DE102023104733B3 - Analog driver circuit for piezo components and control unit - Google Patents

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DE102023104733B3 DE102023104733.7A DE102023104733A DE102023104733B3 DE 102023104733 B3 DE102023104733 B3 DE 102023104733B3 DE 102023104733 A DE102023104733 A DE 102023104733A DE 102023104733 B3 DE102023104733 B3 DE 102023104733B3
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Abstract

In einer Ausführungsform umfasst die analoge Treiberschaltung (1) einen Verstärkungsteil (2) mit:- einem Versorgungspannungseingang (VDD), einem Signalspannungseingang (DAC), einem Grundspannungseingang (-VDD, GND) und einem Signalausgang (VCP),- einem ersten (T1) und einem zweiten Transistor (T2), die an den Versorgungspannungseingang (VDD) angeschlossen sind,- einem dritten Transistor (T3), der an den ersten Transistor (T1) angeschlossen ist und dessen Basis mit dem Signalspannungseingang (DAC) verbunden ist,- einem vierten Transistor (T4), der an den zweiten Transistor (T2) angeschlossen ist, wobei der vierte Transistor (T4) zum Signalausgang (VCP) führt, und- einem fünften (T5) und einem sechsten Transistor (T6), die an den Grundspannungseingang (-VDD, GND) angeschlossen und deren Basen mit dem Versorgungspannungseingang (VDD) verbunden sind, wobei der sechste Transistor (T6) an den dritten Transistor (T3) und an den vierten Transistor (T4) angeschlossen ist und der fünfte Transistor (T5) über einen Strombegrenzungswiderstand (R6) an den Versorgungspannungseingang (VDD) angeschlossen ist.In one embodiment, the analog driver circuit (1) comprises an amplification part (2) with:- a supply voltage input (VDD), a signal voltage input (DAC), a base voltage input (-VDD, GND) and a signal output (VCP),- a first (T1) and a second transistor (T2) which are connected to the supply voltage input (VDD),- a third transistor (T3) which is connected to the first transistor (T1) and whose base is connected to the signal voltage input (DAC),- a fourth transistor (T4) which is connected to the second transistor (T2), the fourth transistor (T4) leading to the signal output (VCP), and- a fifth (T5) and a sixth transistor (T6) which are connected to the base voltage input (-VDD, GND) and whose bases are connected to the supply voltage input (VDD), the sixth transistor (T6) being connected to the third transistor (T3) and to the fourth transistor (T4) and the fifth transistor (T5) is connected to the supply voltage input (VDD) via a current limiting resistor (R6).

Description

Es wird eine analoge Treiberschaltung für Piezo-Bauteile angegeben. Darüber hinaus wird eine Ansteuerungseinheit mit einer solchen Treiberschaltung angegeben.An analog driver circuit for piezo components is specified. In addition, a control unit with such a driver circuit is specified.

Die Druckschriften DE 10 2005 034 162 A1 , DE 10 2008 034 324 B4 , DE 20 2014 104 676 U1 , DE 10 2009 041 937 A1 , DE 10 2013 103 754 B3 , DE 10 2017 122 881 A1 und DE 10 2017 106 188 B3 sind auf Treiberschaltungen gerichtet.The printed publications EN 10 2005 034 162 A1 , EN 10 2008 034 324 B4 , DE 20 2014 104 676 U1 , EN 10 2009 041 937 A1 , EN 10 2013 103 754 B3 , EN 10 2017 122 881 A1 and EN 10 2017 106 188 B3 are aimed at driver circuits.

Die Druckschriften US 7 271 520 B2 , US 5 982 304 A , US 2002/0 084 721 A1 , US 2006/0 028 095 A1 , US 2009/0 146 533 A1 , US 2012/0 013 220 A1 , EP 2 600 224 A1 , US 8 605 053 B2 , EP 2 763 317 A2 , US 8 854 319 B1 , EP 3 018 824 A1 , EP 3 065 029 A1 , EP 2 472 365 B1 und US 4 994 955 A betreffen Treiberschaltungen.The printed publications US 7 271 520 B2 , US 5 982 304 A , US 2002/0 084 721 A1 , US 2006/0 028 095 A1 , US 2009/0 146 533 A1 , US 2012/0 013 220 A1 , EP 2 600 224 A1 , US 8 605 053 B2 , EP 2 763 317 A2 , US 8 854 319 B1 , EP 3 018 824 A1 , EP 3 065 029 A1 , EP 2 472 365 B1 and US 4 994 955 A concern driver circuits.

In den Druckschriften US 2019/0 067 552 A1 , US 2019/0 334 077 A1 und US 2021/0 141 456 A1 sind Piezo-haptische Aktuatoren beschrieben.In the printed publications US 2019/0 067 552 A1 , US 2019/0 334 077 A1 and US 2021/0 141 456 A1 Piezo-haptic actuators are described.

Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, eine Treiberschaltung anzugeben, die zuverlässig ist und effizient aufbaubar ist.One task to be solved is to provide a driver circuit that is reliable and can be constructed efficiently.

Diese Aufgabe wird unter anderem durch eine Treiberschaltung und durch eine Ansteuerungseinheit mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved, inter alia, by a driver circuit and by a control unit with the features of the independent patent claim. Preferred developments are the subject of the dependent claims.

Die hier beschriebene analoge Treiberschaltung ist zum Beispiel für Piezo-Bauteile, insbesondere zur Erzeugung eines haptischen Feedback-Effekts, vorgesehen.The analog driver circuit described here is intended, for example, for piezo components, in particular for generating a haptic feedback effect.

Die analoge Treiberschaltung umfasst einen Verstärkungsteil, wobei der Verstärkungsteil umfasst:

  • - einen Versorgungspannungseingang, einen analogen Signalspannungseingang, einen Grundspannungseingang und einen analogen Signalausgang,
  • - einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor, die an den Versorgungspannungseingang angeschlossen sind und deren Basen miteinander verbunden sind,
  • - einen dritten Transistor, der an den ersten Transistor angeschlossen ist und dessen Basis mit dem Signalspannungseingang verbunden ist,
  • - einen vierten Transistor, der an den zweiten Transistor angeschlossen ist und dessen Basis mit einem Rückkopplungskanal verbunden ist, wobei der vierte Transistor zum Signalausgang führt, und
  • - einen fünften Transistor und einen sechsten Transistor, die an den Grundspannungseingang angeschlossen sind und deren Basen mit dem Versorgungspannungseingang verbunden sind, wobei der sechste Transistor ferner an den dritten Transistor und an den vierten Transistor angeschlossen ist und der fünfte Transistor ferner über einen Strombegrenzungswiderstand an den Versorgungspannungseingang angeschlossen ist. Der Strombegrenzungswiderstand kann unmittelbar zwischen dem Versorgungspannungseingang und einem Emitter oder einem Kollektor des fünften Transistors liegen.
The analog driver circuit comprises an amplification part, the amplification part comprising:
  • - a supply voltage input, an analog signal voltage input, a base voltage input and an analog signal output,
  • - a first transistor and a second transistor connected to the supply voltage input and having their bases connected to each other,
  • - a third transistor connected to the first transistor and having its base connected to the signal voltage input,
  • - a fourth transistor connected to the second transistor and having a base connected to a feedback channel, the fourth transistor leading to the signal output, and
  • - a fifth transistor and a sixth transistor which are connected to the base voltage input and whose bases are connected to the supply voltage input, the sixth transistor being further connected to the third transistor and to the fourth transistor and the fifth transistor being further connected to the supply voltage input via a current limiting resistor. The current limiting resistor can be located directly between the supply voltage input and an emitter or a collector of the fifth transistor.

Bei den Transistoren handelt es sich insbesondere um Bipolar-Transistoren und nicht um Metall-Oxid-Halbleiter-FeldeffektTransistoren, auch als MOSFET bezeichnet.The transistors are in particular bipolar transistors and not metal-oxide-semiconductor field-effect transistors, also known as MOSFETs.

Da der Versorgungspannungseingang und eine Versorgungspannungsleitung innerhalb der Treiberschaltung auf dem gleichen elektrischen Potenzial liegen, wird nachfolgend zwischen diesen Komponenten nicht unterschieden und einheitlich von Versorgungspannungseingang gesprochen. Das gleiche gilt hinsichtlich des Signalspannungseingangs, des Grundspannungseingangs, des Signalausgangs und des Rückkopplungskanals.Since the supply voltage input and a supply voltage line within the driver circuit are at the same electrical potential, no distinction is made between these components below and we refer uniformly to the supply voltage input. The same applies to the signal voltage input, the base voltage input, the signal output and the feedback channel.

Der Begriff „angeschlossen“ bezieht sich insbesondere jeweils auf einen Emitter oder Kollektor des betreffenden Transistors. Das heißt zum Beispiel, ist ein Transistor an eine andere Komponente „angeschlossen“, so ist eine indirekte oder direkte elektrische Verbindung zwischen dieser Komponente und dem Emitter oder Kollektor des betreffenden Transistors gemeint, soweit nicht anders kenntlich gemacht.The term "connected" refers in particular to an emitter or collector of the transistor in question. This means, for example, that if a transistor is "connected" to another component, this means an indirect or direct electrical connection between this component and the emitter or collector of the transistor in question, unless otherwise indicated.

Der Rückkopplungskanal bezeichnet zum Beispiel eine invertierende und/oder nichtinvertierende Rückkopplung.The feedback channel, for example, refers to inverting and/or non-inverting feedback.

Eine Spannung an dem Versorgungspannungseingang ist höher als eine Spannung an dem Grundspannungseingang. Liegt zum Beispiel am Versorgungspannungseingang eine Spannung +VDD an, so liegt die Spannung am Grundspannungseingang zum Beispiel zwischen einschließlich -VDD und GND oder es ist die Grundspannungseingang dann -W oder GND. GND bezeichnet dabei einen Erdanschluss, also insbesondere 0 V.A voltage at the supply voltage input is higher than a voltage at the base voltage input. For example, if a voltage of +VDD is present at the supply voltage input, the voltage at the base voltage input is between -VDD and GND, or the base voltage input is then -W or GND. GND refers to a ground connection, i.e. specifically 0 V.

Piezo-haptische Rückwirkung, auch als Piezo-haptic feedback bezeichnet, gewinnt eine zunehmende Rolle in der Mensch-Maschine-Interaktion und kann zum Beispiel bei industriellen Geräten, Haushaltsgeräte oder bei Anzeigevorrichtung im Automobilbereich eingesetzt werden. Dabei werden einem Benutzer zum Beispiel über einen kurzen haptischen Impuls, wie ein Vibrieren, Information, etwa über ein Systemverhalten, übermittelt.Piezo-haptic feedback is playing an increasing role in human-machine interaction and can be used, for example, in industrial devices, household appliances or display devices in the automotive sector. Information, such as about a system's behavior, is transmitted to a user via a short haptic impulse, such as a vibration.

Zur Marktdurchdringung von haptischen Anwendungen ist eine kostengerechte, marktgerechte, energiegerechte, umgebungsgerechte und fertigungsgerechte elektronische Schaltung erforderlich.To penetrate the market with haptic applications, electronic circuitry that is cost-effective, market-oriented, energy-efficient, environmentally-friendly and production-friendly is required.

Eine Methode dafür ist der Aufbau einer Treiberschaltung aus diskreten elektronischen Bauelementen. Solche Bauelemente sind am Markt einfacher verfügbar als diverse Bauelemente, basierend auf anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen, auch als application-specific integrated circuit oder kurz ASIC bezeichnet. Bei der hier beschriebenen Treiberschaltung handelt es sich um eine analoge Schaltung aus diskreten Bauteilen.One method for this is to build a driver circuit from discrete electronic components. Such components are more readily available on the market than various components based on application-specific integrated circuits, also known as application-specific integrated circuits or ASICs for short. The driver circuit described here is an analog circuit made of discrete components.

Vergleichbare Schaltungen basierend dagegen in der Regel auf speziellen Bauelementen für die Ansteuerung von Piezohaptischen Applikationen und sind schlecht am Markt verfügbar, sind oft deutlich teurer und zum Teil nicht für Anwendungen im Automobilbereich qualifiziert.Comparable circuits, on the other hand, are usually based on special components for controlling piezohaptic applications and are poorly available on the market, are often significantly more expensive and are sometimes not qualified for applications in the automotive sector.

Eine alternative Methode für das Betreiben von Piezo-Bauteilen ist eine sogenannte H-Bridge-Konfiguration, die in der Druckschrift US 7 271 520 B2 erläutert ist. Diese Methode beschreibt nur H-Bridge-Konfigurationen und ist mit einem PWM-Signal und Buffer versorgt und nur für positiven Spannung ausgelegt.An alternative method for operating piezo components is a so-called H-bridge configuration, which is described in the publication US 7 271 520 B2 This method describes only H-Bridge configurations and is supplied with a PWM signal and buffer and is designed for positive voltage only.

Die hier beschriebene Treiberschaltung ermöglicht dagegen auch einen Betrieb mit bipolarer Ansteuerspannung, sodass die piezomechanische Leistungsfähigkeit des Systems verbessert werden kann. Das heißt, es wird nicht nur die Ausdehnung des Piezos unter positiver Spannung genutzt, sondern auch die Kontraktion unter negativer Spannung, sodass die Gesamtauslenkung deutlich vergrößert ist.The driver circuit described here, however, also enables operation with bipolar control voltage, so that the piezomechanical performance of the system can be improved. This means that not only the expansion of the piezo under positive voltage is used, but also the contraction under negative voltage, so that the total deflection is significantly increased.

Weiterhin hat die in der Druckschrift US 7 271 520 B2 gezeigte Ausführungsform den Nachteil, dass durch die einstufige H-Bridge-Konfiguration entweder nur Piezo-Bauelemente mit relativ geringer Kapazität betrieben werden können oder die verwendeten Transistoren als Leistungstransistoren ausgeführt werden müssen, was zu erhöhten Kosten und zu erhöhtem Platzbedarf führt.Furthermore, the publication US 7 271 520 B2 The embodiment shown has the disadvantage that the single-stage H-bridge configuration either only allows piezo components with a relatively low capacitance to be operated or the transistors used have to be designed as power transistors, which leads to increased costs and increased space requirements.

In der Druckschrift US 5 982 304 A ist eine Lösung mit zwei in Serie geschalteten Treiber-ICs beschrieben. Die hier vorgeschlagene Ausführungsform kommt ohne den Einsatz von speziellen Treiber-ICs aus und ist damit kostengünstiger. IC steht hierbei für integrierten Schaltkreis, integrated circuit.In the print US 5 982 304 A A solution with two driver ICs connected in series is described. The design proposed here does not require the use of special driver ICs and is therefore more cost-effective. IC stands for integrated circuit.

In der Druckschrift US 2002/0 084 721 A1 wird eine alternative Ausführungsform dargelegt, die sich deutlich von der hier beschriebenen Push-Pull-Konfiguration unterscheidet.In the print US 2002/0 084 721 A1 An alternative embodiment is presented which differs significantly from the push-pull configuration described here.

In der Druckschrift US 2006/0 028 095 A1 wird eine Verstärkung eines Signals über einen Operational Amplifier-IC und einen Komparator-IC realisiert. In der hier beschriebenen Treiberschaltung werden keine Operational Amplifier-ICs oder Komparator ICs verwendet.In the print US 2006/0 028 095 A1 A signal is amplified using an operational amplifier IC and a comparator IC. No operational amplifier ICs or comparator ICs are used in the driver circuit described here.

In der Druckschrift US 2009/0 146 533 A1 werden zwei OP-AMP-ICs verwendet, um ein Signal auf beide Kontakte eines Piezos zu übertragen. Die dargelegte Ausführungsform ist weiterhin auf eine Ansteuerspannung von +40 V begrenzt. Die hier beschriebene Treiberschaltung verwendet dagegen keine OP-AMP-ICs und weist nicht die Einschränkung bezüglich der Signalhöhe auf.In the print US 2009/0 146 533 A1 Two OP-AMP ICs are used to transmit a signal to both contacts of a piezo. The embodiment shown is also limited to a control voltage of +40 V. The driver circuit described here, on the other hand, does not use OP-AMP ICs and does not have the restriction regarding the signal level.

In der Druckschrift US 2012/0 013 220 A1 wird ein Design vorgestellt, bei dem PWM-Signale in analoge Signale umgewandelt werden. Dafür werden eine Reihe von OP-AMPs verwendet. In der hier beschriebenen Treiberschaltung werden jedoch analoge Eingangssignale verwendet, und keine PWM-Signale, insbesondere zwischen 0 V bis 3,3 V, und es wird auf die Verwendung von OP-AMPs verzichtet. Weiterhin sind Konzepte auf Basis von PWM-Signalen anfällig für Obertöne, welche zu einer Geräuschentwicklung an den Piezo-Bauelementen führen können. PWM steht hierbei für Impulsweitenmodulation, pulse width modulation.In the print US 2012/0 013 220 A1 A design is presented in which PWM signals are converted into analog signals. A series of OP-AMPs are used for this purpose. In the described However, the driver circuit used uses analog input signals and not PWM signals, especially between 0 V and 3.3 V, and the use of OP-AMPs is avoided. Furthermore, concepts based on PWM signals are susceptible to overtones, which can lead to noise in the piezo components. PWM stands for pulse width modulation.

In der Druckschrift EP 2 600 224 A1 ist eine technische Ausführungsform für Sensing in einer haptischen Feedback-Applikation beschrieben. Die hier beschriebene Treiberschaltung dagegen betrifft keine Sensing-Funktion, sondern insbesondere nur die Erzeugung des Steuersignals für die Auslenkung des Piezo-Bauelements.In the print EP 2 600 224 A1 A technical embodiment for sensing in a haptic feedback application is described. The driver circuit described here, however, does not concern a sensing function, but rather only the generation of the control signal for the deflection of the piezo component.

Die Druckschrift US 8 605 053 B2 beschreibt eine Treiberschaltung in Form einer Vollbrückenkonfiguration, um das Treibersignal für das haptische Feedback an die Piezo-Komponente bereitzustellen. Die hier beschriebene Treiberschaltung unterscheidet sich hiervon, dass eine Halbbrücken-Konfiguration und/oder eine Push-Pull-Konfiguration verwendet wird.The publication US 8 605 053 B2 describes a driver circuit in the form of a full-bridge configuration to provide the drive signal for the haptic feedback to the piezo component. The driver circuit described here differs in that a half-bridge configuration and/or a push-pull configuration is used.

In der Druckschrift EP 2 763 317 A2 wird eine Systemkonfiguration diskutiert, diese Druckschrift liefert aber keinen Hinweis auf die Ausgestaltung einer Verstärkerschaltung oder die Beschaltung eines piezohaptischen Bauteils mit einem Ansteuerungssignal.In the print EP 2 763 317 A2 A system configuration is discussed, but this document does not provide any information on the design of an amplifier circuit or the wiring of a piezohaptic component with a control signal.

Die Druckschrift US 8 854 319 B1 schlägt einen Aufwärtswandler mit Transformator vor. Die hier beschriebene Treiberschaltung kommt dagegen ohne Transformator aus.The publication US 8 854 319 B1 suggests a boost converter with a transformer. The driver circuit described here, however, does not require a transformer.

Die Druckschriften EP 3 018 824 A1 , EP 3 065 029 A1 und EP 2 472 365 B1 beziehen sich auf Piezosensoren. Die hier beschriebene Schaltung dient dem gegenüber als eine Treiberlösung.The printed publications EP 3 018 824 A1 , EP 3 065 029 A1 and EP 2 472 365 B1 refer to piezo sensors. The circuit described here serves as a driver solution.

In der Druckschrift US 4 994 955 A wird eine Lösung diskutiert, bei der ein spezieller Treiber-IC mehrere MOSFETs und Induktivitäten verwendet. Die hier beschriebene Treiberschaltung verwendet keinen Treiber-IC, keine MOSFETs und keine Induktivitäten.In the print US 4 994 955 A A solution is discussed in which a special driver IC uses several MOSFETs and inductors. The driver circuit described here does not use a driver IC, MOSFETs or inductors.

Die hier beschriebene Treiberschaltung umfasst oder besteht beispielsweise aus zwei Teilen. So kann zum einen ein Verstärkerteil und zum anderen eine Halbbrückenschaltung zur Übertragung eines Signals auf das Piezo-Bauelement vorhanden sein. Eine Signalhöhe des Signals liegt dabei zum Beispiel bei ungefähr 120 V.The driver circuit described here comprises or consists of two parts, for example. There can be an amplifier part on the one hand and a half-bridge circuit for transmitting a signal to the piezo component on the other. The signal level of the signal is, for example, around 120 V.

Als aktive Bauelemente wird bevorzugt ausschließlich auf im Automobilbereich zertifizierte npn-Transistoren und pnp-Transistoren zurückgegriffen.The preferred active components are exclusively automotive-certified npn transistors and pnp transistors.

Der erste Teil der Schaltung, also der Verstärkerteil, sorgt insbesondere dafür, dass das Eingangssignal ausreichend verstärkt ist. Hierfür ist eine Reihe der npn-Transistoren und der pnp-Transistoren so zusammengekoppelt, dass die Streuung der elektrischen Eigenschaften der aktiven Bauelemente keinen wesentlichen Einfluss auf das zu erzeugende Signal hat. Damit können viele am Markt verfügbare Transistoren verwendet werden und die Auswahl von kostengünstigen Bauelementen ist wesentlich erleichtert. Weiterhin ist der Platzbedarf auf einer Leiterplatte vergleichbar mit Lösungen, die auf ASIC-Elementen basieren. Letztere sind jedoch deutlich teurer als die im vorgestellten Lösungsweg eingesetzten diskreten Bauelemente.The first part of the circuit, the amplifier part, ensures in particular that the input signal is sufficiently amplified. For this purpose, a series of npn transistors and pnp transistors are coupled together in such a way that the scattering of the electrical properties of the active components has no significant influence on the signal to be generated. This means that many transistors available on the market can be used and the selection of inexpensive components is made much easier. Furthermore, the space required on a circuit board is comparable to solutions based on ASIC elements. The latter, however, are significantly more expensive than the discrete components used in the solution presented.

Außerdem liefert die vorgeschlagene Lösung eine deutlich bessere Signalqualität als bekannte Lösungen mittels ASIC. Bei der Verwendung von ASIC-Bauelementen sind gewöhnlich Obertöne im Signal vorhanden. Diese führen zu einer zusätzlichen und ungewollten Geräuschentwicklung am Piezo-Bauelement, was für haptische Feedback-Anwendungen äußerst unvorteilhaft ist.In addition, the proposed solution provides a significantly better signal quality than known solutions using ASIC. When using ASIC components, overtones are usually present in the signal. These lead to additional and unwanted noise at the piezo component, which is extremely disadvantageous for haptic feedback applications.

Der zweite Teil der Treiberschaltung, der als Schalter konfiguriert sein kann, wendet zum Beispiel eine Push-Pull Half-Bridge-Konfiguration an. Dabei werden über einen ohmschen Spannungsteiler die npn-Transistoren und die pnp-Transistoren der Push-Pull-Konfiguration eingeregelt. Über einen zweiten ohmschen Spannungsteiler kann die höchste erreichbare Spannung festgelegt werden, da dieser als Rückkopplung, auch als Feedback bezeichnet, für den Verstärkerteil der Schaltung wirkt.The second part of the driver circuit, which can be configured as a switch, uses a push-pull half-bridge configuration, for example. The npn transistors and the pnp transistors of the push-pull configuration are regulated via an ohmic voltage divider. The highest achievable voltage can be set via a second ohmic voltage divider, as this acts as feedback for the amplifier part of the circuit.

Somit kommt die hier beschriebene Treiberschaltung ohne Transformatoren, MOSFETs, Treiber-ICs aus. Zudem ist die Signalqualität der vorgeschlagenen Lösung deutlich besser und die Kosten sind geringer als bei den Lösungen aus dem Stand der Technik.The driver circuit described here therefore does not require any transformers, MOSFETs or driver ICs. In addition, the signal quality of the proposed solution is significantly better and the costs are lower than those of the state-of-the-art solutions.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Treiberschaltung ferner einen weiteren Schaltungsteil. Der weitere Schaltungsteil ist dem Verstärkungsteil bevorzugt nachgeschaltet.According to at least one embodiment, the driver circuit further comprises a further circuit part. The further circuit part is preferably connected downstream of the amplification part.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der weitere Schaltungsteil einen siebten Transistor, dessen Basis mit dem zweiten Transistor und/oder mit dem vierten Transistor verbunden ist. Zum Beispiel ist der siebte Transistor an den Versorgungspannungseingang angeschlossen.According to at least one embodiment, the further circuit part comprises a seventh transistor, the base of which is connected to the second transistor and/or to the fourth transistor. For example, the seventh transistor is connected to the supply voltage input.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der weitere Schaltungsteil einen achten Transistor, dessen Basis mit dem zweiten Transistor und/oder mit dem vierten Transistor verbunden ist. Zum Beispiel ist der achte Transistor an den Grundspannungseingang angeschlossen,According to at least one embodiment, the further circuit part comprises an eighth transistor, the base of which is connected to the second transistor and/or to the fourth transistor. For example, the eighth transistor is connected to the base voltage input,

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der siebte Transistor und der achte Transistor an den Signalausgang angeschlossen. Zwischen dem siebten und achten Transistor und dem Signalausgang können eine oder mehrere Widerstände liegen.According to at least one embodiment, the seventh transistor and the eighth transistor are connected to the signal output. One or more resistors can be located between the seventh and eighth transistors and the signal output.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Basen des siebten Transistors und des achten Transistors über einen elektrischen Widerstand an den vierten Transistor angeschlossen. Das heißt zum Beispiel, dass zwischen dem betreffenden Kollektor oder Emitter des vierten Transistors und den Basen des siebten und achten Transistors nur dieser zugeordnete elektrische Widerstand zwischengeschaltet ist.According to at least one embodiment, the bases of the seventh transistor and the eighth transistor are connected to the fourth transistor via an electrical resistor. This means, for example, that only this associated electrical resistor is interposed between the relevant collector or emitter of the fourth transistor and the bases of the seventh and eighth transistors.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der siebte Transistor ein npn-Transistor und/oder ist der achte Transistor ein pnp-Transistor.According to at least one embodiment, the seventh transistor is an npn transistor and/or the eighth transistor is a pnp transistor.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Treiberschaltung ferner eine oder mehrere Schaltungserweiterungen. Die mindestens eine Schaltungserweiterung ist dabei wie der weitere Schaltungsteil aufgebaut. Das heißt zum Beispiel, dass die mindestens eine Schaltungserweiterung und der weitere Schaltungsteil den gleichen Schaltungsaufbau aufweisen, also insbesondere eine gleiche Anzahl und Verschaltung von Transistoren und Widerständen. Es ist dabei möglich, dass sich die mindestens eine Schaltungserweiterung und das weitere Schaltungsteil in den Bautypen der verwendeten Transistoren und/oder elektrischen Widerständen voneinander unterscheiden. Sind mehrere der Schaltungserweiterungen vorhanden, so können alle Schaltungserweiterungen baugleich sein oder es sind verschieden aufgebaute Schaltungserweiterungen miteinander kombiniert.According to at least one embodiment, the driver circuit further comprises one or more circuit extensions. The at least one circuit extension is constructed like the further circuit part. This means, for example, that the at least one circuit extension and the further circuit part have the same circuit structure, in particular the same number and connection of transistors and resistors. It is possible that the at least one circuit extension and the further circuit part differ from one another in the types of transistors and/or electrical resistors used. If several of the circuit extensions are present, all circuit extensions can be of the same construction or circuit extensions with different structures can be combined with one another.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die mindestens eine Schaltungserweiterung und der weitere Schaltungsteil jeweils an den vierten Transistor und an den Signalausgang angebunden. Es ist möglich, dass die mindestens eine Schaltungserweiterung und der weitere Schaltungsteil dieselben elektrischen Anknüpfungspunkte an den Verstärkungsteil und/oder an den Signalausgang haben.According to at least one embodiment, the at least one circuit extension and the further circuit part are each connected to the fourth transistor and to the signal output. It is possible for the at least one circuit extension and the further circuit part to have the same electrical connection points to the amplification part and/or to the signal output.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Rückkopplungskanal jeweils über einen elektrischen Widerstand mit dem Signalausgang sowie mit einem Erdanschluss und/oder dem Grundspannungseingang verbunden. Der Rückkopplungskanal kann eine elektrische Leitung umfassen, die von zwischen diesen beiden Widerständen ausgehend elektrisch direkt hin zur Basis des vierten Transistors verläuft.According to at least one embodiment, the feedback channel is connected to the signal output and to a ground connection and/or the base voltage input via an electrical resistor. The feedback channel can comprise an electrical line that runs electrically from between these two resistors directly to the base of the fourth transistor.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der erste Transistor und/oder der zweite Transistor über einen weiteren elektrischen Widerstand an dem Versorgungspannungseingang angeschlossen. Diese Widerstände können gleich groß sein oder sich voneinander unterscheiden.According to at least one embodiment, the first transistor and/or the second transistor are connected to the supply voltage input via a further electrical resistor. These resistors can be the same size or different from one another.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der fünfte Transistor und der sechste Transistor direkt an den Grundspannungseingang angeschlossen. Alternativ kann jeweils ein elektrischer Widerstand zwischengeschaltet sein.According to at least one embodiment, the fifth transistor and the sixth transistor are connected directly to the base voltage input. Alternatively, an electrical resistor can be connected between them.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Basen des ersten Transistors und/oder des zweiten Transistors über einen zusätzlichen elektrischen Widerstand an einen Emitter oder einen Kollektor des dritten Transistors angeschlossen. Es ist möglich, dass dieser Widerstand hochohmiger ist als die Widerstände zwischen dem ersten und zweiten Transistor und dem Versorgungspannungseingang.According to at least one embodiment, the bases of the first transistor and/or the second transistor are connected to an emitter or a collector of the third transistor via an additional electrical resistor. It is possible that this resistor has a higher resistance than the resistors between the first and second transistors and the supply voltage input.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Verstärkungsteil und/oder der weitere Schaltungsteil und/oder die mindestens eine Schaltungserweiterung oder die gesamte Treiberschaltung frei von einer, einigen oder allen der folgenden Komponenten: Transformator, Feldeffektransistor, Induktivität, digitaler integrierten Schaltkreise, wie ein ASIC. Das heißt, der mindestens eine betreffende Teil der Treiberschaltung kann aus den Bipolar-Transistoren und elektrischen Widerständen bestehen.According to at least one embodiment, the amplification part and/or the further circuit part and/or the at least one circuit extension or the entire driver circuit is free of one, some or all of the following components: transformer, field effect transistor, inductance, digital integrated circuits, such as an ASIC. This means that at least one part of the driver circuit can consist of the bipolar transistors and electrical resistors.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der erste Transistor und/oder der zweite Transistor ein pnp-Transistor. Alternativ oder zusätzlich sind der dritte Transistor, der vierte Transistor, der fünfte Transistor und/oder der sechste Transistor ein npn-Transistor.According to at least one embodiment, the first transistor and/or the second transistor are a pnp transistor. Alternatively or additionally, the third transistor, the fourth transistor, the fifth transistor and/or the sixth transistor are an npn transistor.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Versorgungspannungseingang für eine Spannung zwischen einschließlich 40 V und 250 V eingerichtet. Zum Beispiel beträgt diese Spannung mindestens 80 V oder mindestens 100 V und/oder beträgt diese Spannung höchstens 200 V oder höchstens 140 V.According to at least one embodiment, the supply voltage input is configured for a voltage between 40 V and 250 V inclusive. For example, this voltage is at least 80 V or at least 100 V and/or this voltage is at most 200 V or at most 140 V.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Signalspannungseingang für mindestens eine Spannung zwischen einschließlich -10 V und 10 V eingerichtet. Beispielsweise wird eine Spannung am Signalspannungseingang bestimmungsgemäß zwischen einschließlich 0 V und 3,3 V oder zwischen einschließlich 0 V und 5 V oder zwischen einschließlich -5 V und +5 V oder zwischen einschließlich -3 V und +3 V variiert, um den Piezo am Signalausgang anzusteuern.According to at least one embodiment, the signal voltage input is set up for at least one voltage between -10 V and 10 V inclusive. For example, a voltage at the signal voltage input is intended to vary between 0 V and 3.3 V inclusive or between 0 V and 5 V inclusive or between -5 V and +5 V inclusive or between -3 V and +3 V inclusive in order to control the piezo at the signal output.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Signalausgang für eine Kapazität, insbesondere des Piezos und zum Beispiel gegen einen Erdanschluss, zwischen einschließlich 0,1 µF und 0,1 mF eingerichtet. Zum Beispiel liegt dieser Wert bei mindestens 0,5 µF und/oder bei höchstens 10 µF oder bei höchstens 5 µF.According to at least one embodiment, the signal output is set up for a capacitance, in particular of the piezo and for example against a ground connection, between 0.1 µF and 0.1 mF inclusive. For example, this value is at least 0.5 µF and/or at most 10 µF or at most 5 µF.

Darüber hinaus wird eine Ansteuerungseinheit angegeben. Die Ansteuerungseinheit umfasst eine oder mehrere Treiberschaltungen, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale der Treiberschaltung sind daher auch für die Ansteuerungseinheit offenbart und umgekehrt.In addition, a control unit is specified. The control unit comprises one or more driver circuits, as described in connection with one or more of the above-mentioned embodiments. Features of the driver circuit are therefore also disclosed for the control unit and vice versa.

Die Ansteuerungseinheit umfasst:

  • - eine Digital-zu-analog-Steuerschaltung,
  • - eine der Digital-zu-analog-Steuerschaltung direkt oder indirekt nachgeschaltete Puffer-Schaltung (12), zum Beispiel zur Impedanzanpassung und/oder zur Vorverstärkung,
  • - eine der Puffer-Schaltung direkt oder indirekt nachgeschaltete Treiberschaltung, und
  • - einen oder mehrere der Treiberschaltung direkt oder indirekt nachgeschaltete Piezo-haptischen Aktuatoren.
The control unit includes:
  • - a digital-to-analog control circuit,
  • - a buffer circuit (12) connected directly or indirectly downstream of the digital-to-analogue control circuit, for example for impedance matching and/or pre-amplification,
  • - a driver circuit connected directly or indirectly downstream of the buffer circuit, and
  • - one or more piezo-haptic actuators connected directly or indirectly downstream of the driver circuit.

Nachfolgend wird eine hier beschriebene Treiberschaltung und eine hier beschriebene Ansteuerungseinheit unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.A driver circuit and a control unit described here are explained in more detail below with reference to the drawing using exemplary embodiments. The same reference symbols indicate the same elements in the individual figures. However, no scale references are shown; rather, individual elements may be shown exaggeratedly large for better understanding.

Es zeigen:

  • 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Ansteuerungseinheit mit einer hier beschriebenen Treiberschaltung, und
  • 2 und 3 schematische Schaltbilder von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Treiberschaltungen.
Show it:
  • 1 a schematic block diagram of an embodiment of a control unit with a driver circuit described here, and
  • 2 and 3 schematic circuit diagrams of embodiments of driver circuits described here.

In 1 ist ein Beispiel einer Ansteuerungseinheit 10 gezeigt. Die Ansteuerungseinheit 10 umfasst eine Digital-zu-analog-Steuerschaltung 11, eine dieser nachgeschaltete Puffer-Schaltung 12 zur Impedanzanpassung und/oder Vorverstärkung, eine dieser nachgeschaltete Treiberschaltung 1 und mindestens einen dieser nachgeschalteten Piezohaptischen Aktuator 14.In 1 an example of a control unit 10 is shown. The control unit 10 comprises a digital-to-analog control circuit 11, a buffer circuit 12 connected downstream of this for impedance matching and/or pre-amplification, a driver circuit 1 connected downstream of this and at least one piezohaptic actuator 14 connected downstream of this.

In einer mögliche Ausführungsform wird ein analoges Signal, zum Beispiel mit einer Spannung zwischen 0 V und 3,3 V oder zwischen 0 V und 5 V über einen DAC-Ausgang der Digital-zu-analog-Steuerschaltung 11 zur Verfügung gestellt. Die Digital-zu-analog-Steuerschaltung 11 ist zum Beispiel ein pController, wie ein MCU DAC, oder ein Funktionsgenerator. Die Digital-zu-analog-Steuerschaltung 11 liefert somit ein Eingangssignal für die Treiberschaltung 1.In one possible embodiment, an analog signal, for example with a voltage between 0 V and 3.3 V or between 0 V and 5 V, is made available via a DAC output of the digital-to-analog control circuit 11. The digital-to-analog control circuit 11 is, for example, a pController, such as an MCU DAC, or a function generator. The digital-to-analog control circuit 11 thus provides an input signal for the driver circuit 1.

Dieses Signal von der Digital-zu-analog-Steuerschaltung 11 kann optional über die Puffer-Schaltung 12, zum Beispiel ein MCP6421T oder ein TLV379IDBVT, vorverstärkt werden, beispielsweise von 0..3V auf 0..5V. Zusätzlich oder alternativ kann die Puffer-Schaltung 12 zur Impedanzanpassung dieses Signals dienen. Die Puffer-Schaltung 12 kann aber auch weggelassen werden, sodass die Treiberschaltung 1 das Eingangssignal direkt von der Digital-zu-analog-Steuerschaltung 11 erhalten kann.This signal from the digital-to-analog control circuit 11 can optionally be pre-amplified via the buffer circuit 12, for example an MCP6421T or a TLV379IDBVT, for example from 0..3V to 0..5V. Additionally or alternatively, the buffer circuit 12 can serve to impedance match this signal. The buffer circuit 12 can also be omitted, so that the driver circuit 1 can receive the input signal directly from the digital-to-analog control circuit 11.

In der Treiberschaltung 1 wird das Signal dann verstärkt und zum Beispiel über eine H-Brücken-Schaltung auf das piezohaptische Bauelement 14 weitergeleitet.In the driver circuit 1, the signal is then amplified and forwarded to the piezohaptic component 14, for example via an H-bridge circuit.

Mit einer derartigen Ansteuerungseinheit 10, in welcher die Treiberschaltung 1 integriert ist, kann ein haptisches Feedback an zum Beispiel Bildschirmen, Schaltelementen und/oder Griffen zur Verbesserung der User-Experience realisiert werden. Weiterhin kann in das Gesamtsystem 10 eine Sensor-Schaltung integriert werden, nicht gezeichnet, sodass die Betätigung zum Beispiel eines Schalterelements ein Signal des piezohaptischen Bauelements 14 auslöst, wobei dieses Signal durch die Steuerung erkannt und ausgewertet werden kann.With such a control unit 10, in which the driver circuit 1 is integrated, haptic feedback can be implemented on, for example, screens, switching elements and/or handles to improve the user experience. Furthermore, a sensor circuit can be integrated into the overall system 10 (not shown), so that the actuation of, for example, a switching element triggers a signal from the piezohaptic component 14, whereby this signal can be recognized and evaluated by the control system.

In 2 ist ein Beispiel der Treiberschaltung 1 schematisch dargestellt. Die Treiberschaltung 1 umfasst einen Versorgungspannungseingang VDD, zum Beispiel 120 V, einen analogen Signalspannungseingang DAC, zum Beispiel 0 bis 5 V, einen Grundspannungseingang, der zum Beispiel auf -VDD oder auf GND liegt, und einen analogen Signalausgang VCP. Der Signalausgang VCP führt zum piezohaptischen Bauelement 14, das kein Bestandteil der Treiberschaltung 1 ist und das als Kapazität Cp symbolisiert ist.In 2 an example of the driver circuit 1 is shown schematically. The driver circuit 1 comprises a supply voltage input VDD, for example 120 V, an analog signal voltage input DAC, for example 0 to 5 V, a base voltage input, which is for example at -VDD or at GND, and an analog signal output VCP. The signal output VCP leads to the piezohaptic component 14, which is not part of the driver circuit 1 and which is symbolized as capacitance Cp.

Ein erster Verstärkungsteil 2 der Treiberschaltung 1 umfasst mehrere Bipolar-Transistoren T1..T6, die als pnp-Transistoren oder npn-Transistoren gestaltet sind, siehe die Schaltsymbole in 1. Ferner sind mehrere elektrische Widerstände R3..R7 vorhanden. Die Emitter der Transistoren T1, T2 sind über die Widerstände R3, R4 an den Versorgungspannungseingang VDD angeschlossen, die Emitter der Transistoren T5, T6 sind direkt an den Grundspannungseingang -VDD angeschlossen. Ferner sind die Basen der Transistoren T5, T6 über einen Strombegrenzungswiderstand R6 mit dem Versorgungspannungseingang VDD verbunden, ebenso wie der Kollektor des Transistors T5. Durch den Strombegrenzungswiderstand R6 wird ein maximaler Strom durch die Schaltung limitiert. Der maximale Strom beträgt zum Beispiel höchstens 2 A oder höchstens 1 A.A first amplification part 2 of the driver circuit 1 comprises several bipolar transistors T1..T6, which are designed as pnp transistors or npn transistors, see the circuit symbols in 1 . There are also several electrical resistors R3..R7. The emitters of the transistors T1, T2 are connected to the supply voltage input VDD via the resistors R3, R4, the emitters of the transistors T5, T6 are connected directly to the base voltage input -VDD. Furthermore, the bases of the transistors T5, T6 are connected to the supply voltage input VDD via a current limiting resistor R6, as is the collector of the transistor T5. The current limiting resistor R6 limits the maximum current through the circuit. The maximum current is, for example, a maximum of 2 A or a maximum of 1 A.

Die Basis des Transistors T3 ist direkt mit dem Signalspannungseingang DAC verbunden. Der Emitter des Transistors T3 ist an den Kollektor des Transistors T6 angeschlossen und außerdem an dem Emitter des Transistors T6 angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren T3, T4 sind an die Kollektoren der Transistoren T1, T2 angeschlossen. Ferner ist der Kollektor des Transistors T3 über einen Widerstand R5 mit den Basen der Transistoren T1, T2 verbunden.The base of the transistor T3 is directly connected to the signal voltage input DAC. The emitter of the transistor T3 is connected to the collector of the transistor T6 and also connected to the emitter of the transistor T6. The collectors of the transistors T3, T4 are connected to the collectors of the transistors T1, T2. Furthermore, the collector of the transistor T3 is connected to the bases of the transistors T1, T2 via a resistor R5.

Die Basis des Transistors T4 ist mit einem Rückkopplungskanal F verbunden. Der Rückkopplungskanal F zweigt zwischen zwei Widerständen R1, R2 ab, die in Serie geschaltet parallel zur Kapazität Cp angebracht sind und auf GND laufen.The base of the transistor T4 is connected to a feedback channel F. The feedback channel F branches off between two resistors R1, R2, which are connected in series in parallel to the capacitance Cp and run to GND.

Ferner umfasst die Treiberschaltung 1 einen weiteren Schaltungsteil 3, der nach dem ersten Verstärkungsteil 2 eine zusätzliche Verstärkerstufe bildet. Der Schaltungsteil 3 umfasst die Transistoren T7, T8, deren Basen über einen Widerstand R7 mit den Kollektoren der Transistoren T2, T4 verbunden sind. Die Kollektoren der Transistoren T7, T8 sind direkt an dem Versorgungspannungseingang VDD beziehungsweise an dem Grundspannungseingang -VDD angeschlossen. Die Emitter der Transistoren T7, T8 sind über die in Serie geschalteten Widerstände R8, R9 miteinander verbunden. Zwischen den Widerständen R8, R9 wird über den nachgeschalteten Widerstand R10 hin zur Kapazität Cp der Signalausgang VCP abgegriffen.The driver circuit 1 also includes a further circuit part 3, which forms an additional amplifier stage after the first amplification part 2. The circuit part 3 includes the transistors T7, T8, whose bases are connected to the collectors of the transistors T2, T4 via a resistor R7. The collectors of the transistors T7, T8 are connected directly to the supply voltage input VDD or to the base voltage input -VDD. The emitters of the transistors T7, T8 are connected to one another via the resistors R8, R9 connected in series. The signal output VCP is tapped between the resistors R8, R9 via the downstream resistor R10 to the capacitance Cp.

Die Treiberschaltung 1 wird somit, wie oben beschrieben, zum einen mit dem analogen Eingangssignal DAC und der Versorgungsspannung +VDD, zum Beispiel 120 V, sowie der Grundspannung -VDD versorgt.The driver circuit 1 is thus, as described above, supplied with the analog input signal DAC and the supply voltage +VDD, for example 120 V, as well as the base voltage -VDD.

Wie in 2 dargestellt ist der Verstärkerteil 2, umfassend die Transistoren T1.. T6, differenziell zwischen DAC und GND angekoppelt. Die Transistoren T3 und T4 sind nicht invertierende und invertierende Verstärkerteile. Die Lasttransistoren T1 und T2 bilden einen aktiven Stromspiegel und ermöglicht die Umwandlung des kleinen differenziellen Eingangssignals zwischen DAC und GND zu einem sogenannten Single-Ended verstärkten Ausgangssignal VCP.As in 2 The amplifier section 2 is shown, comprising the transistors T1..T6, differentially coupled between DAC and GND. The transistors T3 and T4 are non-inverting and inverting amplifier sections. The load transistors T1 and T2 form an active current mirror and enable the conversion of the small differential input signal between DAC and GND to a so-called single-ended amplified output signal VCP.

Die Transistoren T5 und T6 werden von der Versorgungsspannung +VDD und -VDD kontrolliert, um sie auf eine bestimmte Strommenge basierend auf ihrer jeweiligen Basis-Emitter-Spannung zu senken. Die Transistoren T7 und T8 bilden eine zweite Stufe der Verstärkung im Ausgang. Der Ausgang des Transistors T4 wird durch den Transistor T7 verstärkt, diese Konfiguration wird auch als Common-Emitter-Konfiguration bezeichnet.Transistors T5 and T6 are controlled by the supply voltage +VDD and -VDD to sink them to a certain amount of current based on their respective base-emitter voltage. Transistors T7 and T8 form a second stage of amplification in the output. The output of transistor T4 is amplified by transistor T7, this configuration is also called common emitter configuration.

Über die zwei Widerstände R8 und R9 werden die Transistoren T7 und T8 stabilisiert und damit die Stabilität des Ausgangssignals VCP sichergestellt. Die piezohaptische Last Cp wird über den Widerstand R10 mit dem Ausgangssignal VCP versorgt. Die Widerstände R1 und R2 leiten ein Rückkopplungssignal an den invertierenden Teil des Verstärkers 2 zurück, damit der Verstärker 2 in der sogenannten Follower-Konfiguration angekoppelt ist.The transistors T7 and T8 are stabilized via the two resistors R8 and R9, thus ensuring the stability of the output signal VCP. The piezohaptic load Cp is supplied with the output signal VCP via the resistor R10. The resistors R1 and R2 feed a feedback signal back to the inverting part of the amplifier 2 so that the amplifier 2 is coupled in the so-called follower configuration.

Der Piezo-haptische Aktuator 14 ist zum Beispiel aufgebaut, wie in den Druckschriften US 2019/0 067 552 A1 , US 2019/0 334 077 A1 oder US 2021/0 141 456 A1 beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschriften hinsichtlich des Piezo-haptischen Aktuators 14 wird durch Rückbezug mit aufgenommen.The piezo-haptic actuator 14 is constructed, for example, as described in the publications US 2019/0 067 552 A1 , US 2019/0 334 077 A1 or US 2021/0 141 456 A1 The disclosure content of these publications with regard to the piezo-haptic actuator 14 is incorporated by reference.

Im Übrigen gelten die Ausführungen zu 1 in gleicher Weise für 2, und umgekehrt.In all other respects, the statements on 1 in the same way for 2 , and vice versa.

Die in 2 beispielhaft dargestellte Treiberschaltung 1 lässt sich erweitern, wie in 3 dargestellt ist. Dies ist insbesondere hilfreich, wenn eine größere haptischen Last Cp in Betrieb genommen werden soll.In the 2 The driver circuit 1 shown as an example can be extended as shown in 3 This is particularly useful when a larger haptic load Cp is to be put into operation.

Somit sind mehrere oder auch nur eine Schaltungserweiterungen 4 vorhanden. Die Schaltungserweiterungen 4, gemäß 3 sind drei der Schaltungserweiterungen 4 vorhanden, sind alle an einem ersten Abgriffpunkt A und an einem zweiten Abgriffpunkt B angeschlossen, zusammen mit dem weiteren Schaltungsteil 3. Dabei können das weitere Schaltungsteil 3 und die Schaltungserweiterungen 4 gleich aufgebaut sein. Mit anderen Worten kann das weitere Schaltungsteil 3 vierfach vorhanden sein, wenn die Transistoren T7, T8 und T9, T10 sowie die Widerstände R8, R9 und R11, R12 gleich sind.Thus, several or only one circuit extensions 4 are available. The circuit extensions 4, according to 3 If three of the circuit extensions 4 are present, they are all connected to a first tapping point A and a second tapping point B, together with the additional circuit part 3. The additional circuit part 3 and the circuit extensions 4 can have the same structure. In other words, the additional circuit part 3 can be present four times if the transistors T7, T8 and T9, T10 as well as the resistors R8, R9 and R11, R12 are the same.

Mit den in der folgenden tabellarischen Übersicht genannten Bauteilen und den in den 2 und 3 dargestellten Schaltungen kann als eine Ausführungsform zum Beispiel eine piezoelektrische Last Cp von 1 µF ≤ Cp ≤ 3,6 µF, insbesondere Cp = 3,6 µF, versorgt werden: Bauteil Bezeichnung Typ R1 511 kΩ Widerstand R2 13,3 kΩ Widerstand R3, R4 511 Ω Widerstand R5 2,5 kΩ Widerstand R6 100 kΩ Widerstand R7 10 kΩ Widerstand R8, R11 147 Ω Widerstand R9, R12 46,4 Ω Widerstand T1, T2, T8, T10 FMMT555 pnp-Transistor T3, T4, T5, T6, T7, T9 FCX495 npn-Transistor Cp 6005H090V120 TDK PowerHap 6005 +VDD 120 V Spannung With the components listed in the following table and the 2 and 3 As an embodiment, for example, a piezoelectric load Cp of 1 µF ≤ Cp ≤ 3.6 µF, in particular Cp = 3.6 µF, can be supplied with the circuits shown: Component Designation Type R1 511 kΩ Resistance R2 13.3kΩ Resistance R3, R4 511Ω Resistance R5 2.5kΩ Resistance R6 100kΩ Resistance R7 10kΩ Resistance R8, R11 147Ω Resistance R9, R12 46.4Ω Resistance T1, T2, T8, T10 FMMT555 pnp transistor T3, T4, T5, T6, T7, T9 FCX495 npn transistor Cp 6005H090V120 TDK PowerHap 6005 +VDD 120V Tension

Der Wert des Widerstands R6 bestimmt im Wesentlichen die Stromstärke, sodass über den Widerstand R6 die Stromstärke angepasst werden kann.The value of the resistor R6 essentially determines the current strength, so the current strength can be adjusted via the resistor R6.

Die Werte der Widerstände R1..R5 und R7..R11 können zum Beispiel um bis zu 30 % oder um bis zu 10 % oder um bis zu 3 % von den in der Tabelle angegebenen Werten abweichen.For example, the values of the resistors R1..R5 and R7..R11 may deviate from the values given in the table by up to 30% or up to 10% or up to 3%.

Es ist möglich, dass die oben der Tabelle zu entnehmende Verhältnisse aus den Widerstandswerten für R1/R2 und/oder für R8/R9 und/oder für R11/R12 einzeln oder in Kombination mit einer Toleranz von höchstens 30 % oder von höchstens 10 % oder von höchstens 3 % in Beispielen der Treiberschaltung 1 eingehalten werden.It is possible that the ratios shown in the table above are derived from the resistance values for R1/R2 and/or for R8/R9 and/or for R11/R12 individually or in combination with a tolerance of not more than 30% or not more than 10% or not more than 3% in examples of driver circuit 1.

Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den 1 und 2 in gleicher Weise für 3, und umgekehrt.In all other respects, the statements on the 1 and 2 in the same way for 3 , and vice versa.

Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge aufeinander, insbesondere unmittelbar aufeinander, sofern nichts anderes beschrieben ist. Sich in den Figuren nicht berührende Komponenten weisen bevorzugt einen Abstand zueinander auf. Sofern Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die zugeordneten Flächen bevorzugt ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Außerdem sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben, falls nichts anderes angegeben ist.The components shown in the figures preferably follow one another in the order given, in particular directly one after the other, unless otherwise described. Components that do not touch one another in the figures preferably have a distance from one another. If lines are drawn parallel to one another, the associated surfaces are preferably also aligned parallel to one another. In addition, the relative positions of the drawn components to one another are correctly reproduced in the figures, unless otherwise stated.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
TreiberschaltungDriver circuit
22
VerstärkungsteilReinforcement part
33
weiterer Schaltungsteilfurther circuit part
44
SchaltungserweiterungCircuit extension
1010
AnsteuerungseinheitControl unit
1111
Digital-zu-analog-SteuerschaltungDigital-to-analog control circuit
1212
Puffer-SchaltungBuffer circuit
1414
Piezo-haptischer AktuatorPiezo-haptic actuator
AA
erster Abgriffpunktfirst tap point
BB
zweiter Abgriffpunktsecond tap point
CpCp
Piezo-KapazitätPiezo capacitance
FF
Rückkopplungskanal, Feedback-KanalFeedback channel, feedback channel
TT
Bipolar-TransistorBipolar transistor
RR
elektrischer Widerstandelectrical resistance
GNDGND
Erdanschluss, GrundspannungseingangEarth connection, ground voltage input
VACVAC
analoger Signalspannungseinganganalog signal voltage input
VCPVCP
analoger Signalausganganalog signal output
VDDVDD
VersorgungspannungseingangSupply voltage input

Claims (10)

Analoge Treiberschaltung (1) mit einem Verstärkungsteil (2), wobei der Verstärkungsteil (2) umfasst: - einen Versorgungspannungseingang (VDD), einen analogen Signalspannungseingang (DAC), einen Grundspannungseingang (-VDD, GND) und einen analogen Signalausgang (VCP), - einen ersten Transistor (T1) und einen zweiten Transistor (T2), die an den Versorgungspannungseingang (VDD) angeschlossen sind und deren Basen miteinander verbunden sind, - einen dritten Transistor (T3), der an den ersten Transistor (T1) angeschlossen ist und dessen Basis mit dem Signalspannungseingang (DAC) verbunden ist, - einen vierten Transistor (T4), der an den zweiten Transistor (T2) angeschlossen ist und dessen Basis mit einem Rückkopplungskanal (F) verbunden ist, wobei der vierte Transistor (T4) zum Signalausgang (VCP) führt, und - einen fünften Transistor (T5) und einen sechsten Transistor (T6), die an den Grundspannungseingang (-VDD, GND) angeschlossen sind und deren Basen mit dem Versorgungspannungseingang (VDD) verbunden sind, wobei der sechste Transistor (T6) ferner an den dritten Transistor (T3) und an den vierten Transistor (T4) angeschlossen ist und der fünfte Transistor (T5) ferner über einen Strombegrenzungswiderstand (R6) an den Versorgungspannungseingang (VDD) angeschlossen ist.Analog driver circuit (1) with an amplification part (2), the amplification part (2) comprising: - a supply voltage input (VDD), an analog signal voltage input (DAC), a base voltage input (-VDD, GND) and an analog signal output (VCP), - a first transistor (T1) and a second transistor (T2) which are connected to the supply voltage input (VDD) and whose bases are connected to one another, - a third transistor (T3) which is connected to the first transistor (T1) and whose base is connected to the signal voltage input (DAC), - a fourth transistor (T4) which is connected to the second transistor (T2) and whose base is connected to a feedback channel (F), the fourth transistor (T4) leading to the signal output (VCP), and - a fifth transistor (T5) and a sixth transistor (T6) which are connected to the base voltage input (-VDD, GND) and whose bases are connected to the supply voltage input (VDD), wherein the sixth transistor (T6) is further connected to the third transistor (T3) and to the fourth transistor (T4), and the fifth transistor (T5) is further connected to the supply voltage input (VDD) via a current limiting resistor (R6). Treiberschaltung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend einen weiteren Schaltungsteil (3), der dem Verstärkungsteil (2) nachgeschaltet ist, mit - einem siebten Transistor (T7), dessen Basis mit dem zweiten Transistor (T2) und mit dem vierten Transistor (T4) verbunden ist und der an den Versorgungspannungseingang (VDD) angeschlossen ist, und - einem achten Transistor (T8), dessen Basis ebenso mit dem zweiten Transistor (T2) und mit dem vierten Transistor (T4) verbunden ist und der an den Grundspannungseingang (-VDD, GND) angeschlossen ist, wobei der siebte Transistor (T7) und der achte Transistor (T8) an den Signalausgang (VCP) angeschlossen sind.Driver circuit (1) according to the preceding claim, further comprising a further circuit part (3) which is connected downstream of the amplification part (2), with - a seventh transistor (T7), the base of which is connected to the second transistor (T2) and to the fourth transistor (T4) and which is connected to the supply voltage input (VDD), and - an eighth transistor (T8), the base of which is also connected to the second transistor (T2) and to the fourth transistor (T4) and which is connected to the base voltage input (-VDD, GND), the seventh transistor (T7) and the eighth transistor (T8) being connected to the signal output (VCP). Treiberschaltung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die Basen des siebten Transistors (T7) und des achten Transistors (T8) über einen elektrischen Widerstand (R7) an den vierten Transistor (T4) angeschlossen sind, wobei der siebte Transistor (T7) ein npn-Transistor und der achte Transistor (T8) ein pnp-Transistor ist.Driver circuit (1) according to the preceding claim, in which the bases of the seventh transistor (T7) and the eighth transistor (T8) are connected to the fourth transistor (T4) via an electrical resistor (R7), wherein the seventh transistor (T7) is an npn transistor and the eighth transistor (T8) is a pnp transistor. Treiberschaltung (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens eine Schaltungserweiterung (4), wobei die Schaltungserweiterung (4) wie der weitere Schaltungsteil (3) aufgebaut ist, sodass die mindestens eine Schaltungserweiterung (4) und der weitere Schaltungsteil (3) jeweils an den vierten Transistor (T4) und an den Signalausgang (VCP) angebunden sind.Driver circuit (1) according to one of the two preceding claims, further comprising at least one circuit extension (4), wherein the circuit extension (4) is constructed like the further circuit part (3), so that the at least one circuit extension (4) and the further circuit part (3) are each connected to the fourth transistor (T4) and to the signal output (VCP). Treiberschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Rückkopplungskanal (R) jeweils über einen elektrischen Widerstand (R1, R2) mit dem Signalausgang (VCP) sowie mit einem Erdanschluss (GND) verbunden ist.Driver circuit (1) according to one of the preceding claims, in which the feedback channel (R) is connected to the signal output (VCP) and to a ground connection (GND) via an electrical resistor (R1, R2). Treiberschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Transistor (T1) und der zweite Transistor (T2) jeweils über einen weiteren elektrischen Widerstand (R3, R4) an dem Versorgungspannungseingang (VDD) angeschlossen sind, wobei der fünfte Transistor (T5) und der sechste Transistor (T6) direkt an den Grundspannungseingang (-VDD, GND) angeschlossen sind.Driver circuit (1) according to one of the preceding claims, in which the first transistor (T1) and the second transistor (T2) are each connected to the supply voltage input (VDD) via a further electrical resistor (R3, R4), wherein the fifth transistor (T5) and the sixth transistor (T6) are connected directly to the base voltage input (-VDD, GND). Treiberschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Basen des ersten Transistors (T1) und des zweiten Transistors (T2) über einen zusätzlichen elektrischen Widerstand (R5) an den dritten Transistor (T3) angeschlossen sind.Driver circuit (1) according to one of the preceding claims, in which the bases of the first transistor (T1) and the second transistor (T2) are connected to the third transistor (T3) via an additional electrical resistor (R5). Treiberschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest der Verstärkungsteil (2) frei ist von Transformatoren, Feldeffektransistoren, Induktivitäten und digitalen integrierten Schaltkreisen.Driver circuit (1) according to one of the preceding claims, wherein at least the amplification part (2) is free of transformers, field effect transistors, inductors and digital integrated circuits. Treiberschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Transistor (T1) und der zweite Transistor (T2) je ein pnp-Transistor sind und der dritte Transistor (T3), der vierte Transistor (T4), der fünfte Transistor (T5) sowie der sechste Transistor (T6) jeweils ein npn-Transistor sind, wobei der Versorgungspannungseingang (VDD) für eine Spannung zwischen einschließlich 40 V und 250 V eingerichtet ist und der Signalspannungseingang (DAC) für mindestens eine Spannung zwischen einschließlich -10 V und 10 V eingerichtet ist, wobei der Signalausgang (VCP) für eine Kapazität (Cp) gegen einen Erdanschluss (GND) zwischen einschließlich 0,1 µF und 0,1 mF eingerichtet ist.Driver circuit (1) according to one of the preceding claims, in which the first transistor (T1) and the second transistor (T2) are each a pnp transistor and the third transistor (T3), the fourth transistor (T4), the fifth transistor (T5) and the sixth transistor (T6) are each an npn transistor, wherein the supply voltage input (VDD) is set up for a voltage between 40 V and 250 V inclusive and the signal voltage input (DAC) is set up for at least one voltage between -10 V and 10 V inclusive, where the signal output (VCP) is set up for a capacitance (Cp) against a ground connection (GND) between 0.1 µF and 0.1 mF inclusive. Ansteuerungseinheit (10) mit - einer Digital-zu-analog-Steuerschaltung (11), - einer der Digital-zu-analog-Steuerschaltung (11) nachgeschalteter Puffer-Schaltung (12) zur Impedanzanpassung und/oder Vorverstärkung, - einer der Puffer-Schaltung (12) nachgeschalteten Treiberschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und - einem der Treiberschaltung (1) nachgeschalteten Piezohaptischen Aktuator (14).Control unit (10) with - a digital-to-analog control circuit (11), - a buffer circuit (12) connected downstream of the digital-to-analog control circuit (11) for impedance matching and/or pre-amplification, - a driver circuit (1) according to one of the preceding claims connected downstream of the buffer circuit (12), and - a piezohaptic actuator (14) connected downstream of the driver circuit (1).
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