CN108023555A - 控制放大器的方法、相应电路及设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及控制放大器的方法、相应电路及设备。例如，一种用于触觉驱动器的电路(10)，该电路包括用于生成输出电压波形(V输出)的差分放大器(18)，该放大器(18)包括直流电压输入端(12a)、差分对组以及密勒补偿电容，该差分对组具有从其中流过的偏置电流，其中，该放大器(18)展现了随上升时间变化的转换速率，其中，该转换速率是该偏置电流和该密勒补偿电容的函数。该电路包括：比较器块(12)、增益级(20)和偏置电流控制模块。该增益级(20)和该偏置电流控制模块(182a)与该比较器块(12)耦合(CS)并且被配置成用于由于该比较器块(12)检测到在该直流电压输入端(12a)处降至该基准电压(VTH)以下的该电压(V电池)而减小该放大器(18)的增益以及该偏置电流，从而使得该上升时间得以维持。

Description

控制放大器的方法、相应电路及设备
技术领域
本说明书涉及放大器。
一个或多个实施例可以应用于高电压放大器，该高电压放大器使用压电式致动器而用于触觉驱动器，例如用于多点触摸应用。
背景技术
触觉驱动器是可以使用振动模式和波形向用户或操作员传达信息的设备。触觉驱动器可以使用压电式致动器(简称为“压电”致动器)作为振动部件。
触觉驱动器可以使用不同通道来驱动外部压电致动器。这类通道可以包括数模转换器(或DAC)、高电压放大器和增益级。为了防止由于过度的电流需求而造成的系统故障或者为了给予其他部件优先级，可以使用所谓的节流阀块，该节流阀块自动地启动以减小通道增益，例如，由于编程阈值以下的监测电压降而造成的。
高电压波形可以用于利用压电致动器来生成振动并且向用户传达信息。在正常操作期间，高电压放大器可以用于产生这种波形并且受控的转换速率是令人期待的。
由于节流阀块检测到的电池电压降，放大器的增益自动减小以保持电池寿命时长；节流机制可以因此导致增益自动减小，其中，波形转换速率也可能变化。在这些情况下可能难以实现系统的正常操作。
可以通过将节流机制考虑在内而考虑改变高增益放大器变化的转换速率，其中，适当的功能然而难以实现。
发明内容
一个或多个实施例的目的是帮助克服例如如与电池节流功能期间的转换速率控制相关的在上文中所概述的缺点，该电池节流功能的目的在于检测电压降并降低电池电流消耗。
根据一个或多个实施例，借助于一种具有在随后的权利要求书中提出的特征的方法来实现这个目的。
一个或多个实施例还可以涉及相应电路(例如，用于与压电式致动器一起使用)和相应设备(例如，触觉驱动器)。
权利要求书是如在此提供的实施例的本公开的完整部分。
一个或多个实施例可以提供使用(例如，不同的)压电致动器来用于触觉驱动器例如用于多点触摸应用的(高电压)放大器。
一个或多个实施例可以例如通过在节流机制期间提供恒定的上升时间来帮助在触觉驱动器应用中在电池节流机制期间实现内部受控的转换速率。
附图说明
现在将仅通过示例的方式，参照所附附图来描述一个或多个实施例，在附图中：
-图1是一个或多个实施例的框图例示；
-图2是实施例的可能特性的电路图例示；
-图3是在一个或多个实施例中某些信号的可能时间特性的图解例示；
-图4是一个或多个实施例的可能操作的流程图例示；
-图5是一个或多个实施例的可能操作的流程图例示；以及
-图6是实施例的可能特性的电路图例示。
具体实施方式
在随后的描述中，展示了一个或多个具体细节，旨在提供对本说明书的实施例的示例的深入理解。可以在没有具体细节中的一个或多个的情况下或者在使用其他方法、部件、材料等的情况下来得出实施例。在其他情况下，未详细展示或描述已知的结构、材料或操作，从而使得实施例的某些方面将不会被模糊。
在本说明书的框架中提及“实施例”或“一个实施例”意在指示关于实施例而描述的特定配置、结构、或特性包括在至少一个实施例中。因此，可能存在于本说明书的一个或多个点中的诸如“在实施例中”、“在一个实施例中”等短语不一定恰好指代同一个实施例。而且，可以在一个或多个实施例中以任何适当的方式来对特定构造、结构或特性进行组合。
在此使用的引用仅为了方便而被提供，并且因此未限定实施例的保护范畴或范围。
通过一般背景，触觉技术(或“触觉学(haptics)”)是一种向指定输入端提供触觉反馈响应的方法。从希腊单词“haptikos”衍生而来的触觉学是与触摸有关的科学学科。触觉学可以用于电子设备中以便例如通过振动或力为用户重建触感。用于产生和调节触觉反馈的基础部件可以包括微控制器、机械驱动器和致动器。
压电式致动器(或简称为“压电”致动器)可以包括当施加电压时快速地来回弯曲从而引起振动的薄压电材料层。压电致动器的这种弯曲可以涉及向该压电致动器施加从驱动器输入的相对高的电压，通常在50伏特至150伏特之间。为了提供这种高电压，系统可以包括压电特定的触觉驱动器。
指代“节流阀机制”表示通过其检测到了电池电压降并自动降低了电池电流消耗的机制。
图1是电路10的框图例示，该电路旨在馈以直流(例如，电池)电源电压V电池并生成可用于例如在压电致动器PA(该压电致动器本身可以是来自这些实施例的不同元件)中生成振动的(高)电压波形V输出。
节流阀块12可以感测在感测输入端12a上的电池电压水平V电池，并将其与基准电压(VTH)进行比较，该基准电压可以是例如经由基准输入端12b用户可编程的。
由于这种比较所生成的逻辑信号可以通过节流阀块12的内部控制逻辑进行处理(以本身已知的方式)以在输出线12c之上产生控制信号CS从而自动地控制(例如，减小)处理块(通道)14的(电压)增益，该处理块(在输出被使能的情况下设备10在活动状态下进行操作时)产生信号V输出。
块14可以包括数模装换器(DAC)16以将输入端16a上的输入数字流DS(来自所提及的数字发生器的数字电源电压Vdd，在图中不可见)转换成施加到(高)电压放大器18(例如，高电压运算放大器-HV OPAMP)的(例如正、非反相)输入端V正输入的模拟驱动信号。在一个或多个实施例中，放大器18可以因此将相应的(高电压)信号V输出施加到负载PA(例如，压电致动器)。
对控制信号CS敏感的增益级20可以耦合至放大器18的(例如负、反相)输入端V负输入，以根据节流阀块12检测到的电池电压V电池来改变放大器18的增益。块14(例如，增益级20)的控制信号CS可以包括四位，例如，位_增益<3:0>。
放大器18可以包括高电压放大器以利用可能受限的内部转换速率来驱动压电致动器PA。
块(通道)14可以生成阶跃函数，该阶跃函数的幅值为例如90Vpp并且其恒定上升时间为例如87微秒(1微秒＝1×10-6s)，其上升时间是从输出电压的10％至90％中计算得出的。
如在图2中所示例的，这种内部转换速率可以通过表示为I尾的电流(此电流事实上是流过高电压放大器18的差分对的偏置电流)并通过内部(补偿)密勒电容C密勒来确定。
用于放大器18的差分对的偏置电流I尾可以例如从高电压放大器的电源电压V升压中得出。
如在图3的图表中示意性地表示的，在正阶跃函数生成期间，当期望受控的转换速率SR时，尾电流I尾可以流过密勒电容C密勒并且以下等式可以应用：
SR＝ΔV输出/ΔT＝I尾/C密勒
其中：
-转换速率SR可以计算为例如在输出电压的10％至90％之间
-ΔV输出为输出电压值
-ΔT为上升时间
由于节流阀块12检测到了电池电压降，因此，输出电压V输出可由于增益级20的动作而降低。在这种情形下，如果假定I尾和C密勒均为固定的，则上升时间ΔT将与V输出成比例地改变，例如，上升时间ΔT随着V输出的变化而改变，例如：
ΔT＝ΔV输出/I尾/C密勒＝V正输入×增益×C密勒/I尾
由于节流阀块12检测到了电池电压V电池的降低，因此尾电流I尾可与V输出成比例地降低：
I尾＝V正输入×增益×C密勒/ΔT
可以观察到，在以上等式中，如果通过设计假定输入信号电压V正输入、补偿电容C密勒和上升时间ΔT是固定的，则在等式中，只有增益值(增益)将由于节流阀块12及其内部逻辑而改变。
图4的流程图通常是节流控制的例示，其中，以下标号应用于所示出的块中：
-100：断开状态；
-102：切换至活动状态，检查是否V电池<VTH；如果检查结果是否定的(否)，则返回至步骤102的上游；
-104：由于步骤102中的检查产生了肯定结果(是)而造成的增益控制(降低)；
-106：检查活动状态是否得以维持；如果结果是肯定的(是)，则返回至步骤104的上游；如果是否定的(否)，则返回至块100的断开状态。
图5的流程图是根据一个或多个实施例的增益控制(以及尾电流I尾的共同控制)的例示，其中，以下标号应用于所示出的块中：
-104：增益控制(降低)—参见图4—随后若控制信号CS已发生改变则在步骤1040中进行检查(可以传达哪个信息例如作为如在下文中所讨论的位_增益<3:2>)；
-1042：如果步骤1040中的检查结果是否定的(否)：电流I尾保持固定，则返回至步骤1040的上游；
-1044：如果步骤1040中的检查结果是肯定的(是)：电流I尾保持受控(降低)，则返回至步骤1040的上游。
在一个或多个实施例中，电路10可以由于以下事实因此展现出固定的上升时间ΔT：尾电流I尾(该尾电流在常规安排中是固定的，因此导致了ΔT对如以上所讨论的ΔV输出的依赖)可变，例如，该尾电流可以例如经由施加到线182a(在常规安排中未出现)之上的控制信号作为增益值的函数(例如，与该增益值成比例地)改变。
下表是在如以上所示例的操作中可能值的例示
V电池 位_增益<3:2> 增益(dB) I尾
＞VTH 1111 40 I尾1
＜VTH 1110 39.5 I尾1
＜VTH 1101 39 I尾1
＜VTH 1100 38.5 I尾1
＜VTH 1011 38 I尾2
＜VTH 1010 37.5 I尾2
＜VTH 1001 37 I尾2
＜VTH 1000 36.5 I尾2
＜VTH 0111 36 I尾3
＜VTH 0110 35.5 I尾3
＜VTH 0101 35 I尾3
＜VTH 0100 34.5 I尾3
＜VTH 0011 34 I尾4
＜VTH 0010 33.5 I尾4
＜VTH 0001 33 I尾4
＜VTH 0000 32.5 I尾4
图6是进一步例示了实施例的可能特性的电路图。在图6中，关于图1和图2已引入的部分或元件用相同的参考号来指示，因此不必要重复对这些部分或元件的描述。
如在图6中所示例的，在一个或多个实施例中，在设置上升时间ΔT(例如，以便在不受V输出影响的情况下维持该上升时间为基本上恒定的值)的同时，位_增益<3:0>信号CS的两位最高有效位(例如，位_增益<3:2>)例如通过线182a传达至例如放大器18中的数模转换器(DAC)182以改变放大器18中的尾电流I尾。
下表例示了在一个或多个实施例中可使用/获得的值/参数：
将以其他方式理解的是，以上所报告的值/参数仅是示例性的并且不应甚至间接地被认为是对实施例的限制。
这应用于例如选择使用两位来改变放大器18中的电流I尾。在一个或多个实施例中，例如，控制信号CS的四位全部可以用于改变电流I尾，由此增大控制分辨率。
因此，一个或多个实施例可以提供一种在生成输出电压波形(例如，V输出)时控制差分放大器(例如，18)的增益(例如，在20处)的方法，其中，该放大器包括：直流电压输入端(例如，在12a处的V电池)、差分对组以及密勒补偿电容(例如，C密勒)，该差分对组具有从其中流过的偏置电流(I尾，182)，其中，该放大器展现了随上升时间(例如，ΔT)变化的转换速率(例如，SR)，其中，该转换速率是该偏置电流和该密勒电容的函数，该方法包括：
-(例如，在12中)将该直流电源输入端处的电压与基准电压(VTH)进行比较以检测在该直流电压输入端处降至该基准电压以下的该电压；以及
-由于检测到在该直流电压输入端处降至该基准电压以下的该电压，因此减小该放大器的增益以及该偏置电流，其中，该上升时间得以维持。
一个或多个实施例可以包括：
-生成增益控制信号(例如，CS；位_增益<3:0>)，该增益控制信号指示将该直流电源输入端处的该电压与基准电压进行比较的结果，以及
-根据该增益控制信号来控制(例如，182；位_增益<3:2>)该偏置电流。
一个或多个实施例可以包括：
-生成该增益控制信号作为多位数字信号(例如，位_增益<3:0>)，以及
-根据该多位数字信号中的位的至少一部分(例如，位_增益<3:2>)来控制(例如，182)该偏置电流，该至少一部分可选地包括该多位数字信号的最高有效位。
在一个或多个实施例中，减小该放大器的该增益以及该偏置电流可以包括改变作为该放大器的该增益的函数、优选地与其成比例的该偏置电流。
一个或多个实施例可以提供一种电路(例如，10)，该电路包括：
-差分放大器，该差分放大器用于生成输出电压波形，该放大器包括直流电压输入端、差分对组以及密勒补偿电容，该差分对组具有从其中流过的偏置电流，其中，该放大器展现了随上升时间变化的转换速率，其中，该转换速率是该偏置电流和该密勒补偿电容的函数，
该电路包括：
-比较器块，该比较器块用于将该直流电源输入端处的电压与基准电压进行比较以检测在该直流电压输入端处降至该基准电压以下的该电压，
-增益级，该增益级控制(例如，V负输入)该差分放大器的增益，
-偏置电流控制模块，该偏置电流控制模块控制该差分放大器的该偏置电流，
其中，该增益级和该偏置电流控制模块与该比较器块耦合并且被配置成用于由于该比较器块检测到在该直流电压输入端处降至该基准电压以下的该电压而减小该放大器的增益以及该偏置电流，其中，该上升时间得以维持。
一个或多个实施例可以包括：
-该比较器块，该比较器块被配置成用于生成增益控制信号，该增益控制信号指示将该直流电源输入端处的该电压与该基准电压进行比较的结果，以及
-该偏置电流控制模块，该偏置电流控制模块被配置成用于根据该增益控制信号来控制该偏置电流。
一个或多个实施例可以包括：
-该比较器块，该比较器块被配置成用于生成该增益控制信号作为多位数字信号，以及
-该偏置电流控制模块，该偏置电流控制模块被配置成用于根据该多位数字信号中的位的至少一部分来控制该偏置电流，该至少一部分可选地包括该多位数字信号的最高有效位。
在一个或多个实施例中，该增益级和该偏置电流控制模块可以与该比较器块耦合并且被配置成用于通过改变作为该放大器的增益的函数、优选地与其成比例的偏置电流，来减小该放大器的增益以及该偏置电流。
一个或多个实施例可以提供一种设备，该设备包括：
-根据一个或多个实施例的电路，以及
-负载(例如，PA)，该负载与该差分放大器的输出端耦合以从该差分放大器中接收该输出电压波形。
在一个或多个实施例中，该负载可以包括压电式致动器。
在一个或多个实施例中，该设备可以包括触觉驱动器。
在不侵害基本原理的情况下，可以就仅通过示例的方式公开的内容更加显著地改变细节和实施例，而不偏离保护范围。
保护范围由所附权利要求书来限定。

Claims (11)

1.一种在生成输出电压波形(V输出)时控制差分放大器(18)的增益(20)的方法，其中，所述放大器(18)包括直流电压输入端(12a，V电池)、差分对组以及密勒补偿电容(C密勒)，所述差分对组具有从其中流过的偏置电流(I尾)，其中，所述放大器(18)展现随上升时间(ΔT)变化的转换速率(SR)，其中，所述转换速率(SR)是所述偏置电流(I尾)和所述密勒补偿电容(C密勒)的函数，所述方法包括：
-将所述直流电源输入端(12a)处的电压(V电池)与基准电压(VTH)进行比较(12)以检测在所述直流电压输入端(12a)处降至所述基准电压(VTH)以下的所述电压(V电池)；以及
-由于检测到所述直流电压输入端(12a)处降至所述基准电压(VTH)以下的所述电压(V电池)，因此减小所述放大器(18)的增益以及所述偏置电流(I尾)，其中，所述上升时间(ΔT)得以维持。
2.如权利要求1所述的方法，包括：
-生成增益控制信号(CS；位_增益<3:0>)，所述增益控制信号指示将所述直流电源输入端(12a)处的所述电压(V电池)与所述基准电压(VTH)进行比较(12)的结果，以及
-根据所述增益控制信号(CS；位_增益<3:0>)来控制(182；位_增益<3:2>)所述偏置电流(I尾)。
3.如权利要求2所述的方法，包括：
-生成所述增益控制信号作为多位数字信号(CS；位_增益<3:0>)，以及
-根据所述多位数字信号中的位的至少一部分来控制(182；位_增益<3:2>)所述偏置电流(I尾)，所述至少一部分优选地包括所述多位数字信号(CS；位_增益<3:0>)的最高有效位。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述减小所述放大器(18)的增益以及所述偏置电流(I尾)包括改变作为所述放大器(18)的所述增益的函数、优选地与其成比例的所述偏置电流(I尾)。
5.一种电路(10)，包括：
-差分放大器(18)，所述差分放大器用于生成输出电压波形(V输出)，所述放大器(18)包括直流电压输入端(12a)、差分对组以及密勒补偿电容(C密勒)，所述差分对组具有从其中流过的偏置电流(I尾，182)，其中，所述放大器(18)展现了随上升时间(ΔT)变化的转换速率(SR)，其中，所述转换速率(SR)是所述偏置电流(I尾)和所述密勒补偿电容(C密勒)的函数，
所述电路包括：
-比较器块(12)，所述比较器块用于将所述直流电源输入端(12a)处的电压(V电池)与基准电压(VTH)进行比较以检测在所述直流电压输入端(12a)处降至所述基准电压(VTH)以下的所述电压(V电池)，
-增益级(20)，所述增益级控制(V负输入)所述差分放大器(18)的增益，
-偏置电流控制模块(182)，所述偏置电流控制模块控制所述差分放大器(18)的所述偏置电流(I尾)，
其中，所述增益级(20)和所述偏置电流控制模块(182)与所述比较器块(12)耦合(CS)并且被配置成用于由于所述比较器块检测到所述直流电压输入端(12a)处降至所述基准电压(VTH)以下的所述电压(V电池)而减小所述放大器(18)的增益以及所述偏置电流(I尾)，其中，所述上升时间(ΔT)得以维持。
6.如权利要求5所述的电路(10)，包括：
-所述比较器块(12)，所述比较器块被配置成用于生成增益控制信号(CS；位_增益<3:0>)，所述增益控制信号指示将所述直流电源输入端(12a)处的所述电压(V电池)与所述基准电压(VTH)进行比较(12)的结果，以及
-所述偏置电流控制模块(182)，所述偏置电流控制模块被配置成用于根据所述增益控制信号(CS；位_增益<3:0>)来控制(182；位_增益<3:2>)所述偏置电流(I尾)。
7.如权利要求6所述的电路(10)，包括：
-所述比较器块(12)，所述比较器块被配置成用于生成所述增益控制信号作为多位数字信号(CS；位_增益<3:0>)，以及
-所述偏置电流控制模块(182)，所述偏置电流控制模块被配置成用于根据所述多位数字信号中的位的至少一部分来控制(182；位_增益<3:2>)所述偏置电流(I尾)，所述至少一部分优选地包括所述多位数字信号(CS；位_增益<3:0>)的最高有效位。
8.如权利要求5至7中任一项所述的电路(10)，其中，所述增益级(20)和所述偏置电流控制模块(182)与所述比较器块(12)耦合(CS)并且被配置成用于通过改变作为所述放大器(18)的所述增益的函数、优选地与其成比例的所述偏置电流(I尾)，来减小所述放大器(18)的增益以及所述偏置电流(I尾)。
9.一种设备，包括
-根据权利要求4至7中任一项所述的电路(10)，以及
-负载(PA)，所述负载与所述差分放大器(18)的输出端耦合以接收来自所述差分放大器的所述输出电压波形(V输出)。
10.如权利要求9所述的设备，其中，所述负载(PA)包括压电式致动器(PA)。
11.如权利要求9或权利要求10所述的设备，其中，所述设备包括触觉驱动器。
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