CN112020398B - 用于驱动换能器的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本文中所描述的实施方案涉及用于利用驱动信号来驱动触觉换能器的方法和装置。所述方法包括：基于通过所述触觉换能器的电流以及所述触觉换能器两端的端子电压来估计反电动势EMF电压，所述反电动势EMF电压表示所述触觉换能器中的质量的速度；将从所述端子电压所导出的电压信号的相位与经估计的反EMF电压的相位进行比较；以及，基于所述比较，调整所述输出信号的频率或相位，其中所述驱动信号从所述输出信号导出，使得所述驱动信号的频率收敛至所述触觉换能器的共振频率。

Description

用于驱动换能器的方法和装置
技术领域
本文中所描述的实施方案涉及用于以换能器(例如，触觉换能器)的共振频率来驱动换能器的方法和装置。
背景技术
振动触觉换能器(例如，线性共振致动器(LRA))被广泛用于便携式设备(诸如，移动电话)，以向用户生成振动反馈。多种形式的振动触觉反馈为用户的皮肤产生不同的触感，且可能在现代设备的人机交互中起越来越重要的作用。
LRA可以被建模为质量弹簧机电振动系统。当被适当设计或控制的驱动信号驱动时，LRA可以生成某些期望形式的振动。例如，用户手指上的清晰且明确的振动模式可以被用于产生模仿机械按钮单击的感觉。然后，此明确的振动可以被用作虚拟开关，以代替机械按钮。
图1例示了设备100中的振动触觉系统的一个实施例。该设备包括控制器101，该控制器101被配置以控制施加至放大器102的信号。然后，放大器102基于该信号来驱动触觉换能器103。控制器101可以被触发器触发，以输出该信号。触发器可以例如包括设备100的屏幕上的压力传感器或力传感器。
在多种形式的振动触觉反馈中，持续时间的音调振动(tonal vibration)可能起到重要的作用，以通知某些预定事件(诸如，呼入或传入消息、紧急警报和计时器警告等)的设备的用户。为了有效地生成音调振动通知，可能期望的是，以触觉致动器的共振频率来操作该触觉致动器。
触觉换能器的共振频率f0可以被近似估计为：
Figure BDA0002694187850000011
其中，C是弹簧系统的顺应性，M是等效移动质量，该等效移动质量可以基于触觉换能器中的实际移动部分以及夹持触觉换能器的便携式设备的质量这二者来确定。
由于个体触觉换能器中的样本之间的变化、移动设备组件振动的变化、由老化所导致的时间部件的改变以及使用条件(诸如，用户握持设备的多种不同的强度)，触觉换能器的振动共振会间或地变化。
图2例示了被建模为线性系统的线性共振致动器(LRA)的一个实施例。LRA是根据例如所施加的电压电平、操作温度以及操作频率而表现不同的非线性部件。然而，在某些条件下，这些部件可以被建模为线性部件。在此实施例中，LRA被建模为具有电气元件和机械元件的三阶系统。
特别地，Re和Le分别是线圈-磁铁系统的DC电阻和线圈电感；以及，Bl是线圈的磁力因子。驱动放大器输出具有输出阻抗RO的电压波形V(t)。可以在触觉换能器的端子两端感测端子电压VT(t)。质量弹簧系统201以速度u(t)移动。
发明内容
因此，根据一些实施方案，提供了一种用于利用驱动信号来驱动触觉换能器的方法。所述方法包括：基于通过所述触觉换能器的电流以及所述触觉换能器两端的端子电压来估计反电动势EMF电压，所述反电动势EMF电压表示所述触觉换能器中的质量的速度；将从所述端子电压所导出的电压信号的相位与经估计的反EMF电压的相位进行比较；以及，基于所述比较，调整输出信号的频率和/或相位，其中从所述输出信号导出所述驱动信号，使得所述驱动信号的频率收敛至所述触觉换能器的共振频率。
提供了一种用于利用驱动信号来驱动触觉换能器的共振频率跟踪器，所述共振频率跟踪器包括：反电动势EMF建模模块，所述反电动势EMF建模模块被配置为基于通过所述触觉换能器的电流以及所述触觉换能器两端的端子电压来估计反EMF电压，所述反EMF电压表示所述触觉换能器中的质量的速度；以及，控制电路，所述控制电路被配置为：接收从所述端子电压所导出的电压信号；将所述电压信号的相位与经估计的反EMF电压的相位进行比较；以及，基于所述比较，调整由所述控制器所输出的输出信号的频率和/或相位，其中所述驱动信号从所述控制器的输出导出，使得所述驱动信号的频率收敛至所述触觉换能器的共振频率。
根据一些实施方案，提供了一种电子装置。所述电子装置包括：触觉换能器；以及，共振频率跟踪器，所述共振频率跟踪器包括：反电动势EMF建模模块，所述反电动势EMF建模模块被配置为基于通过所述触觉换能器的电流以及所述触觉换能器两端的端子电压来估计反EMF电压，所述反EMF电压表示所述触觉换能器中的质量的速度；以及，控制器，所述控制器被配置为：接收从所述端子电压所导出的电压信号；将所述电压信号的相位与经估计的反EMF电压的相位进行比较，且基于所述比较，调整由所述控制器所输出的输出信号的频率和/或相位，其中所述驱动信号从所述控制器的输出导出，使得所述驱动信号的频率收敛至所述触觉换能器的共振频率。
附图说明
为了更好地理解本公开内容的实施方案，且为了示出如何实施本公开内容的实施方案，现在仅以实施例的方式参考附图，在附图中：
图1例示了根据现有技术的设备中的振动触觉系统的一个实施例；
图2例示了根据现有技术被建模为线性系统的线性共振致动器(LRA)的一个实施例；
图3例示了根据本公开内容的一些实施方案的用于利用驱动信号来驱动触觉换能器的共振频率跟踪器的一个实施例；
图4例示了根据本公开内容的一些实施方案的用于利用驱动信号来驱动触觉换能器的共振频率跟踪器的一个实施例；
图5例示了根据本公开内容的一些实施方案的用于利用驱动信号来驱动触觉换能器的共振频率跟踪器的一个实施例；
图6是例示根据本公开内容的一些实施方案的用于利用驱动信号来驱动触觉换能器的方法的流程图。
具体实施方式
下面的描述阐述了根据本公开内容的示例实施方案。对于本领域普通技术人员而言，其他示例实施方案和实施方式将是显而易见的。此外，本领域普通技术人员将认识到，可以代替下面所讨论的实施方案或与下面讨论的实施方案相结合地应用多种等同技术，且所有这样的等同物应被认为是本公开内容所涵盖的。
多种电子设备或智能设备可以具有换能器、扬声器、任何声学输出换能器，例如任何用于将合适的电驱动信号转换成声学输出(诸如，声压波或机械振动)的换能器。例如，许多电子设备可以包括一个或多个扬声器或扩音器，以用于声音生成(例如，用于音频内容的回放)、语音通信和/或用于提供可听通知。
这样的扬声器或扩音器可以包括电磁致动器(例如，音圈马达)，该电磁致动器被机械地耦合至柔性隔膜(例如，常规的扬声器锥体)，或者被机械地耦合至设备的表面(例如，移动设备的玻璃屏幕)。一些电子设备还可以包括能够生成超声波的声学输出换能器，从而例如在接近度检测类型的应用和/或机器对机器的通信中使用。
许多电子设备可以附加地或替代地包括更专业化的声学输出换能器(例如，触觉换能器)，所述声学输出换能器被定制以向用户生成振动，用于触觉控制反馈或通知。附加地或替代地，电子设备可以具有连接器(例如，插座)，用于与附件装置的相应连接器进行可移除的配合连接，且电子设备可以被布置成向该连接器提供驱动信号，从而在连接附件装置时，驱动附件装置的上面所提及的一种或多种类型的换能器。因此，这样的电子设备将包括通过合适的驱动信号来驱动主机设备或所连接的附件的换能器的驱动电路。对于声学换能器或触觉换能器，驱动信号通常将是模拟时变电压信号，例如时变波形。
如先前所提及的，以共振频率驱动触觉换能器对于某些类型的触觉应用可能是有用的。
参考图2，触觉换能器的反电动势(EMF)电压VB(t)通过以下方程与触觉换能器内部的移动质量的速度u(t)相关：
VB(t)＝Bl·u(t) (2)
可以从触觉换能器中的反EMF VB(t)与端子电压VT(t)之间的比较来确定驱动信号V(t)是否处于触觉换能器的共振频率。例如，如果VB(t)的相位滞后或超前端子电压VT(t)，则可以调节驱动信号V(t)，使得VB(t)的相位与VT(t)的相位一致。
通常，反EMF电压VB(t)可能不是从触觉换能器的外部直接测量的。然而，在触觉传感器的端子处所测量的端子电压VT(t)可以通过以下方程与VB(t)相关：
Figure BDA0002694187850000051
其中，如参考图2所描述地限定参数。
因此，触觉换能器的端子电压本身可能仅在电流I(t)的电平非常接近于零且驱动电压V(t)也接近于零的时刻才会逼近反EMF电压VB(t)。换句话说：
当V(t)→0时， (5)
以及当I(t)→0时， (6)
VT(t)≈VB(t) (4)
从图2中还可以看出：
VT(t)＝V(t)-Ro·I(t) (7)
这进一步暗示的是，即使在驱动电压V(t)的过零点，放大器的通常非常小的回放输出阻抗RO可能使端子短路且使可测量的端子电压VT(t)的电平太低而无法精确地被感测，如通过以下所示出的：
VB(t)≈VT(t)＝V(t)-Ro·I(t)→0，如果Ro＜＜1。 (8)
感测接近过零点的端子电压VT(t)时的这种困难意味着，在驱动信号的过零点期间，可能需要快速地将放大器切换至高阻抗模式Ro→0；否则，端子电压的电平VT(t)≈VB(t)可能太低而无法以可接受的精确度被感测。
因此，测量触觉换能器的端子两端的反EMF电压VB(t)可能仅允许在端子电压的过零点期间感测反EMF电压VB(t)。此外，可能需要在过零点期间将驱动放大器切换至高阻抗模式的额外的放大器硬件设计，从而以适当的精确度感测反EMF电压，因为如果放大器的阻抗不够高，则触觉换能器的端子两端的电压电平会被减小。
图3例示了根据一些实施方案的用于利用驱动信号V(t)来驱动触觉换能器301的示例共振频率跟踪器300。
共振频率跟踪器300包括反电动势EMF建模模块302，该反电动势建模模块302被配置为基于通过触觉换能器的电流I(t)以及触觉换能器301两端的端子电压VT(t)来估计反EMF电压
Figure BDA0002694187850000052
该反EMF电压
Figure BDA0002694187850000061
表示触觉换能器301中的质量的速度。例如，可以根据方程(3)对反EMF电压进行建模，该公式(3)可以被重新整理为：
Figure BDA0002694187850000062
下面参考图5来描述如何基于电流I(t)以及端子电压VT(t)来对反EMF进行建模的另一实施例。
在此实施例中，首先通过第一模数转换器(ADC)303将所感测的端子电压VT(t)转换为数字表示。类似地，在此实施例中，通过第二ADC304将所感测的电流I(t)转换为数字表示。可以在分流电阻器RS的两端感测电流I(t)，该分流电阻器RS被耦合至触觉换能器301的端子。端子电压VT(t)可以通过端子电压感测块307(例如，电压表)来感测。
共振频率跟踪器300还包括控制器305，该控制器305被配置为接收从端子电压VT(t)所导出的电压信号
Figure BDA0002694187850000063
在一些实施例中，电压信号
Figure BDA0002694187850000064
包括端子电压VT(t)的经处理的型式，其中端子电压VT(t)由处理块308处理。在一些实施例中，电压信号由
Figure BDA0002694187850000065
包括端子电压。
控制器305可以被配置为将电压信号
Figure BDA0002694187850000066
的相位与经估计的反EMF电压
Figure BDA0002694187850000067
的相位进行比较，且基于所述比较来调整由控制器所输出的输出信号x(t)的频率和/或相位。然后，可以从控制器305的输出信号x(t)导出驱动信号V(t)，使得驱动信号V(t)的频率收敛至触觉换能器201的共振频率。
例如，由控制器305所输出的输出信号x(t)可以通过放大器306放大，以生成驱动信号V(t)。
例如，控制器305可以包括反馈控制器，例如锁相环。因此，锁相环可以被配置为更改输出信号x(t)的频率和/或相位，从而将触觉换能器两端的电压信号
Figure BDA0002694187850000068
的相位锁定至触觉换能器201中经估计的反EMF电压
Figure BDA0002694187850000069
通过将电压信号
Figure BDA00026941878500000610
的相位锁定至所述经估计的反EMF电压
Figure BDA00026941878500000611
驱动信号V(t)的频率将收敛至触觉换能器301的共振频率。
图4例示了根据一些实施方案的用于利用驱动信号V(t)来驱动触觉换能器301的共振频率跟踪器400。图4中类似的特征使用与图3中相同的附图标记。
在此实施例中，控制器305包括锁相环(PLL)305。PLL使用经估计的反EMF电压
Figure BDA00026941878500000612
作为参考信号。根据
Figure BDA00026941878500000613
和
Figure BDA00026941878500000614
之间的相位差信息来调整输出信号x(t)的频率
PLL 305还可以估计参考信号的频率
Figure BDA0002694187850000071
PLL 305可以包括压控振荡器(VCO)或数字控制振荡器(DCO)，所述压控振荡器或数字控制振荡器可以被配置为正弦信号生成器。VCO或DCO可以以大约静态频率fC开始振荡。然后，可以根据输入参考信号
Figure BDA0002694187850000072
和电压信号
Figure BDA0002694187850000073
之间的经滤波和/或经平滑的相位差来适配输出信号x(t)的瞬时相位和频率。例如，如果电压信号
Figure BDA0002694187850000074
的相位超前参考信号
Figure BDA0002694187850000075
则可以减小输出信号x(t)的相位增量，以使端子电压振荡得更慢。此外，如果电压信号
Figure BDA0002694187850000076
的相位滞后于经估计的反EMF，则可以增大输出信号x(t)的相位增量，以使得电压信号
Figure BDA0002694187850000077
振荡得更快。
此控制操作可以允许端子电压的频率收敛，且允许从输出信号x(t)所导出的驱动信号的频率收敛至换能器中的反EMF VB(t)的共振频率。
在此实施例中，由PLL 305所生成的正弦信号通过非线性设备(NLD)401来处理，以实现波形整形效果。例如，可能期望的是，对于触觉应用，波形的形状更接近于方波。然后，NLD 401的输出y(t)可以通过放大器306来放大，以生成驱动信号V(t)。
换句话说，NLD 401被耦合以接收输出信号x(t)，其中NLD 401对输出信号x(t)的波形进行整形，以控制用于驱动触觉换能器301的驱动信号V(t)的形状。
因此，驱动信号V(t)可以收敛至换能器301的共振频率，以在换能器301的共振频率处向用户进行持续的音调通知或反馈。
反EMF建模模块302可以被配置为连续地估计反EMF电压
Figure BDA0002694187850000078
这可以实现反EMF
Figure BDA0002694187850000079
与电压信号
Figure BDA00026941878500000710
之间的连续相位比较，从而实现PLL 305中的连续调节过程。通过基于电流I(t)和换能器301两端的端子电压VT(t)来对反EMF进行建模，可以避免对于放大器阻抗模式切换的需求。此建模可以降低放大器的硬件复杂度以及集成电路的尺寸，因为不需要其他硬件来实施用于放大器306的高阻抗模式。去除阻抗模式切换还可消除了由这种模式切换所导致的任何脉冲噪声。
反EMF建模模块302可以是自适应的。然而，在此实施例中，应理解，反EMF建模模块302可以引入某一延迟且可以提供对反EMF电压
Figure BDA00026941878500000711
的延迟估计。此外，取决于反EMF建模模块302的实施方式，换能器301两端所感测的端子电压VT(t)与反EMF电压
Figure BDA0002694187850000081
之间可能存在时延和/或相位失真。因此，共振频率跟踪器400可以进一步包括补偿器模块402，该补偿器模块402被耦合且配置成使端子电压VT(t)延迟，以生成电压信号
Figure BDA0002694187850000082
通过补偿器模块402所施加的延迟可以被配置为等于由反EMF建模模块302所导致的延迟。
图5例示了根据一些实施方案的共振频率跟踪器500的一种实施方式。与图4中类似的特征使用了类似的附图标记。
在此实施例中，共振频率跟踪器500包括导频音调生成器(pilot tonegenerator)501。导频音调生成器501被耦合至控制器305的输出。导频音调生成器501可以被配置为将低频导频音调添加至输出信号x(t)，以使得驱动信号V(t)包括低频导频音调。
在此实施例中，导频音调生成器经由NLD 401被耦合至控制器的输出。因此，在此实施例中，导频音调生成器501被配置为将低频导频音调添加至信号y(t)，使得驱动信号V(t)包括低频导频音调。
导频音调的频率被设置成低的，以使得导频音调不会干扰通向换能器的驱动信号。例如，导频音调的频率可以小于50Hz。换句话说，可以选择导频音调的频率，使得该频率在人类振动触觉感知的敏感度范围以外(例如，在100Hz至300Hz频带以外)。导频音调可以改善反EMF电压
Figure BDA0002694187850000083
的准确度，如下面将描述的。
如先前所描述的，可以如方程(9)中所描述的对反EMF电压
Figure BDA0002694187850000084
进行建模。然而，假设换能器301的共振频率是低的，则可以忽略线圈的电感器。此假设致使反EMF电压
Figure BDA0002694187850000085
的估计为：
Figure BDA0002694187850000086
因此，方程(10)可以基于端子电压VT(t)和电流I(t)提供对反EMF电压
Figure BDA0002694187850000087
的自适应估计，而无需跟踪I(t)随时间的变化。因此，方程(10)提供了反EMF电压
Figure BDA0002694187850000088
的实时估计。
因此，线圈的DC电阻Re的估计可以确定经估计的反EMF电压
Figure BDA0002694187850000089
的质量和/或精度。
线圈的DC电阻Re的值可能根据线圈温度而变化，线圈温度不仅会受到由驱动信号所传递的热能的影响，而且会受到环境温度的影响。因此，为了跟踪DC电阻Re参数，可以使用导频音调。通过以非常接近于直流(DC)频带的频率注入包括少量能量的导频音调，可以改善用于跟踪DC电阻的条件。
在此实施例中，反EMF建模模块302包括DC电阻跟踪器502。DC电阻跟踪器502接收导频音调频率处换能器两端的端子电压和电流，即，VT LP(t)和ILP(t)，它们通过低通滤波器503从所感测的端子电压VT(t)和所感测的电流I(t)提取，该低通滤波器503被配置以大约导频音调频率进行滤波。
然后，DC电阻跟踪器502可以将DC电阻计算为：
Figure BDA0002694187850000091
其中μ可以被包含为一个小的正数，以防止被零除。在一些实施例中，可以执行DC电阻的平滑。例如，通过：
Re＝γRe+(1-γ)Re(t) (12)
其中γ是用于平滑瞬时估计Re(t)的因子(0＜＜γ＜1)。
反EMF建模模块302然后可以将DC电阻跟踪器502的输出乘以所感测的电流I(t)，且可以从所感测的端子电压VT(t)中减去该结果，从而根据方程(10)给出反EMF电压
Figure BDA0002694187850000092
的估计。
在此实施例中，PLL 305包括：相位检测器504；放大器505，被配置为放大所述相位检测器的输出；低通环路滤波器506；以及，积分平滑器507，被配置为对放大器505的输出进行滤波以及平滑。然后，VCO或DCO 508可以基于经滤波和经平滑的相位差来生成瞬时频率
Figure BDA0002694187850000093
在一些实施例中，PLL 305可以随着开关513处于位置B开始跟踪共振频率。在此位置，PLL将经估计的反EMF电压
Figure BDA0002694187850000094
与VCO或DCO 508的输出进行比较。在共振频率跟踪器500的初始化时，VCO或DCO 508的输出可能等于换能器的平均共振频率或标称共振频率。在例如单个采样周期之后，可以将开关移动到位置A，以接收电压信号VT(t)。
VCO或DCO 508可以从静态或中心频率fC开始。PLL 305可以被配置为将静态频率或中心频率的初始值设置为与触觉换能器相关联的预定值F0。例如，F0可以是换能器的平均共振频率或标称共振频率。在一些实施例中，如图4中所例示的，静态频率可以被设置为恒定值。例如：
fC＝F0 (13)
在一些实施例中，可以从由换能器部件的制造商所提供的换能器部件的说明书中获得一批换能器的标称共振频率，或者可以从特定批次中的测试样品的测量中导出标称共振频率。
随着PLL 305的控制收敛，输出信号x(t)的瞬时频率将收敛至换能器301的共振频率f0。换句话说：
Figure BDA0002694187850000101
从方程(1)可以看出，换能器之间的共振频率的变化取决于弹簧顺应性C以及等效移动质量M的变化，这二者在换能器的整个使用寿命中都可能改变。样本之间的变化、老化和设备回放条件都是这些改变的潜在原因。在一些实施例中，共振频率的变化可能非常大，这可能需要PLL 305非常快速地跟踪标称频率F0的如此大的频率变化。
为了实现快速的频率获取，可以根据从经瞬时估计的共振频率
Figure BDA0002694187850000102
所获得的信息来适配静态频率。例如，代替选择恒定的静态频率，如图4以及方程(13)中所例示的，可以执行自适应平滑平均，以适配静态频率或中心频率。例如，可以应用以下平均过程：
Figure BDA0002694187850000103
其中，α(0＜＜α＜1)是平滑因子。
例如，利用在位置C和位置D之间的开关509，PLL可以随着开关509处于位置C而开始共振频率跟踪，将fC(t)的初始值设置为F0的标称值。换句话说：
fC(0)＝F0 (16)
在经过单个采样周期之后，开关可以改变至位置D。在此位置，适配块510可以根据方程(15)来动态地适配静态频率fC(t)。
在一些实施例中，为了避免频率获取中潜在的突发错误，自适应静态频率或中心频率可以被限制在预定频率范围内，该预定频率范围表示触觉换能器的共振频率的预期范围。
例如：
如果
Figure BDA0002694187850000104
则
Figure BDA0002694187850000105
以及，如果
Figure BDA0002694187850000106
则
Figure BDA0002694187850000107
预定频率范围
Figure BDA0002694187850000108
可以近似覆盖换能器301的共振频率的最大预期变化。
在图5所例示的实施例中，共振频率跟踪器500还包括两个带通滤波器。第一带通滤波器511被耦合以接收反EMF建模模块302的输出。第二带通滤波器512被耦合以接收补偿器模块402的输出。
第一带通滤波器511可以被配置为对反EMF建模模块302的输出进行滤波，以移除导频音调干扰、来自经估计的反EMF电压的可能由所感测的端子电压VT(t)和电流I(t)的测量噪声所引起的误差，且移除来自经估计的反EMF电压
Figure BDA0002694187850000111
的由于高频带中的建模不精确性所导致的误差，在所述高频带中线圈电感的影响不可忽略，换句话说，在所述高频带中方程(10)不是有效的。
此外，NLD 401可能在基频区域上引入高阶谐波分量，这些高阶谐波分量再次可以被第一带通滤波器511移除。
为了减小上面所提及的潜在的影响且为了实现通过PLL 305的更精确的共振跟踪，第二带通滤波器512可以对电压信号
Figure BDA0002694187850000112
进行滤波。特别地，第二带通滤波器512可以提供与第一带通滤波器511相同的滤波。因此，第二带通滤波器512可以移除由感测端子电压VT(t)所导致的导频音调干扰和噪声。通过在第一带通滤波器512和第二带通滤波器512这二者中利用相同的滤波，可以避免电压信号
Figure BDA0002694187850000113
与经估计的反EMF电压
Figure BDA0002694187850000114
之间的相位失配或时延失配，所述相位失配或时延失配可能导致相位检测的误差且降低PLL 305的性能。
第一带通滤波器511和第二带通滤波器512可以设置有下限截止频率电压fL和上限截止频率fH。
下限截止频率fL可以大于导频音调频率fP，且大于人类触觉感知的敏感度下限fhp L。
上限截止频率fH可以高于人类触觉感知的敏感度上限fhp L，但是低于线圈电感可能开始起作用的频率fLe。
应理解，图3、图4或图5中所例示的共振频率跟踪器300、400或500可以实施在形成电子装置的一部分的集成电路上。例如，电子装置可以包括触觉换能器301，该触觉换能器301被耦合以从放大器306接收驱动信号，如图3、图4和图5中所例示的。然后，包括共振频率跟踪器300、400或500的集成电路可以控制驱动信号，如参考图3、图4或图5中的任何一个所描述的。
电子装置可以包括以下中的至少一个：便携式设备；电池供电设备；计算设备；通信设备；游戏设备；移动电话；个人媒体播放器；膝上型计算设备、平板计算设备或笔记本计算设备。
图6例示了用于利用驱动信号来驱动触觉换能器的方法。该方法可以通过如图3、图4或图5中的任何一个所例示的被跟踪的共振频率来执行。
在步骤601中，该方法包括基于通过触觉换能器的电流以及触觉换能器两端的端子电压来估计反电动势EMF电压，所述反电动势EMF电压表示触觉换能器中的质量的速度。
在步骤602中，该方法包括将从端子电压所导出的电压信号的相位与经估计的反EMF电压的相位进行比较。
在步骤603中，该方法包括：基于所述比较来调整输出信号的频率和/或相位，其中从输出信号导出驱动信号，使得驱动信号的频率收敛至触觉换能器的共振频率。
提供了用于跟踪换能器(例如，触觉换能器)的共振频率的方法和装置。特别地，可以基于端子电压以及通过换能器的电流来做出对换能器两端的反EMF电压的估计。然后，可以使用此反EMF电压来调整驱动信号，使得驱动信号的频率收敛至换能器的共振频率。
应注意，上文提及的实施方案是例示本发明而非限制本发明，且在不背离随附权利要求的范围的前提下，本领域技术人员将能够设计许多替代实施方案。词语“包括”不排除除了在权利要求中列出的那些元件或步骤之外的元件或步骤的存在，“一”或“一个”不排除多个，且单个特征或其他单元可以实现权利要求中所列举的若干个单元的功能。权利要求中的任何附图标记或参考标注不应被解释为限制所述权利要求的范围。术语诸如放大或增益包括可能将小于1的缩放因子应用到信号。
当然，应理解，如上面所描述的模拟调节电路的多个实施方案或其多个块或部分可以与其另外的块或部分或与主机设备的其他功能在诸如智能编解码器的集成电路上共同集成。
因此，本领域技术人员将认识到，上文所描述的装置和方法的一些方面可以体现为例如位于非易失性载体介质(诸如，磁盘、CD-ROM或DVD-ROM、程序化存储器诸如只读存储器(固件))上或位于数据载体(诸如，光学信号载体或电信号载体)上的处理器控制代码。对于许多应用，本发明的实施方案将被实施在DSP(数字信号处理器)、ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)上。因此，代码可以包括常规程序代码或微代码或例如用于设立或控制ASIC或FPGA的代码。代码还可以包括用于动态地配置可重新配置的装置(诸如，可重新编程逻辑门阵列)的代码。类似地，代码可以包括用于硬件描述语言(诸如，VerilogTM或VHDL(超高速集成电路硬件描述语言))的代码。如本领域技术人员将理解，代码可以被分布在彼此通信的多个经耦合的部件之间。在适当的情况下，还可以使用在现场可(重新)编程模拟阵列或类似的设备上运行以配置模拟硬件的代码来实施所述实施方案。
应理解，尤其是受益于本公开内容的本领域普通技术人员应理解，本文所描述的多种操作，尤其是与附图相关的多种操作，可以由其他电路或其他硬件部件来实施。可以改变执行给定方法的每一操作的次序，且可以对本文中所例示的系统的多种元件进行添加、重新排序、组合、省略、修改等。意图是，本公开内容包括所有这样的修改和改变，因此，上面的描述应被认为是例示性而非限制性的。
类似地，尽管本公开内容参考了特定实施方案，但是可以在不背离本公开内容的范围和覆盖范围的情况下，对那些实施方案进行某些修改和改变。此外，本文中关于特定实施方案所描述的任何益处、优势或问题的解决方案均不旨在被解释为元件的关键、必需或必要特征。
同样地，受益于本公开内容的其他实施方案对于本领域普通技术人员将是显而易见的，且这样的实施方案应被认为是本文所包含的。

Claims (28)

1.一种用于利用驱动信号来驱动触觉换能器的方法，所述方法包括：
基于通过所述触觉换能器的电流以及所述触觉换能器两端的端子电压来估计反电动势EMF电压，所述反电动势EMF电压表示所述触觉换能器中的质量的速度；
将从所述端子电压所导出的电压信号的相位与经估计的反EMF电压的相位进行比较；以及
基于所述比较，调整输出信号的频率或相位，其中从所述输出信号导出所述驱动信号，使得所述驱动信号的频率收敛至所述触觉换能器的共振频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述调整的步骤包括利用锁相环来将所述输出信号的频率收敛至经估计的反EMF电压的共振频率。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
感测所述端子电压；以及
将所述端子电压延迟，以生成所述电压信号。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
对所述输出信号的波形进行整形，以控制用于驱动所述触觉换能器的所述驱动信号的形状。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将低频导频音调添加至所述输出信号，使得所述驱动信号包括低频导频音调。
6.根据权利要求2所述的方法，其中所述调整的步骤包括通过以下步骤来调整所述输出信号的频率处于大约静态频率或中心频率：
将所述静态频率或中心频率的初始值设置为与所述触觉换能器相关联的一个预定值；以及
根据所述驱动信号的经平滑的瞬时频率来适配所述静态频率或中心频率。
7.根据权利要求6所述的方法，其中自适应静态频率或中心频率被限制在一个预定频率范围内，所述预定频率范围表示所述触觉换能器的共振频率的预期范围。
8.一种用于利用驱动信号来驱动触觉换能器的共振频率跟踪器，所述共振频率跟踪器包括：
反电动势EMF建模模块，被配置为基于通过所述触觉换能器的电流以及所述触觉换能器两端的端子电压来估计反EMF电压，所述反EMF电压表示所述触觉换能器中的质量的速度；
控制器，被配置为：
接收从所述端子电压所导出的电压信号；
将所述电压信号的相位与经估计的反EMF电压的相位进行比较，以及
基于所述比较，调整由所述控制器所输出的输出信号的频率或相位，其中所述驱动信号从所述控制器的输出导出，使得所述驱动信号的频率收敛至所述触觉换能器的共振频率。
9.根据权利要求8所述的共振频率跟踪器，其中所述控制器包括锁相环PLL模块，所述锁相环PLL模块被配置为将所述输出信号的频率收敛至经估计的反EMF电压的共振频率。
10.根据权利要求9所述的共振频率跟踪器，其中所述PLL模块被配置为确定所述驱动信号的频率。
11.根据权利要求8所述的共振频率跟踪器，还包括：
端子电压感测块，被配置为感测所述端子电压；以及
补偿器模块，被耦合且被配置为使所述端子电压延迟，以生成所述电压信号。
12.根据权利要求8所述的共振频率跟踪器，还包括非线性设备，所述非线性设备被耦合以接收所述输出信号，其中所述非线性设备对所述输出信号的波形进行整形，以控制用于驱动所述触觉换能器的所述驱动信号的形状。
13.根据权利要求8所述的共振频率跟踪器，还包括：
导频音调生成器，被耦合至所述控制器的输出，其中所述导频音调生成器将低频导频音调添加至所述输出信号，使得所述驱动信号包括所述低频导频音调。
14.根据权利要求9所述的共振频率跟踪器，其中所述PLL模块调整所述控制器的输出的频率处于大约静态频率或中心频率，其中所述PLL模块被配置为：
将所述静态频率或中心频率的初始值设置为与所述触觉换能器相关联的一个预定值，并且
根据所述驱动信号的经平滑的瞬时频率来适配所述静态频率或中心频率。
15.根据权利要求14所述的共振频率跟踪器，其中自适应静态频率或中心频率被限制在一个预定频率范围内，所述预定频率范围表示所述触觉换能器的共振频率的预期范围。
16.根据权利要求8所述的共振频率跟踪器，还包括：
第一带通滤波器，被配置为对经估计的反EMF进行滤波，以及将经滤波且经估计的反EMF输入至所述控制器中。
17.根据权利要求16所述的共振频率跟踪器，还包括：
第二带通滤波器，被配置为对所述端子电压或经延迟的端子电压进行滤波，以生成所述电压信号，其中所述第二带通滤波器与所述第一带通滤波器匹配。
18.一种电子装置，包括：
触觉换能器；以及
共振频率跟踪器，包括：
反电动势EMF建模模块，被配置为基于通过所述触觉换能器的电流以及所述触觉换能器两端的端子电压来估计反EMF电压，所述反EMF电压表示所述触觉换能器中的质量的速度；
控制器，被配置为：
接收从所述端子电压所导出的电压信号；
将所述电压信号的相位与经估计的反EMF电压的相位进行比较，以及
基于所述比较，调整由所述控制器所输出的输出信号的频率或相位，其中驱动信号从所述控制器的输出导出，使得所述驱动信号的频率收敛至所述触觉换能器的共振频率。
19.根据权利要求18所述的电子装置，其中所述电子装置是便携式设备。
20.根据权利要求18所述的电子装置，其中所述电子装置是电池供电设备。
21.根据权利要求18所述的电子装置，其中所述电子装置是计算设备。
22.根据权利要求18所述的电子装置，其中所述电子装置是通信设备。
23.根据权利要求18所述的电子装置，其中所述电子装置是游戏设备。
24.根据权利要求18所述的电子装置，其中所述电子装置是移动电话。
25.根据权利要求18所述的电子装置，其中所述电子装置是个人媒体播放器。
26.根据权利要求18所述的电子装置，其中所述电子装置是膝上型计算设备。
27.根据权利要求18所述的电子装置，其中所述电子装置是平板计算设备。
28.根据权利要求18所述的电子装置，其中所述电子装置是笔记本计算设备。
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