)电压驱动信号904的第一脉冲宽度调制控制信号816并且生成用于控制脉冲电流汲入放电电路804可控地从充电的压电致动器抽取预定的电荷包以产生另一部分电压驱动信号(例如，下降部分)的另一脉冲宽度调制控制信号818，控制触摸屏的压电致动器的致动。
尽管在本发明的前面的详细描述中已提出了至少一个示例性实施例，但是应认识到，存在大量的变化方案。还应认识到，示例性实施例仅是示例，不应以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。确切的讲，前面的详细描述将向本领域的技术人员提供用于实现本发明的示例性实施例的便利说明，应当理解，在不偏离如所附权利要求中阐述的本发明的范围的前提下，可以在示例性实施例中描述的元件的功能和布置方面进行各种改变。
Claims (22)
1.一种用于控制压电致动器的电路，包括：
压电致动器驱动电路，所述压电致动器驱动电路在操作中生成单向电压驱动信号，所述压电致动器驱动电路包括：充电电路，所述充电电路在操作中响应于第一脉冲宽度调制控制信号；以及，脉冲电流汲入放电电路，所述脉冲电流汲入放电电路在操作中响应于第二脉冲宽度调制控制信号并且在操作中从充电的压电致动器可控地抽取电荷包。
2.如权利要求1所述的电路，包括：
压电致动器，所述压电致动器在操作中耦合至所述压电致动器驱动电路；
其中，所述压电致动器驱动电路包括控制信号生成电路，所述控制信号生成电路在操作中产生具有变化的占空周期的所述第一脉冲宽度调制控制信号和第二脉冲宽度调制控制信号，以产生所述单向电压驱动信号来致动所述压电致动器。
3.如权利要求2所述的电路，其中所述脉冲电流汲入放电电路在操作中被耦合为使来自所述压电致动器的能量返回电压源结点。
4.如权利要求2所述的电路，其中所述单向电压驱动信号是升余弦信号。
5.如权利要求1所述的电路，其中所述脉冲电流汲入放电电路包括恒定电流汲入放电电路。
6.一种键盘，包括：
触摸屏，所述触摸屏包括压电致动器，所述压电致动器在操作中响应于由用户对触摸屏的接触而提供触感反馈；和
电路，所述电路在操作中控制所述压电致动器，所述电路包括：
压电致动器驱动电路，所述压电致动器驱动电路在操作中生成单向电压驱动信号，所述压电致动器驱动电路包括：充电电路，所述充电电路在操作中响应于第一脉冲宽度调制控制信号；以及，脉冲电流汲入放电电路，所述脉冲电流汲入放电电路在操作中响应于第二脉冲宽度调制控制信号并且在操作中从充电的压电致动器可控地抽取电荷包。
7.如权利要求6所述的键盘，其中所述压电致动器驱动电路包括控制信号生成电路，所述控制信号生成电路在操作中产生具有变化的占空周期的所述第一脉冲宽度调制控制信号和第二脉冲宽度调制控制信号，以通过开环操作方式产生所述单向电压驱动信号来致动所述压电致动器。
8.如权利要求6所述的键盘，其中所述脉冲放电电路在操作中被耦合为使来自所述压电致动器的能量再循环到电压源结点。
9.如权利要求6所述的键盘，其中所述脉冲电流汲入放电电路包括：
放电开关晶体管，所述放电开关晶体管具有在操作中响应于所述第二脉冲宽度调制控制信号的输入和耦合至电阻元件的输出；
输出传输晶体管，所述输出传输晶体管具有在操作中耦合至所述放电开关晶体管所述输出的输入；和
电感元件，所述电感元件在操作中耦合至所述电压源结点和所述输出传输晶体管。
10.如权利要求6所述的键盘，其中所述充电电路包括被配置为具有体二极管的场效应晶体管，并且其中所述脉冲电流汲入放电电路包括所述场效应晶体管，并且其中所述压电致动器驱动电路包括在操作中耦合至所述场效应晶体管和电压源结点二者的电感元件。
11.如权利要求10所述的键盘，其中所述电压源结点耦合至为所述电路供电的供电电压。
12.一种手持电子设备，包括：
无线电话电路；和
键盘，所述键盘在操作中耦合至所述无线电话电路，所述键盘包括：
包括压电致动器的触摸屏，所述压电致动器在操作中响应于由用户对触摸屏的接触而提供触感反馈；和
在操作中控制所述压电致动器的电路，包括：
压电致动器驱动电路，所述压电致动器驱动电路在操作中生成单向电压驱动信号，所述压电致动器驱动电路包括：充电电路，所述充电电路在操作中响应于第一脉冲宽度调制控制信号；以及，脉冲电流汲入放电电路，所述脉冲电流汲入放电电路在操作中响应于第二脉冲宽度调制控制信号并且在操作中从充电的压电致动器可控地抽取电荷包。
13.如权利要求12所述的手持电子设备，其中所述压电致动器驱动电路包括控制信号生成电路，所述控制信号生成电路在操作中产生具有变化的占空周期的所述第一脉冲宽度调制控制信号和第二脉冲宽度调制控制信号，以产生所述单向电压驱动信号来致动所述压电致动器。
14.如权利要求13所述的手持电子设备，其中所述脉冲电流汲入放电电路在操作中耦合为使来自所述压电致动器的能量反馈到电压源结点。
15.如权利要求14所述的手持电子设备，其中所述脉冲电流汲入放电电路包括：
放电开关晶体管，所述放电开关晶体管具有在操作中响应于所述第二脉冲宽度调制控制信号的输入和耦合至电阻元件的输出；
输出传输晶体管，所述输出传输晶体管具有在操作中耦合至所述放电开关晶体管所述输出的输入；和
电感元件，所述电感元件在操作中耦合至所述电压源结点和所述输出传输晶体管。
16.如权利要求14所述的手持电子设备，其中所述充电电路包括被配置为具有体二极管的场效应晶体管，并且其中所述脉冲电流汲入放电电路包括所述场效应晶体管，并且其中所述压电致动器驱动电路包括在操作中耦合至所述场效应晶体管和电压源结点二者的电感元件。
17.如权利要求16所述的手持电子设备，其中所述电压源结点耦合至为所述电路供电的供电电压。
18.一种用于控制压电致动器的方法，包括：
通过生成第一脉冲宽度调制控制信号以及生成第二脉冲宽度调制控制信号，来控制触摸屏的压电致动器的致动，所述第一脉冲宽度调制控制信号用于控制充电电路产生一部分单向电压驱动信号，所述第二脉冲宽度调制控制信号用于控制脉冲电流汲入放电电路可控地从充电的压电致动器抽取电荷包，以产生另一部分所述单向电压驱动信号。
19.如权利要求18所述的方法，包括：使来自充电的压电致动器的能量反馈到电压源结点。
20.一种用于控制压电致动器的电路，包括：
压电致动器驱动电路，所述压电致动器驱动电路在操作中生成单向电压驱动信号，所述压电致动器驱动电路包括：充电电路，所述充电电路在操作中响应于第一脉冲宽度调制控制信号；以及，开关电感放电电路，所述开关电感放电电路在操作中响应于第二脉冲宽度调制控制信号并且在操作中从充电的压电致动器可控地抽取电荷包。
21.如权利要求20所述的电路，其中所述开关电感放电电路包括：
放电开关晶体管，所述放电开关晶体管具有在操作中响应于所述第二脉冲宽度调制控制信号的输入和耦合至输出传输晶体管的输出；
输出传输晶体管，所述输出传输晶体管具有在操作中耦合至所述放电开关晶体管的所述输出的输入；和
电感元件，所述电感元件在操作中耦合至所述输出传输晶体管并且耦合至用于另一电路的供电轨或者耦合至地。
22.如权利要求21所述的电路，其中所述开关电感放电电路包括被配置为具有被耦合为充电电路升压二极管的体二极管的PMOS场效应晶体管，并且其中所述压电致动器驱动电路包括在操作中耦合至所述PMOS场效应晶体管的电感元件。
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Legal Events
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Owner name: MOTOROLA MOBILE CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: MOTOROLA INC. Effective date: 20110112 |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170327 Address after: California, USA Patentee after: Google Technology Holdings LLC Address before: Illinois State Patentee before: MOTOROLA MOBILITY LLC |