CN105489211B - 用于生成可听警报或音乐的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生成可听警报或音乐的电子设备。布置电子设备(1)以便生成可听警报或音乐。它包括线圈或电感器(L1)和蜂鸣器，所述蜂鸣器具备与所述线圈串联的电容器(Cb)。当启动所述电子设备时，所述蜂鸣器生成所述可听警报或音乐。所述电子设备进一步在反馈回路中包括：导数电路(3)，其连接到所述线圈与所述电容器之间的连接节点，以便产生来自所述电容器的信号的导数；以及比较器(4)，其用于将来自所述导数电路(3)的导数信号(Vder)与参考电压(Ref)相比较。所述比较器向所述线圈提供输出信号(Vcomp)以放大跨所述电容器的信号，以便所述蜂鸣器生成至少一个可听警报。

Description

用于生成可听警报或音乐的电子设备
技术领域
本发明涉及一种用于生成可听警报或音乐的电子设备。所述设备可以适合便携式电子仪器，例如手表。所述设备尤其包括连接到电容型蜂鸣器的至少一个线圈。
背景技术
在具备至少一个蜂鸣器(尤其具备压电元件)的常规电子系统中，提供链接到蜂鸣器的线圈，并且蜂鸣器和线圈都连接到控制电路。控制电路可以在供电电压源的两个端子之间包括晶体管，该晶体管与线圈和蜂鸣器串联布置。当电子系统开始操作以便生成声音(例如警报)时，向晶体管的栅极或基极施加脉冲以便激励由线圈和蜂鸣器形成的组件。
通常，力求根据由线圈和蜂鸣器形成的组件的谐振频率来调整控制电路的频率。为了实现此目的，必须提供用于测量谐振频率的第一阶段。然后，在反馈回路中，可以对机械声音生成组件的响应采样，以便调整控制脉冲的频率。必须调整该频率以使其接近于机械声音生成组件的谐振频率，以便生成具有足够声级的声音，同时限制所需的电能。但是，要指出的是，控制电路很难在此调整后的频率下长久工作，因为随着时间的推移，机械组件通常经历其物理参数的自然变化。在售后操作中更换谐振系统还会降低原始设备的效率。这构成此类常规电子系统的一个缺点。
发明内容
因此，本发明的一个目标是提供一种克服现有技术的上述缺点的、用于生成可听警报或音乐的电子设备，以便在低供电电压下生成高音量警报或音乐，而不管谐振系统如何随时间变化。
为此，本发明涉及一种用于生成可听警报或音乐的电子设备。
所述用于生成可听警报的电子设备的一个优点在于以下事实：提供正反馈回路，其中测量跨电容型警报设备或蜂鸣器的电压的导数(derivative)。获得谐振效应，而不必计算由线圈和蜂鸣器形成的组件的谐振频率，与蜂鸣器中的物理参数或更改的任何变化无关。
附图说明
基于附图例示的至少一个非限制性实施例，用于生成可听警报或音乐的电子设备的目标、优点和特性将在以下描述中更清晰，这些附图是：
图1示出根据本发明的用于生成可听警报或音乐的设备的各种组件的简化视图，
图2示出根据本发明的用于生成可听警报或音乐的设备中的各种信号，以及
图3示出在根据本发明的设备的操作期间由电容器建模为第一近似的蜂鸣器的输出信号的演变。
具体实施方式
在以下描述中，将仅以简化方式描述所述电子设备的所有那些为本领域技术人员公知的电子组件。
图1示出电子设备或电子电路1的一个实施例。电子设备1可以由诸如电池之类的常规供电电压源供电。电子设备1包括由连接到电容型蜂鸣器Cb的第一线圈或电感器L1形成的组件2，以便生成声音或音乐Sout。第一线圈L1连接到蜂鸣器Cb的第一电极，而蜂鸣器Cb的第二电极能够通过开关7连接到零电压或接地端子。
要指出的是，蜂鸣器Cb可以由声膜形成，在声膜上布置压电元件。可以以电方式致动该压电元件以使膜振动，因此生成声音或音乐。压电元件通常在具有串联的电阻器、电感器和第一电容器的第一支路以及具有第二电容器的第二并联支路中的第一电极与第二电极之间形成。第二电容器的大小远大于第一支路的其它组件并且作为第一近似，可将所述压电元件视为电容器Cb。在这些条件下，说明书指的是电容型蜂鸣器，因为通过致动电容器Cb获得由膜生成声音或音乐。
在反馈回路中，电子设备1还包括导数电路(derivative circuit)3，其连接到第一线圈L1与蜂鸣器Cb之间的连接节点。导数电路3用于产生跨蜂鸣器Cb的第一电极的信号的导数。向比较器4的第一输入端提供导数电路3的输出端处的导数信号Vder，比较器4的第二输入端接收参考电压Ref以便与导数电路3的导数信号Vder相比较。优选地，比较器4的第一输入端是正输入端，而比较器4的第二输入端是负输入端。进一步，参考电压Ref可被设置为电子设备的供电电压Vdd的一半，即设置为Vdd/2。向第一电感器L1的自由端提供比较器4的输出信号Vcomp，以便激活由蜂鸣器Cb生成声音或音乐Sout。
要指出的是，可以通过由第一电阻器Rd1和第二电阻器Rd2组成的电阻分压器获得参考电压Ref，第一电阻器Rd1和第二电阻器Rd2串联到供电电压源Vdd，供电电压源Vdd向电子设备1的各种组件供电。优选地，跟踪放大器14还可以具备连接到两个电阻器Rd1和Rd2的连接节点的正输入端，以及连接到跟踪放大器14的输出端的负输入端，以便提供参考电压Ref。如果两个电阻器具有相同的电阻值，则将提供等于Vdd/2的参考电压Ref，但两个电阻器还可以具有不同的电阻值，以便根据驱动蜂鸣器Cb的所需模式修改参考电压Ref。
根据本发明的原理，布置具有由第一电感器L1和蜂鸣器Cb组成的组件2的反馈回路，以便当蜂鸣器的电容器Cb处于充电阶段时，使用正电压或正电压脉冲驱动第一线圈L1。相反，当蜂鸣器的电容器Cb处于放电阶段时，第一线圈L1接收零电压。因此，比较器4的输出信号Vcomp处于高状态以便提供正电压脉冲，并且处于低状态以便提供零电压。
使用本发明的该原理，在于使用反馈回路中的正反馈导致振荡，可增加存储在蜂鸣器的电容器Cb中的能量或可听警报。迫使在第一线圈L1与电容器Cb之间的连接节点处的振荡接近于谐振频率。因此，不再需要提供用于计算蜂鸣器的谐振频率的阶段，因为在电子设备的整个生命周期内，跨电容器Cb的驱动信号能够针对每个警报或蜂鸣器产生谐振效应。
根据参考图1描述的一个实施例，导数电路3可以包括以下布置：该布置包括导数电容器C1、电阻器R1和放大器13，以便产生跨电容器Cb的信号的导数。导数电容器C1的第一电极可以连接到第一线圈L1与蜂鸣器的电容器Cb之间的连接节点，并且第二电极连接到放大器13的第一输入端。放大器13的第二输入端优选地连接到接地端子。在放大器13的第一输入端与放大器13的输出端之间布置导数电阻器R1，放大器13的输出端提供输出信号Vder。放大器13的第一输入端是负输入端，而放大器13的第二输入端是正输入端。
导数电路3还可以包括用于调整由电容器Cb产生的振荡信号的电平和振幅的装置(未示出)。该振荡信号优选地是正弦电压，该正弦电压可以在-10V和+10V之间波动。原则上，导数电路信号必须是其电压低于电子设备1的供电电压Vdd的信号。供电电压Vdd可以大约为1V。
还要指出的是，比较器4可以是迟滞比较器。迟滞比较器能够基于导数信号Vder与参考电压Ref的比较，明确定义要向第一线圈L1提供的输出信号Vcomp的两种状态，参考电压Ref可以是Vdd/2或者根据应用调整的另一个电压。
电子设备1还可以包括预充电电路9，其连接到第一线圈或电感器L1与蜂鸣器的电容器Cb之间的连接节点。当电子设备1开始工作时，该预充电电路9对电容器Cb充电。首先对电容器Cb预充电防止导数电路3提供零导数信号Vder，并且防止所有反馈回路组件保持处于禁止生成声音或音乐的稳定状态。
电子设备1还可以包括电压限幅器8，其连接到第一线圈或电感器L1与蜂鸣器的电容器Cb之间的连接节点。因为跨电容器Cb生成的交流电压的振幅增加以便由膜生成声音，所以电压限幅器8将振荡限制为所定义的电压振幅。电压限幅器可以被设计为两个反并联二极管，它们与电容器Cb并联安装并且具有定义的截止电压。
电子设备1还可以在组件2中包括第二线圈或电感器L2。该第二线圈L2通过开关7连接到蜂鸣器的电容器Cb的第二电极。第二线圈L2的另一端连接到DSP逻辑单元6。该DSP逻辑单元6还可以通过由控制单元5控制的多路复用器10连接到第一线圈L1的自由端。
布置DSP逻辑单元6以及第一和第二线圈L1和L2以便例如生成音乐。因此，可以在DSP逻辑单元6中生成数字音频信号。DSP逻辑单元还必须包括布置在Σ-Δ(sigma-delta)电路中的FIR数字滤波器，其需要两个线圈L1和L2以对信号进行数字滤波以便在蜂鸣器Cb中生成音乐或旋律。
电子设备1的控制单元5可以用于通过信号En启用设备的各种组件，并且用于选择生成可听警告(例如警报)还是音乐或旋律。为了生成可听警报或音乐，选择信号Sel控制多路复用器10和开关7。为了在选择信号Sel的第一状态下生成可听警报，第一线圈L1连接到比较器4的输出端，并且电容器Cb的第二电极连接到地。为了在选择信号Sel的第二状态下生成旋律，第一线圈连接到DSP逻辑单元6，并且电容器Cb的第二电极连接到第二线圈L2，第二线圈L2也连接到DSP逻辑单元6。
如上所示，预充电电路9必须对电容器Cb充电以启动反馈回路，以便生成具有自动放大的可听警报。自然地，在反馈回路初始化阶段完成之后，能够立即断开预充电电路9。还可以规定根据控制单元5的命令，仅启动生成可听警报或者生成音乐或旋律必需的那些组件。但是，根据本发明和参考图1提供的电子设备1的配置，仅在生成可听警报的情况下，存储在蜂鸣器的电容器Cb中的能量才出现扩增或增加。在这种特定情况下，可以在不使用互补DC-DC或电荷泵电路的情况下获得高警报音量。
要指出的是，第一和第二线圈L1和L2以及蜂鸣器的电容器Cb是不能很容易地与上述电子设备1的其它部分相集成的组件。作为非限制性实例，第一和第二电感器L1和L2可以具有大约为100μH(微亨)的电感值，并且电容器Cb的电容可以大约为10μF(微法)。这使得在可听范围内生成大约5kHz(千赫)的谐振频率成为可能。在导数电路3中，电阻器R1可以具有大约为10Mohm(兆欧)的电阻值，并且导数电容器C1的电容可以大约为10pF(皮法)。因此，这两个组件可以与电子设备1的其它部分集成。
在生成可听警报的情况下，图2示出反馈回路中的各种信号。图2首先示出跨电容器Cb的振荡信号，其是正弦电压VCb。跨电容器Cb的该振荡信号由其交流分量表示。图2还示出导数电路输出端处的导数信号Vder，其也是正弦电压Vder，但从电压VCb相移90°，并且示出比较器输出信号，其是用于控制第一电感器的脉冲电压Vcomp。
要指出的是，根据本发明，当使用电压VCb(其在脉冲电压Vcomp的持续时间内增加)对电容器Cb充电时，脉冲电压Vcomp是正电压。但是，在电容器Cb的放电期间，电压VCb随零电压Vcomp而减小，这是所希望的。因此，在启动用于生成可听警报的设备之后，跨电容器Cb的电压立即出现自动增加，而不需要调整谐振频率。
根据图2中所示的信号，将导数信号Vder与比较器中的参考电压相比较，该参考电压有利地是对应于供电电压Vdd一半的电压。这使得在蜂鸣器的电容器Cb的整个充电期间，在比较器Vcomp的输出端处提供正电压脉冲成为可能。尽管使用低的正电压，然而归因于根据本发明的反馈回路，仍可放大由蜂鸣器生成的声音。
图3仅示出跨电容器Cb的信号的演变，示出了正弦电压随时间的增加。图3中没有示出电压限幅器的影响。在理想情况下，跨电容器Cb的振荡的振幅可以增加到数千伏特。但是，在第一线圈和蜂鸣器中具有内部电阻器的正常情况下，电压的最大振幅大约为十伏特，这使得集成电子设备的许多组件成为可能。
从以上给出的描述中，所属技术领域的技术人员可以设计电子设备的数个不同实施例而不偏离由权利要求书限定的本发明的范围。可设想在用于生成音乐的电子设备中产生类似的反馈回路。可以使用控制单元调整电压限幅器的电压限制。可以在启动后的设置时间段之后禁用电子设备。

Claims (10)

1.一种用于生成可听警报或音乐的电子设备(1)，所述电子设备包括至少一个第一线圈或电感器(L1)和蜂鸣器，所述蜂鸣器包括与所述第一线圈串联的至少一个电容器(Cb)，所述蜂鸣器用于当启动所述电子设备时生成可听警报或音乐，
其特征在于，所述电子设备(1)在反馈回路中包括：导数电路(3)，其连接到所述第一线圈(L1)与所述蜂鸣器的所述电容器(Cb)之间的连接节点，以便产生来自所述电容器(Cb)的信号的导数；以及比较器(4)，其用于将所述导数电路(3)的导数信号(Vder)与参考电压(Ref)相比较，所述比较器向所述第一线圈(L1)提供输出信号(Vcomp)以放大跨所述电容器(Cb)的信号，以便生成至少一个可听警报。
2.根据权利要求1所述的电子设备(1)，其特征在于，所述比较器(4)包括用于接收所述导数信号(Vder)的第一正输入端和用于接收所述参考电压(Ref)的第二负输入端，以便当所述电容器(Cb)处于充电阶段时，向所述第一线圈(L1)提供处于高状态，即具有正电压的输出信号(Vcomp)，以及当所述电容器(Cb)处于放电阶段时，向所述第一线圈(L1)提供处于低状态，即具有零电压的输出信号(Vcomp)。
3.根据权利要求2所述的电子设备(1)，其特征在于，所述比较器(4)的所述第二负输入端接收被定义为等于供电电压(Vdd)一半的电压的参考电压，以便在所述电容器(Cb)的整个充电阶段内向所述第一线圈(L1)提供处于高状态的输出信号。
4.根据权利要求2所述的电子设备(1)，其特征在于，所述比较器(4)是迟滞比较器。
5.根据权利要求1所述的电子设备(1)，其特征在于，所述导数电路(3)包括：导数电容器(C1)，其一方面连接到在所述第一线圈(L1)与所述蜂鸣器的所述电容器(Cb)之间的所述连接节点，另一方面连接到放大器(13)的第一负输入端，所述放大器的第二正输入端连接到零电压或接地端子；以及电阻器(R1)，其连接在所述放大器(13)的所述第一负输入端与输出端之间，所述输出端提供所述导数信号(Vder)。
6.根据权利要求1所述的电子设备(1)，其特征在于，所述电子设备包括预充电电路(9)，其连接到在所述第一线圈(L1)与所述电容器(Cb)之间的所述连接节点，以便当启动所述电子设备时对所述电容器预充电。
7.根据权利要求1所述的电子设备(1)，其特征在于，所述电子设备(1)包括电压限幅器电路(8)，其连接到在所述第一线圈(L1)与所述电容器(Cb)之间的所述连接节点，以便限制跨所述电容器(Cb)的振荡信号的振幅。
8.根据权利要求1所述的电子设备(1)，其特征在于，所述电容器(Cb)包括连接到所述第一线圈(L1)的第一电极和通过开关(7)连接到零电压或接地端子的第二电极。
9.根据权利要求8所述的电子设备(1)，其特征在于，所述电子设备(1)包括第二线圈或电感器(L2)，其通过所述开关(7)连接到所述电容器(Cb)的所述第二电极，该开关由控制单元(5)控制以便将所述电容器(Cb)的所述第二电极连接到所述接地端子或所述第二线圈(L2)。
10.根据权利要求9所述的电子设备(1)，其特征在于，所述第二线圈(L2)的另一端连接到逻辑单元(6)，所述逻辑单元(6)还通过由所述控制单元(5)控制的多路复用器(10)连接到所述第一线圈(L1)，还通过所述多路复用器(10)向所述第一线圈(L1)提供所述比较器(4)的所述输出信号(Vcomp)，所述多路复用器由所述控制单元(5)的选择信号(Sel)来控制，在所述选择信号(Sel)的第一状态下，所述第一线圈(L1)连接到所述比较器(4)的所述输出端，所述电容器(Cb)的所述第二电极连接到所述接地端子，以及在所述选择信号(Sel)的第二状态下，所述第一线圈(L1)连接到所述逻辑单元(6)，所述电容器(Cb)的所述第二电极连接到所述第二线圈(L2)。
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