CN106878874B - 触觉反馈控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明描述一种用于移动装置的触觉反馈元件控制器和一种控制移动装置的触觉反馈元件的方法。所述触觉反馈元件包括具有处理器输出端、第一处理器输入端和第二处理器输入端的处理器，具有输出端的控制状态模块，所述输出端耦合到所述第二处理器输入端，并被配置成确定触觉反馈元件和触觉反馈元件放大器中的至少一个的至少一个操作状态参数；其中所述处理器被配置成根据所述至少一个操作状态参数来更改所述第一处理器输入端上接收到的输入信号的一个或多个频率分量的幅度，以及将处理后的信号输出到触觉反馈元件放大器，所述触觉反馈元件放大器具有用于耦合到触觉反馈元件的输出端。在不减少所述触觉反馈元件的寿命的情况下，所述触觉反馈元件控制器可将驱动信号最大化到机械和热限度。

Description

触觉反馈控制器
技术领域
本发明涉及一种移动装置的触觉反馈元件控制器和一种控制移动装置的触觉反馈元件的方法。
背景技术
许多移动装置(例如移动电话)将触觉电机用作产生振动警告或更复杂的触觉模式的触觉反馈元件，以增强人-装置的交互。用于移动电话的触觉电机通常利用AC驱动的线性谐振致动器(LRA)或DC驱动的偏心旋转质量(ERM)电机。LRA和ERM两者都使用操作的电动原理来工作。
对于LRA来说，磁场通常由音圈产生，所述音圈与连接到“质量块”的磁体交互，所述质量块通常由金属形成，它们悬置在弹簧上。当磁场随着所施加的驱动信号变化时，磁体和质量块在与弹簧交互时上下移动。相对于其中移动的锥体(或膜)产生声压波的扬声器，移动的质量块产生振动。LRA弹簧和质量块之间的交互产生谐振行为。谐振频率通常在150Hz和250Hz之间的范围内，250Hz是人体皮肤敏感度频率的峰值。所感知的触觉力取决于驱动信号水平，其在谐振频率下通常是正弦波。
ERM通常由包括电感线圈或音圈的DC电机构成，所述电感线圈或音圈产生使电机轴旋转的磁场。通常由金属形成的偏心质量块连接到电机轴。因为质量块是偏心地安装在电机轴上，所以旋转将产生振动。用于移动装置的ERM电机通常在高于10,000RPM的频率下旋转，并通常在约3伏的固定DC电压下操作。
发明内容
在所附权利要求书中限定本发明的各个方面。在第一方面中，限定用于移动装置的触觉反馈元件控制器，其包括具有处理器输出端、第一处理器输入端和第二处理器输入端的处理器，以及具有输出端的控制状态模块，所述输出端耦合到第二处理器输入端，并被配置成确定触觉反馈元件和触觉反馈元件放大器中的至少一个的至少一个操作状态参数，其中所述处理器被配置成根据所述至少一个操作状态参数来更改第一处理器输入端上接收到的输入信号的一个或多个频率分量的幅度，以及将处理后的信号输出到触觉反馈元件放大器，所述触觉反馈元件放大器具有用于耦合到触觉反馈元件的输出端。
触觉反馈控制器可基于触觉反馈元件操作状态参数和/或触觉反馈元件放大器操作状态来处理输入驱动信号。处理器可被配置成通过将相应的操作状态参数状态保持在安全限度内，保护触觉反馈元件放大器和/或触觉反馈元件或触觉电机。
在实施例中，处理器可被配置成响应于至少一个操作状态参数小于第一预定值来增加输入信号的一个或多个频率分量的幅度，以及响应于至少一个操作状态参数大于第二预定值来减小输入信号的一个或多个频率分量的幅度。
处理器可通过将输入信号增强到操作状态参数中的一者或多者达到它们相应的安全限度来最大化触觉反馈元件输出和/或触觉反馈元件放大器输出。处理器可施加时变增益或频率依赖增益。在不减少触觉反馈元件的寿命的情况下，触觉反馈元件控制器可将驱动信号最大化到机械和热限度。
在实施例中，触觉反馈元件控制器可另外包括耦合到处理器的带宽扩展模块，其中带宽扩展模块被配置成扩展触觉反馈元件的有效通带，以包括高于和低于触觉反馈元件的谐振频率的频率。
在触觉反馈元件控制器的实施例中，带宽扩展模块可另外被配置成响应于触觉反馈元件的谐振频率的改变来适应有效通带。
带宽扩展模块可施加滤波器以增加触觉反馈元件(例如，线性谐振致动器)的有效带宽，以便重新产生更广范围的频率。滤波器可固定到或适应到(例如)LRA机械参数，例如Q因数和谐振频率。
在触觉反馈元件控制器的实施例中，处理器可包括处理器声换能器输入端，并且其中处理器被配置成响应于在经由声换能器接收到的信号中检测到在触觉反馈元件的有效通带以外的频率分量来更改输入信号，所述声换能器耦合到处理器声传感器输入端。
实施例可包括失真检测器，所述失真检测器具有用于从触觉反馈元件放大器接收信号的第一输入端、用于从声换能器接收信号的第二输入端，以及耦合到处理器声换能器输入端的输出端，并且其中失真检测器可操作以根据声换能器信号和触觉反馈元件放大器信号之间的比较来产生输出信号。
经由声换能器(例如，麦克风或被配置成麦克风的扬声器)检测的声信号可由处理器使用，以调整滤波器响应和/或保护阈值，从而说明(例如)装置与其上放置有装置的表面的可变机械耦合。可包括失真检测器，其比较声换能器信号和触觉反馈元件放大器信号，并根据比较来产生失真信号。
在实施例中，触觉反馈元件控制器可包括电压-电流传感器，其具有耦合到控制状态模块的输出端和用于感测来自触觉反馈元件放大器输出端的电压和/或电流的输入端，并且其中控制状态模块被配置成根据所感测的电压和/或电流来确定至少一个操作状态参数的值。
触觉反馈元件(例如，触觉电机)的状态(例如，LRA或ERM和/或触觉反馈元件放大器状态)可根据跨越触觉电机终端作出的电测量来确定和更新。监测驱动电压和/或电流能够：根据电机的反电动势(BEMF)计算它的动生阻抗。这允许估计电机位移和对应的力、测量可用于估计音圈温度的音圈DC电阻、计算输出电流和电压以及对应的驱动功率。还可使用输入信号和(非)线性前馈模型来确定触觉电机和/或放大器状态。在此情况下，电压和电流信号可用于更新模型参数。通过利用电压和电流信号的值更新模型，模型可适应于说明制造容限、环境条件(例如，环境温度)以及老化效应。例如，对于触觉反馈元件(例如，线性谐振致动器)来说，实际谐振频率可变化(例如)10％到20％。通过更新模型，根据电压和/或电流测量，可确定精确的谐振频率，并可调整其它参数(例如，驱动信号和滤波器系数)，以说明实际谐振频率。
在实施例中，至少一个操作状态参数可包括以下各者中的至少一者：触觉反馈元件谐振频率、峰值放大器电流、峰值输出电压、峰值放大器功率、平均放大器功率、触觉元件音圈温度、在触觉元件音圈中耗散的峰值功率、触觉元件质量块位移，以及施加到触觉元件质量块的力。
在触觉反馈元件控制器的实施例中，控制状态模块可被配置成根据所确定的电压和/或电流来确定触觉元件质量块位移和施加到触觉元件质量块的力中的至少一个。
在触觉反馈元件控制器的实施例中，控制状态模块可被配置成根据所确定的电压和/或电流来确定触觉反馈元件的音圈DC电阻，以及根据音圈DC电阻来确定音圈温度的值。
在触觉反馈元件控制器的实施例中，处理器可被配置成产生恒定频率和恒定幅度信号，所述信号具有除触觉反馈元件的谐振频率以外的频率，并且其中控制状态模块被配置成根据所确定的电压和/或电流来确定触觉反馈元件的音圈DC电阻，以及根据音圈DC电阻来确定音圈温度的值。
在触觉反馈元件控制器的实施例中，处理器可被配置成更改第一处理器输入端上接收到的输入信号的一个或多个频率分量的幅度，以将力限制成预定的最大值。
在触觉反馈元件控制器的实施例中，控制状态模块可另外包括触觉反馈元件放大器状态模块和触觉反馈元件状态模块，所述触觉反馈元件放大器状态模块被配置成确定以下各者中的至少一者的值：峰值放大器电流、峰值输出电压、峰值放大器功率和平均放大器功率，所述触觉反馈元件状态模块被配置成确定以下各者中的至少一者的值：谐振频率、音圈温度、在音圈中耗散的峰值功率、质量块位移和施加到质量块的力。
在触觉反馈元件控制器的实施例中，控制状态模块可耦合到第一处理器输入端，并且另外包括触觉反馈元件和触觉反馈元件放大器中的至少一个的模型，以根据第一处理器输入端上接收到的输入信号来计算至少一个操作参数的估计值。
在实施例中，触觉反馈元件控制器可并入到移动装置中，所述移动装置可另外包括触觉反馈元件放大器和触觉反馈元件，其中触觉反馈元件控制器耦合到触觉反馈元件放大器输入端，并且触觉反馈元件耦合到触觉反馈元件放大器输出端。
在第二方面中，描述控制触觉反馈元件的方法，触觉反馈元件是由触觉反馈元件放大器可操作地驱动，所述方法包括确定至少一个操作状态参数；根据所述至少一个操作状态参数来更改第一处理器输入端上接收到的输入信号的一个或多个频率分量的幅度；以及将处理后的信号输出到触觉反馈元件放大器。
附图说明
在附图和描述中，相同的附图标号是指类似特征。现在仅借助于通过附图所示出的例子详细地描述实施例，在附图中：
图1示出了根据实施例的触觉反馈元件控制器，其并入到触觉反馈系统中。
图2示出了根据实施例的触觉反馈元件控制器，其并入到触觉反馈系统中。
图3示出了根据实施例的触觉反馈元件控制器，其并入到触觉反馈系统中。
图4示出了根据实施例的触觉反馈元件控制器，其并入到触觉反馈系统中。
图5示出了根据实施例的触觉反馈元件控制器，其并入到触觉反馈系统中。
图6示出了根据实施例的触觉反馈元件控制器，其并入到触觉反馈系统中。
图7示出了根据实施例的包括触觉反馈元件控制器的移动装置。
图8示出了根据实施例的控制移动装置的触觉反馈元件的方法。
具体实施方式
图1示出了包括处理器104和控制状态模块106的触觉反馈元件控制器100。第一处理器输入端102可连接到处理器104。第一处理器输入端102还可连接到控制状态模块106。控制状态模块的输出端可连接到处理器104的第二输入端108。触觉反馈元件控制器100可并入作为触觉反馈元件系统的部分。在操作中，触觉反馈元件控制器100可具有到触觉反馈元件放大器112的输入端的连接110。触觉反馈元件放大器112的输出端可具有到触觉反馈元件116的连接114。触觉反馈元件116可为(例如)偏心旋转质量振动器电机、线性谐振致动器或其它电动触觉反馈元件。在操作中，处理器可根据触觉反馈元件116和触觉反馈元件放大器112中的任一者的操作状态，处理输入驱动信号。通过使用触觉反馈元件放大器112和触觉反馈元件116中的任一者或两者的模型来控制状态模块106，可预测操作状态。
控制状态模块106可处理输入信号102，并根据模型估计一个或多个操作状态。模型可为(例如)线性或非线性的前馈模型。触觉反馈元件可使用电气等效模型来建模。可替换的是或另外，触觉反馈元件可被建模成热模型，以说明电机壳体内的热耗散，以及预测给定输入功率水平下的音圈温度增加。
触觉反馈元件116的示例操作状态包括音圈温度、在音圈中耗散的峰值功率、在音圈中耗散的平均功率、质量块的位移，以及施加到质量块的力。这些操作状态中的每一个可具有由触觉反馈元件的制造者界定的限度。触觉反馈元件放大器的示例操作状态包括峰值驱动电流、峰值输出电压、峰值功率消耗量，以及平均功率消耗。如果这些操作状态中的一者或多者超过最大所需值，那么处理器可(例如)衰减输入信号的一个或多个频率的幅度，直到操作状态值处于或低于最大值。输入信号的频率可包括在零(DC)到数百赫兹范围内的任何频率。可替换的是，如果全部监测的操作状态参数低于最大值，那么处理器可增加输入信号的一个或多个频率分量的幅度，以(例如)使由触觉反馈元件116产生的触觉力最大化。
本申请案的发明人已经实现，通过监测触觉反馈元件116和/或触觉反馈元件驱动器112的一个或多个操作状态，在不减少触觉反馈元件的寿命的情况下，可将触觉反馈元件驱动到其机械和热限度。这允许(例如)任一个较小的触觉反馈元件用于产生给定水平的触觉反馈。在其它例子中，这允许以不希望的方式使用某些类型的触觉反馈元件。例如，触觉反馈元件控制器100可允许将线性谐振致动器(LRA)用作音频输出装置，以补充移动装置的音频系统中所包括的其它扩音器。触觉反馈元件(例如，LRA)被有意地设计成在单驱动频率下操作，所述频率通常对应于其中LRA效率(牛顿/瓦)是最高的机械谐振频率。本发明的触觉反馈元件控制器可允许在比预期的驱动电压的标称设计高得多的驱动电压下驱动LRA，这允许LRA用于(例如)产生更广范围的频率。包括触觉反馈元件控制器的LRA系统接着可(例如)能够产生更复杂的触觉模式，或根据扬声器上再现的音乐产生低音音调，由此有效地充当音频系统中的低音炮。
在替代性例子中，控制状态模块106可耦合到处理器104的输出端110和触觉反馈元件放大器112的输出端114中的任一者或两者。在这些例子中，根据直接测量在那些点处而不是模型处的信号的电压和/或电流，控制状态模块106可确定一个或多个操作状态。可替换的是，电压和/或电流的直接测量可用于更新前馈模型的参数，以提高估计值的精确度。
触觉反馈控制器100可在硬件、软件或硬件与软件的组合中实施。例如，处理器104和控制状态模块106可在逻辑硬件、或实施在数字信号处理器(DSP)上的软件中实施。触觉反馈元件放大器112可(例如)实施为D类放大器。
图2示出了触觉反馈元件控制器200，其包括处理器204、触觉放大器状态模块220和触觉电机状态模块222。触觉放大器状态模块220和触觉电机状态模块222可被视为控制状态模块206。第一处理器输入端202可连接到处理器204。第一处理器输入端202可连接到触觉放大器状态模块220。第一处理器输入端202可连接到触觉电机状态模块222。触觉电机状态模块222的输出端可连接到处理器204的第二输入端208。触觉放大器状态模块220的输出端可连接到处理器204的第三输入端218。在一些例子中，第二处理器输入端208和第三处理器输入端218可被视为经由总线连接而连接到相应的状态模块的单个控制输入端。触觉反馈元件控制器200可并入为触觉反馈元件系统的部分，所述触觉反馈元件系统包括触觉反馈元件放大器212和触觉反馈元件216。在操作中，触觉反馈元件控制器200可具有到触觉反馈元件放大器212的输入端的连接210。触觉反馈元件放大器212的输出端可具有到触觉反馈元件216的连接214。触觉反馈元件216可为(例如)偏心旋转质量振动器电机、线性谐振致动器或其它电动触觉反馈元件。在操作中，处理器202可根据触觉反馈元件216和触觉反馈元件放大器212中的任一者的操作状态，处理输入驱动信号。
处理器204可将处理后的信号输出到触觉反馈元件放大器212，所述触觉反馈元件放大器212可为D类放大器。触觉反馈元件放大器212可具有固定增益或可变增益。在一些例子中，触觉反馈放大器212可具有单位增益。
触觉放大器状态模块220可处理输入信号202，并根据可为线性或非线性的触觉放大器状态前馈模型，估计一个或多个操作状态。例如，触觉放大器状态模块220可估计触觉反馈元件放大器的一个或多个操作参数的值，包括触觉反馈元件放大器212的峰值驱动电流、峰值输出电压、峰值功率消耗量，以及平均功率消耗。
触觉电机状态模块222可处理输入信号202，并根据可为线性或非线性的触觉电机状态前馈模型，估计一个或多个操作状态。例如，触觉电机状态模块222可估计触觉反馈元件216的操作状态参数中的一者或多者的值。操作参数可包括谐振频率、音圈温度、在音圈中耗散的峰值功率、在音圈中耗散的平均功率、质量块的位移，以及施加到触觉反馈元件216的质量块的力。
如果这些操作状态中的一者或多者超过最大所需值，那么处理器可(例如)衰减输入信号的一个或多个频率的幅度，直到操作状态值处于或低于最大值。输入信号的频率可包括在零(DC)到数百赫兹范围内的任何频率。可替换的是，如果全部监测的操作状态参数低于最大值，那么处理器204可增加输入信号的一个或多个频率分量的幅度，以(例如)使由触觉反馈元件216产生的触觉力最大化。包括触觉反馈元件控制器200以及触觉反馈元件放大器212的触觉驱动器可最佳地将触觉反馈元件驱动到其机械和热限度，且不减少寿命。
图3示出了触觉反馈元件控制器300，其包括处理器304、触觉放大器状态模块320、触觉电机状态模块322，以及电压和/或电流传感器326。触觉放大器状态模块320和触觉电机状态模块322可被视为控制状态模块306。第一处理器输入端302可连接到处理器304。电压和/或电流传感器326的输出端324可连接到触觉放大器状态模块320的输入端。电压和/或电流传感器326的输出端324可连接到触觉电机状态模块322的输入端。触觉电机状态模块322的输出端可连接到处理器304的第二输入端308。触觉放大器状态模块320的输出端可连接到处理器304的第三输入端318。在一些例子中，第二处理器输入端308和第三处理器输入端318可被视为经由总线连接而连接到相应的状态模块的单个控制输入端。触觉反馈元件控制器300可并入为触觉反馈元件系统的部分，所述触觉反馈元件系统包括触觉反馈元件放大器312和触觉反馈元件316。在操作中，触觉反馈元件控制器300可具有到触觉反馈元件放大器312的输入端的连接310。触觉反馈元件放大器312的输出端可具有到触觉反馈元件316与电压和/或电流传感器326的输入端的连接314。触觉反馈元件316可为(例如)偏心旋转质量振动器电机、线性谐振致动器或其它电动触觉反馈元件。在操作中，处理器302可根据触觉反馈元件316和触觉反馈元件放大器312中的任一者的操作状态，处理输入驱动信号。
处理器302可将处理后的信号输出到触觉反馈元件放大器312，所述触觉反馈元件放大器312可为D类放大器。触觉反馈元件放大器312可具有固定增益或可变增益。在一些例子中，触觉反馈放大器312可具有单位增益。
在操作中，触觉反馈元件控制器300可确定一个或多个操作状态参数，所述操作状态参数根据由电压和/或电流传感器326检测到的电压和/或电流的测量计算得出。例如，通过监测跨越触觉反馈元件316的终端的电压和/或电流，由触觉反馈元件316的运动产生的阻抗(其也可被称作动生阻抗)可根据电压以及因此由触觉电机状态模块322产生的反电动势(反EMF)来确定。通过确定反EMF，可确定用于触觉反馈元件(例如，线性谐振致动器)的电机位移和所施加的对应的力。反过来，这可得到线性谐振致动器中的弹簧的硬度K的估计值。K的估计值反过来可得到线性谐振致动器中的弹簧如何快速退化，也就是线性谐振致动器可如何快速老化的指示。如果K的测量值指示硬度相对于其预期标称值增加或降低，那么触觉反馈元件控制器300可将额外的衰减施加到输入信号，由此减小施加到线性谐振致动器中的弹簧的力，这可延长它的寿命。
还可根据反EMF来确定其它参数，例如触觉反馈元件(例如，线性谐振致动器)的Q因数和谐振频率。
可替换的是或此外，触觉电机状态模块322可使用测得的电压和/或电流，以确定触觉反馈元件316的音圈DC电阻的值。测得的音圈DC电阻值反过来可用于估计音圈温度。在一些例子中，通过测量参考信号的衰减或具有已知的恒定幅度和频率的导频音调，可确定音圈DC电阻，所述导频音调可由处理器404产生并与处理器304接收到的输入信号混合。在其中触觉反馈元件316是线性谐振致动器的例子中，谐振频率可为不同于线性谐振致动器的谐振频率的频率。由于在LRA的谐振频率下的阻抗可显著不同于DC电阻，所以通过使用显著不同的频率，例如超过低于或高于谐振频率的倍频程的频率，可获得音圈的DC电阻的值。
可替换的是或此外，触觉放大器状态模块322可使用测得的电压和/或电流，以计算触觉反馈元件放大器312的输出电流和输出电压，并因此确定触觉反馈元件放大器312的功率消耗的值，其可为平均功率值或峰值功率值。
如果这些操作状态中的一者或多者超过最大所需值，那么处理器304可(例如)衰减输入信号的一个或多个频率的幅度，直到操作状态值处于或低于最大值。输入信号的频率可包括在零(DC)到数百赫兹范围内的任何频率。可替换的是，如果全部监测的操作状态参数低于最大值，那么处理器304可增加输入信号的一个或多个频率分量的幅度，以(例如)使由触觉反馈元件316产生的触觉力最大化。包括触觉反馈元件控制器300以及触觉反馈元件放大器312的触觉驱动器可最佳地将触觉反馈元件驱动到其机械和热限度，且不减少寿命。
触觉反馈控制器300可在硬件、软件或硬件与软件的组合中实施。例如，处理器304、触觉放大器状态模块320和触觉电机状态模块322可实施在逻辑硬件、或实施在数字信号处理器(DSP)上的软件中。电压和/或电流传感器326可实施为硬线电路(hardwireciucuit)。触觉反馈元件放大器312可(例如)实施为D类放大器。
图4示出了触觉反馈元件控制器400，其包括处理器404、触觉放大器状态模块420、触觉电机状态模块422、电压和/或电流传感器426，以及带宽扩展模块428。触觉放大器状态模块420和触觉电机状态模块422可被视为控制状态模块406。用于接收输入信号的输入端402可连接到带宽扩展模块428。带宽扩展模块428的输出端可连接到处理器404的第一输入端430。电压和/或电流传感器426的输出端424可连接到触觉放大器状态模块420的输入端。电压和/或电流传感器426的输出端424可连接到触觉电机状态模块422的输入端。触觉电机状态模块422的输出端可连接到处理器404的第二输入端408。触觉放大器状态模块420的输出端可连接到处理器404的第三输入端418。在一些例子中，第二处理器输入端408和第三处理器输入端418可被视为经由总线连接而连接到相应的状态模块的单个控制输入端。触觉反馈元件控制器400可并入为触觉反馈元件系统的部分，所述触觉反馈元件系统包括触觉反馈元件放大器412和触觉反馈元件416。在操作中，触觉反馈元件控制器400可具有到触觉反馈元件放大器412的输入端的连接410。触觉反馈元件放大器412的输出端可具有到触觉反馈元件416与电压和/或电流传感器426的输入端的连接414。触觉反馈元件416可为(例如)偏心旋转质量振动器电机、线性谐振致动器或其它电动触觉反馈元件。在操作中，处理器404可根据触觉反馈元件416和触觉反馈元件放大器412中的任一者的操作状态，处理输入驱动信号。
处理器404可将处理后的信号输出到触觉反馈元件放大器412，所述触觉反馈元件放大器412可为D类放大器。触觉反馈元件放大器412可具有固定增益或可变增益。在一些例子中，触觉反馈放大器412可具有单位增益。
类似于在其它实施例中所描述的，在操作中，触觉反馈元件控制器400可确定一个或多个操作状态参数，所述操作状态参数根据由电压和/或电流传感器426检测到的电压和/或电流的测量计算得出。如果这些操作状态中的一者或多者超过最大所需值，那么处理器404可(例如)衰减输入信号的一个或多个频率的幅度，直到操作状态值处于或低于最大值。可替换的是，如果全部监测的操作状态参数低于最大值，那么处理器404可增加输入信号的一个或多个频率分量的幅度，以(例如)使由触觉反馈元件416产生的触觉力最大化。包括触觉反馈元件控制器400以及触觉反馈元件放大器412的触觉驱动器可最佳地将触觉反馈元件驱动到其机械和热限度，且不减少寿命，并且因此可为触觉反馈元件同时提供信号增强和保护功能两者。
处理器404可将滤波或压缩施加到输入信号，以更改一个或多个频率分量的幅度。带宽扩展模块428可将滤波施加到输入端402上接收到的输入信号，以有效地增加所连接的触觉反馈元件416(例如，线性谐振致动器)的响应的带宽。带宽扩展模块428通常可在线性谐振致动器的谐振频率的两侧对称地扩展带宽。触觉电机状态模块422可确定触觉反馈元件416的谐振频率，并且带宽扩展模块428可响应于测得的谐振频率改变来适应通带。带宽扩展模块428可(例如)施加滤波，从而衰减谐振频率下的频率分量，并增强在谐振频率以外的频率分量。
如果没有超过操作参数值或所预测的操作参数值，那么处理器404可施加进一步的增强。这个可造成以下影响：针对在触觉反馈元件416的谐振频率以外的频率，触觉反馈元件控制器400可将比标称控制电压高得多的电压施加到所连接的触觉反馈元件416，由此增加有效带宽，同时控制输入信号以使得不超过最大安全参数限度。因此，触觉反馈元件控制器400可扩展再现带宽，以允许多个频率分量的安全再现。这可允许触觉反馈元件(例如，线性谐振致动器)除了其预期用于产生触觉反馈的目的之外，还用于音频再现，包括(例如)话语再现。
图5示出了触觉反馈元件控制器500，其包括处理器504、触觉放大器状态模块520、触觉电机状态模块522，以及带宽扩展模块528。触觉放大器状态模块520和触觉电机状态模块522可被视为控制状态模块506。带宽扩展模块528可具有用于接收信号的输入端502。带宽扩展模块528的输出端可连接到处理器504的第一输入端530。处理器504的输出端510可连接到触觉放大器状态模块520。处理器504的输出端510可连接到触觉电机状态模块522。触觉电机状态模块522的输出端可连接到处理器504的第二输入端518。触觉放大器状态模块520的输出端可连接到处理器504的第三输入端508。处理器504可具有麦克风输入端534。在一些例子中，第二处理器输入端518和第三处理器输入端508可被视为经由总线连接而连接到相应的状态模块的单个控制输入端。触觉反馈元件控制器500可并入为触觉反馈元件系统的部分，所述触觉反馈元件系统包括触觉反馈元件放大器512、触觉反馈元件516和麦克风532。
在操作中，触觉反馈元件控制器500可具有到触觉反馈元件放大器512的输入端的连接510。触觉反馈元件放大器512的输出端可具有到触觉反馈元件516的连接514。麦克风532可连接到处理器麦克风输入端534。触觉反馈元件516可为(例如)偏心旋转质量振动器电机、线性谐振致动器或其它电动触觉反馈元件。在操作中，根据由触觉电机状态模块522确定的触觉反馈元件516和由触觉放大器状态模块520确定的触觉反馈元件放大器512中的任一者或两者的操作状态，处理器502可处理输入驱动信号。
处理器504可将处理后的信号输出到触觉反馈元件放大器512，所述触觉反馈元件放大器512可为D类放大器。触觉反馈元件放大器512可具有固定增益或可变增益。在一些例子中，触觉反馈放大器512可具有单位增益。
触觉放大器状态模块520可处理输入端502上接收到的信号，并根据基于处理器输出端510上输出的处理后的信号的触觉放大器状态前馈模型(其可为线性或非线性的)，估计一个或多个操作状态。例如，触觉放大器状态模块520可估计触觉反馈元件放大器的一个或多个操作参数的值，包括触觉反馈元件放大器512的峰值驱动电流、峰值输出电压、峰值功率消耗量，以及平均功率消耗。
触觉电机状态模块522可处理输入信号502，并根据基于处理器输出端510上输出的处理后的信号的触觉电机状态前馈模型(其可为线性或非线性的)，估计一个或多个操作状态。例如，触觉电机状态模块522可估计触觉反馈元件516的操作状态参数中的一者或多者的值。操作参数可包括谐振频率、音圈温度、在音圈中耗散的峰值功率、在音圈中耗散的平均功率、质量块的位移，以及施加到触觉反馈元件516的质量块的力。
处理器504可将滤波或压缩施加到输入信号，以更改一个或多个频率分量的幅度。带宽扩展模块528可将滤波施加到输入端502上接收到的输入信号，以有效地增加所连接的触觉反馈元件516(例如，线性谐振致动器)的响应的带宽。带宽的有效增加可在(例如)100和400Hz之间。带宽扩展模块528通常可在线性谐振致动器的谐振频率的两侧对称地扩展带宽。触觉电机状态模块522可确定触觉反馈元件516的谐振频率，并且带宽扩展模块528可响应于测得的谐振频率改变来适应通带。带宽扩展模块528可(例如)施加滤波，从而衰减谐振频率下的频率分量，并增强在谐振频率以外的频率分量。
如果没有超过操作参数值或所预测的操作参数值，那么处理器504可另外施加增强。这个可造成以下影响：针对在触觉反馈元件516的谐振频率以外的频率，触觉反馈元件控制器500可将比标称控制电压高得多的电压施加到所连接的触觉反馈元件516，由此增加有效带宽，同时控制输入信号以使得不超过最大安全参数限度。因此，触觉反馈元件控制器500可扩展再现带宽，以允许多个频率分量的安全再现。这可允许触觉反馈元件(例如，线性谐振致动器)除了其预期用于产生触觉反馈的目的之外，还用于音频再现，包括(例如)话语再现。
如果这些操作状态中的一者或多者超过最大所需值，那么处理器可(例如)衰减输入信号的一个或多个频率的幅度，直到操作状态值处于或低于最大值。输入信号的频率可包括在零(DC)到数百赫兹范围内的任何频率。可替换的是，如果全部监测的操作状态参数低于最大值，那么处理器504可增加输入信号的一个或多个频率分量的幅度，以(例如)使由触觉反馈元件516产生的触觉力最大化。包括触觉反馈元件控制器500以及触觉反馈元件放大器512的触觉驱动器可最佳地将触觉反馈元件驱动到其机械和热限度，且不减少寿命。
处理器504可另外对麦克风输入端进行取样，并确定包含于麦克风信号中的任何频率，所述麦克风信号是经由麦克风532接收，所述频率在通带或触觉反馈元件516的有效通带以外。如果存在任何此类频率，那么这可指示不需要的谐波分量，也就是驱动触觉反馈元件516时所引起的失真。在触觉反馈元件516用作音频输出元件的情况下，这可使所感知的音频的质量降低。如果检测到这些不需要的谐波，那么处理器504可因此(例如)衰减输入信号。可替换的是或此外，如果这些不需要的谐波高于某一最小阈值，那么处理器可施加衰减。可替换的是或此外，处理器504可选择性地衰减可产生不需要的谐波的输入信号的频率。
图6示出了触觉反馈元件控制器550，其包括处理器554、触觉放大器状态模块570、触觉电机状态模块572、带宽扩展模块578，以及失真检测器586。触觉放大器状态模块570和触觉电机状态模块572可被视为控制状态模块556。带宽扩展模块578可具有用于接收信号的输入端554。处理器554可具有用于从带宽扩展模块578的输出端接收信号的第一输入端580。处理器554的输出端560可连接到触觉放大器状态模块570。处理器554的输出端560可连接到触觉电机状态模块572。触觉电机状态模块572的输出端可连接到处理器554的第二输入端568。触觉放大器状态模块570的输出端可连接到处理器554的第三输入端558。在一些例子中，第二处理器输入端518和第三处理器输入端508可被视为经由总线连接而连接到相应的状态模块的单个控制输入端。处理器554可具有连接到失真检测器586的输出端的麦克风输入端588。麦克风输入端588可适合于从麦克风或其它声换能器接收信号。
触觉反馈元件控制器550可并入为触觉反馈元件系统的部分，所述触觉反馈元件系统包括触觉反馈元件放大器562、触觉反馈元件566和麦克风582。
在操作中，触觉反馈元件控制器550可具有到触觉反馈元件放大器562的输入端的连接560。触觉反馈元件放大器562的输出端可具有到触觉反馈元件566和到失真检测器586的第一输入端的连接564。麦克风582可连接到第二失真检测器输入端584。应了解，还可使用不是麦克风582的其它声换能器。例如，扬声器可被配置成麦克风，并连接到第二失真检测器输入端584。通过使用被配置成麦克风的扬声器，可通过随后使用麦克风捕获由机械振动产生的更多的噪声，因为作为麦克风的扬声器在较低频率下可具有更高的响应性。触觉反馈元件566可为(例如)偏心旋转质量振动器电机、线性谐振致动器或其它电动触觉反馈元件。在操作中，根据由触觉电机状态模块572确定的触觉反馈元件566和由触觉放大器状态模块570确定的触觉反馈元件放大器562中的任一者或两者的操作状态，处理器552可处理输入驱动信号。
失真检测器586可确定经由麦克风582接收到的信号584和触觉反馈元件562的信号输出之间的差值。此差值可为由触觉反馈元件566产生的信号失真的测量值。当触觉反馈元件566是(例如)除了预期用于产生触觉反馈的目的之外还可用于音频输出的线性谐振致动器时，此失真可导致所感知的音频的质量的降低。处理器554可响应于失真程度超出预定义阈值来衰减输入端580上接收到的输入信号。在其它方面中，触觉反馈控制器550的操作类似于针对触觉反馈控制器500所描述的操作。
所描述的触觉反馈元件控制器可并入到移动装置中，例如移动电话、智能手表、膝上型计算机、个人数字助理、便携式医疗装置，或其它便携式音频装置。
这类移动装置的例子在图7中示出，图7示出了并有图6中所描述的触觉反馈控制器550的移动电话600。移动电话600可包括系统处理器602。系统处理器可具有到音频信号路由的数据连接606和到音频信号路由器608的控制连接604。系统处理器602可具有到触觉反馈控制器550的第二数据连接620。系统处理器602可具有到触觉反馈控制器550的控制连接622。音频信号路由器608可具有到扬声器612的连接610。音频信号路由器608可具有到麦克风614的连接616。音频信号路由器608可具有到触觉反馈控制器550的输出端618。触觉反馈控制器的输出端624可具有到触觉反馈元件放大器626的连接。触觉反馈元件放大器626的输出端628可连接到触觉反馈元件630。移动电话的系统处理器602可为移动电话600的主要应用程序处理器，其执行技术人员将了解的主要音频和视频处理功能。系统处理器602还可控制移动电话600的各种操作模式。在第一操作模式中，系统处理器602可实现触觉反馈控制器550，并将数据线620上的触觉反馈信号发射到触觉反馈控制器550。触觉反馈控制器550可处理输入信号，并在输出端624上输出处理后的信号。此操作模式可(例如)用于实现振动模式或静音模式中移动电话600的外壳(未示出)的振动。如先前所解释，触觉反馈控制器可使驱动信号最大化，以将触觉反馈元件630驱动到其最大可能限度，同时确保不超过最大操作状态参数。系统处理器602还可控制音频信号路由器608，以将麦克风输入信号从麦克风614经由输出端618路由到触觉反馈控制器。可替换的是，系统处理器602可将信号从扬声器612(当被配置成麦克风时)经由音频信号路由器608路由到音频信号路由器608的输出端618。当在此模式中操作时，如先前描述，根据经由麦克风614接收到的信号或经由扬声器612(当被配置成麦克风时)接收到的信号中的任一者或两者，触觉反馈控制器550可确定由触觉反馈元件630产生的信号失真的测量值。
图8示出了控制触觉反馈元件700的方法。在步骤702中，可接收用于驱动触觉反馈元件的输入信号。在步骤704中，可确定至少一个操作状态参数，所述操作状态参数与触觉反馈元件和触觉反馈元件放大器中的任一者或两者相关。在步骤706中，可处理输入信号，以根据操作状态参数来更改至少一个频率分量的幅度。在步骤708中，可将处理后的信号输出到触觉反馈元件放大器。使用方法700控制的触觉反馈元件可允许将触觉反馈元件驱动到超出其正常操作参数，且不减少触觉反馈元件的寿命。
尽管所附权利要求书是针对特定特征组合，但应理解，本发明的公开内容的范畴还包括本文中明确地或隐含地公开的任何新颖特征或任何新颖特征组合或其任何一般化，而不管其是否涉及与当前在任何权利要求中主张的本发明相同的发明或其是否缓解与本发明所缓解的任一或全部技术问题相同的技术问题。
在不同的实施例的上下文中描述的特征也可以组合地提供于单一实施例中。相反，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的多种特征也可以分开提供或以任何合适的子组合形式提供。
申请人特此提醒，在审查本申请案或由此衍生的任何另外的申请案期间，可根据此类特征及/或此类特征的组合而制订新的权利要求。
为完整性起见，还规定术语“包括”不排除其它元件或步骤，术语“一”不排除多个，单个处理器或其它单元可满足在权利要求中所述的若干构件的功能，且权利要求中的附图标记不应解释为限制权利要求的范畴。

Claims (14)

1.一种用于移动装置的触觉反馈元件控制器，其特征在于，包括：
具有处理器输出端、第一处理器输入端和第二处理器输入端的处理器，
具有输出端的控制状态模块，所述输出端耦合到所述第二处理器输入端，并被配置成确定触觉反馈元件和触觉反馈元件放大器中的至少一个的至少一个操作状态参数；
其中所述处理器被配置成根据所述至少一个操作状态参数来更改所述第一处理器输入端上接收到的输入信号的一个或多个频率分量的幅度，以及将处理后的信号输出到触觉反馈元件放大器，所述触觉反馈元件放大器具有用于耦合到触觉反馈元件的输出端；
所述触觉反馈元件控制器另外包括耦合到所述第一处理器输入端的带宽扩展模块，其中所述带宽扩展模块被配置成扩展所述触觉反馈元件的有效通带，以使得所述输入信号包括高于和低于所述触觉反馈元件的谐振频率的频率。
2.根据权利要求1所述的触觉反馈元件控制器，其特征在于，所述处理器另外被配置成响应于所述至少一个操作状态参数小于第一预定值来增加输入信号的一个或多个频率分量的幅度，以及响应于所述至少一个操作状态参数大于第二预定值来减小输入信号的一个或多个频率分量的幅度。
3.根据权利要求1所述的触觉反馈元件控制器，其特征在于，所述带宽扩展模块另外被配置成响应于所述触觉反馈元件的谐振频率的改变来适应所述有效通带。
4.根据权利要求1所述的触觉反馈元件控制器，其特征在于，所述处理器另外包括处理器声换能器输入端，并且其中所述处理器被配置成响应于在经由声换能器接收到的信号中检测到在所述触觉反馈元件的所述有效通带以外的频率分量来更改所述输入信号，所述声换能器耦合到所述处理器声换能器输入端。
5.根据权利要求4所述的触觉反馈元件控制器，其特征在于，另外包括失真检测器，所述失真检测器具有用于从触觉反馈元件放大器接收信号的第一输入端、用于从声换能器接收信号的第二输入端，以及耦合到所述处理器声换能器输入端的输出端，并且其中所述失真检测器可操作以根据声换能器信号和所述触觉反馈元件放大器信号之间的差值来产生输出信号。
6.根据权利要求1所述的触觉反馈元件控制器，其特征在于，另外包括电压-电流传感器，所述电压-电流传感器具有耦合到所述控制状态模块的输出端和用于感测来自触觉反馈元件放大器输出端的电压和/或电流的输入端，并且其中所述控制状态模块被配置成根据所述所感测的电压和/或电流来确定所述至少一个操作状态参数的值。
7.根据权利要求1所述的触觉反馈元件控制器，其特征在于，所述至少一个操作状态参数包括以下各者中的至少一者：触觉反馈元件谐振频率、峰值放大器电流、峰值输出电压、峰值放大器功率、平均放大器功率、触觉元件音圈温度、在所述触觉元件音圈中耗散的峰值功率、触觉元件质量块位移，以及施加到所述触觉元件质量块的力。
8.根据权利要求7所述的触觉反馈元件控制器，其特征在于，所述控制状态模块被配置成根据所述所确定的电压和/或电流来确定所述触觉反馈元件的音圈DC电阻，以及根据所述音圈DC电阻来确定所述音圈温度的值。
9.根据权利要求8所述的触觉反馈元件控制器，其特征在于，所述处理器被配置成产生恒定频率和恒定幅度信号，所述信号具有除所述触觉反馈元件的所述谐振频率以外的频率，并且其中所述控制状态模块被配置成根据所述所确定的电压和/或电流来确定所述触觉反馈元件的所述音圈DC电阻，以及根据所述音圈DC电阻来确定所述音圈温度的值。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的触觉反馈元件控制器，其特征在于，所述处理器被配置成更改所述第一处理器输入端上接收到的输入信号的一个或多个频率分量的幅度，以使由所述触觉反馈元件产生的触觉力最大化。
11.根据权利要求1至9中任一项权利要求所述的触觉反馈元件控制器，其特征在于，所述控制状态模块另外包括触觉反馈元件放大器状态模块和触觉反馈元件状态模块，所述触觉反馈元件放大器状态模块被配置成确定以下各者中的至少一者的值：峰值放大器电流、峰值输出电压、峰值放大器功率和平均放大器功率，所述触觉反馈元件状态模块被配置成确定以下各者中的至少一者的值：谐振频率、音圈温度、在所述音圈中耗散的峰值功率、质量块位移和施加到所述质量块的力。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的触觉反馈元件控制器，其特征在于，所述控制状态模块耦合到所述第一处理器输入端，并且另外包括所述触觉反馈元件和所述触觉反馈元件放大器中的至少一个的模型，以根据所述第一处理器输入端上接收到的输入信号来计算所述至少一个操作状态参数的估计值。
13.一种移动装置，其特征在于，其包括任一前述权利要求所述的触觉反馈元件控制器、触觉反馈元件放大器和触觉反馈元件，其中所述触觉反馈元件控制器耦合到所述触觉反馈元件放大器输入端，并且所述触觉反馈元件耦合到所述触觉反馈元件放大器输出端。
14.一种控制触觉反馈元件的方法，所述触觉反馈元件是由触觉反馈元件放大器可操作地驱动，其特征在于，所述方法包括：
确定至少一个操作状态参数；
根据所述至少一个操作状态参数来更改第一处理器输入端上接收到的输入信号的一个或多个频率分量的幅度；
将所述更改后的信号输出到所述触觉反馈元件放大器；以及
扩展所述触觉反馈元件的有效通带，以使得所述输入信号包括高于和低于所述触觉反馈元件的谐振频率的频率。
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