JP6082076B2 - 可聴アラーム又は音楽を生成する電子デバイス - Google Patents

Description

本発明は、可聴アラーム又は音楽を生成する電子デバイスに関する。該デバイスは、時計等の可搬式電子機器に取り付けられる。このデバイスは、特に、容量型ブザーに接続した少なくとも１つのコイルを含む。

少なくとも１つのブザー、具体的には圧電素子を備える従来の電子システムには、ブザーに連結したコイルが設けられており、ブザー及びコイルの両方は、制御回路に接続する。制御回路は、供給電圧源の２つの端子の間にコイル及びブザーと直列に配置したトランジスタを含むことができる。電子システムがアラーム等の音を生成する動作状態にある場合、パルスがトランジスタのゲート又はベースに印加されてコイル及びブザーにより形成した組立体を励振させる。

一般に、コイル及びブザーにより形成した組立体の共振周波数の関数として制御回路の周波数を調節することが求められる。このことを実現するには、共振周波数を測定する第１の段階を設けなければならない。次に、フィードバック・ループにおいて、機械音生成組立体の応答をサンプリングして制御パルスの周波数を調節できる。この周波数は、必要とする電気エネルギーを制限しながら十分な音量を有する音を生成するために、機械音生成組立体の共振周波数の近くに調節しなければならない。しかし、制御回路にとって、この調節した周波数で永続的に動作することは困難であることに留意されたい。というのは、機械組立体は、経時的にその物理的パラメータの自然な変化を受けることが多いためである。販売後の作業で共振システムを交換することも、元のデバイスの効率を損なうおそれがある。このことは、そのような従来の電子システムの欠点とみなされる。

したがって、本発明の目的は、現況技術の上述した欠点を克服した、可聴アラーム又は音楽を生成する電子デバイスを提供することであり、経時的な共振システムの変化に関わらず、低い供給電圧で高音量のアラーム又は音楽を生成するようにする。

この目的で、本発明は、独立請求項１に記載する特徴を含む、可聴アラーム又は音楽を生成する電子デバイスに関する。

可聴アラーム又は音楽を生成する電子デバイスの特定の実施形態は、従属請求項２から１０のうちいずれか一項で定義する。

可聴アラームを生成する電子デバイスの１つの利点は、正のフィードバック・ループを設けることにあり、この正のフィードバック・ループにおいて、容量型アラーム・デバイス又はブザーにかかる電圧の導関数を測定する。共振効果は、コイル及びブザーにより形成した組立体の共振周波数を計算する必要なく、ブザーの物理的パラメータのあらゆる変動又は変化とは無関係に得られる。

可聴アラーム又は音楽を生成する電子デバイスの目的、利点及び特徴は、図面により示す少なくとも１つの非限定実施形態に基づき、以下の説明でより明らかになるであろう。

本発明による、可聴アラーム又は音楽を生成するデバイスの様々な構成要素の簡略図である。 本発明による、可聴アラーム又は音楽を生成するデバイスの様々な信号の図である。 本発明によるデバイスを動作する間、コンデンサによる第１の近似値としてモデル化した、ブザーの出力信号の変化を示す図である。

以下の説明では、当業者に周知である電子デバイスの全ての電子構成要素は、簡略的にのみ説明する。

図１は、電子デバイス又は電子回路１の一実施形態を示す。電子デバイス１は、電池等の従来の供給電圧源により動力供給される。電子デバイス１は、音又は音楽Ｓｏｕｔを生成する容量型ブザーＣｂに接続した第１のコイル又は誘導子Ｌ１から形成した組立体２を含む。第１のコイルＬ１は、ブザーＣｂの第１の電極に接続する一方で、ブザーＣｂの第２の電極は、スイッチ７によりゼロ電圧又は接地端子に接続できる。

ブザーＣｂは、圧電素子を上に配置する音響メンブレンから形成できることに留意されたい。この圧電素子は、電気的に作動してメンブレンを振動させることができ、こうして音又は音楽を生成する。圧電素子は、一般に、第１の分岐の抵抗器内の第１の電極と第２の電極との間に形成し、誘導子内の第１の電極と第２の電極との間に形成し、第１のコンデンサ内の第１の電極と第２の電極との間に直列に形成し、第２の平行分岐の第２のコンデンサ内の第１の電極と第２の電極との間に形成する。第２のコンデンサは、第１の分岐の他の構成要素よりもはるかに大きさが大きいものであり、第１の近似値として、前記圧電素子をコンデンサＣｂとみなすことが可能である。これらの条件において、本明細書では、メンブレンによる音又は音楽の生成は、コンデンサＣｂの作動により得られるので容量型ブザーと呼ぶ。

フィードバック・ループでは、電子デバイス１は、微分回路３も含み、微分回路３は、第１のコイルＬ１とブザーＣｂとの間の接続ノードに接続する。微分回路３は、ブザーＣｂの第１の電極にかかる信号の導関数を生成するために設ける。微分回路３の出力における微分信号Ｖｄｅｒは、比較器４の第１の入力に供給され、比較器４の第２の入力は、微分回路３の微分信号Ｖｄｅｒと比較するための基準電圧Ｒｅｆを受け取る。好ましくは、比較器４の第１の入力は、正入力である一方で、比較器４の第２の入力は、負入力である。更に、基準電圧Ｒｅｆは、電子デバイスの供給電圧Ｖｄｄの半分、即ちＶｄｄ／２で設定できる。比較器４の出力信号Ｖｃｏｍｐは、第１の誘導子Ｌ１の自由端に供給され、ブザーＣｂによる音又は音楽Ｓｏｕｔの生成を起動する。

基準電圧Ｒｅｆは、供給電圧源Ｖｄｄに直列に接続した第１の抵抗器Ｒｄ１及び第２の抵抗器Ｒｄ２から構成する抵抗分割器によって得ることができ、供給電圧源Ｖｄｄは、電子デバイス１の様々な構成要素に動力供給することに留意されたい。好ましくは、フォロワ増幅器１４も、２つの抵抗器Ｒｄ１及びＲｄ２の接続ノードに接続した正入力、及びフォロワ増幅器１４の出力に接続した、基準電圧Ｒｅｆを供給する負入力を備えることができる。２つの抵抗器が同じ抵抗値を有する場合、Ｖｄｄ／２に等しい基準電圧Ｒｅｆが提供されることになるが、２つの抵抗器は、ブザーＣｂの所望の駆動方式に応じて基準電圧Ｒｅｆを変更するために異なる抵抗値を有することもできる。

本発明の原理によれば、第１の誘導子Ｌ１及びブザーＣｂから構成する組立体２を有するフィードバック・ループは、ブザーのコンデンサＣｂが充電段階にある場合は第１のコイルＬ１を正電圧又は正電圧パルスで駆動するように構成する。反対に、第１のコイルＬ１は、ブザーのコンデンサＣｂが放電段階にある場合はゼロ電圧を受け取る。したがって、比較器４の出力信号Ｖｃｏｍｐは、正電圧パルスを供給するための高い状態、及びゼロ電圧を供給するための低い状態にある。

フィードバック・ループ内の正のフィードバックで発振を生じさせることにある、本発明のこの原理では、ブザー又は可聴アラームのコンデンサＣｂに貯蔵したエネルギーを増大することが可能である。第１のコイルＬ１とコンデンサＣｂとの間の接続ノードにおける発振は、共振周波数に強制的に近付けられる。したがって、ブザーの共振周波数を計算する段階を設けることはもはや必要ない。というのは、コンデンサＣｂにかかる駆動信号は、電子デバイスのライフ・サイクル全体にわたって、各アラーム又はブザーに対して共振効果をもたらすことができるためである。

図１を参照しながら説明する一実施形態によれば、微分回路３は、コンデンサＣｂにかかる信号の導関数を生成するために、微分コンデンサＣ１、抵抗器Ｒ１及び増幅器１３を含む構成を含むことができる。微分コンデンサＣ１の第１の電極は、第１のコイルＬ１とブザーのコンデンサＣｂとの間の接続ノードに接続でき、第２の電極は、増幅器１３の第１の入力に接続する。増幅器１３の第２の入力は、好ましくは接地端子に接続する。微分抵抗器Ｒ１は、増幅器１３の第１の入力と、出力信号Ｖｄｅｒを供給する増幅器１３の出力との間に配置する。増幅器１３の第１の入力は、負入力である一方で、増幅器１３の第２の入力は、正入力である。

微分回路３は、コンデンサＣｂが生成した発振信号のレベル及び振幅を調節する手段（図示せず）を含むこともできる。この発振信号は、好ましくは−１０Ｖから＋１０Ｖの間で変動できる正弦波電圧である。微分回路信号は、原則的に、その電圧が電子デバイス３の供給電圧Ｖｄｄよりも低い信号でなければならない。供給電圧Ｖｄｄは、約１Ｖ程度とすることができる。

比較器４は、ヒステリシス比較器であってもよいことに留意されたい。ヒステリシス比較器は、微分信号Ｖｄｅｒと基準電圧Ｒｅｆとの比較に基づき、第１のコイルＬ１に供給される出力信号Ｖｃｏｍｐの２つの状態を明確に定義でき、基準電圧Ｒｅｆは、Ｖｄｄ／２、又は用途に従って調節した別の電圧とすることができる。

電子デバイス１は、第１のコイル又は誘導子Ｌ１とブザーのコンデンサＣｂとの間の接続ノードに接続した事前充電回路９を含むこともできる。電子デバイス１が動作状態にあるとき、この事前充電回路９はコンデンサＣｂを充電する。最初にコンデンサＣｂを事前充電しておくと、微分回路３がゼロ微分信号Ｖｄｅｒを供給するのを防ぎ、全てのフィードバック・ループ構成要素が、音又は音楽の発生を禁止する定常状態のままでいるのを防止する。

電子デバイス１は、第１のコイル又は誘導子Ｌ１とブザーのコンデンサＣｂとの間の接続ノードに接続した電圧制限器８も含むことができる。コンデンサＣｂにかかり生じる交流電圧の振幅は、メンブレンによって音の生成のために増大されるので、電圧制限器８は、発振を規定の電圧振幅に制限する。電圧制限器は、コンデンサＣｂと平行に組み付けた、規定の遮断電圧を有する２つの逆平行ダイオードとして考案できる。

電子デバイス１は、第２のコイル又は誘導子Ｌ２も組立体２内に含むことができる。この第２のコイルＬ２は、スイッチ７によりブザーのコンデンサＣｂの第２の電極に接続する。第２のコイルＬ２のもう一方の端部は、ＤＳＰ論理ユニット６に接続する。このＤＳＰ論理ユニット６は、制御ユニット５により制御されるマルチプレクサ１０により第１のコイルＬ１の自由端にも接続できる。

ＤＳＰ論理ユニット６並びに第１のコイルＬ１及び第２のコイルＬ２は、例えば音楽を生成するように構成する。したがって、デジタル・オーディオ信号は、ＤＳＰ論理ユニット６内で生成できる。ＤＳＰ論理ユニットは、シグマ−デルタ回路内に配置したＦＩＲデジタル・フィルタも含まなくてはならず、このシグマ−デルタ回路には、信号をデジタル・フィルタリングしてブザーＣｂ内で音楽又はメロディを生成する２つのコイルＬ１及びＬ２を必要とする。

電子デバイス１の制御ユニット５は、信号Ｅｎによりデバイスの様々な構成要素を可能にし、アラーム等の可聴警告の生成又は音楽若しくはメロディの生成を選択するために使用できる。可聴アラーム又は音楽を生成するために、選択信号Ｓｅｌは、マルチプレクサ１０及びスイッチ７を制御する。可聴アラームを選択信号Ｓｅｌの第１の状態で生成するには、第１のコイルＬ１は、比較器４の出力に接続し、コンデンサＣｂの第２の電極は、接地に接続する。メロディを選択信号Ｓｅｌの第２の状態で生成するには、第１のコイルをＤＳＰ論理ユニット６に接続し、コンデンサＣｂの第２の電極を第２のコイルＬ２に接続し、第２のコイルＬ２は、ＤＳＰ論理ユニット６にも接続する。

上記のように、事前充電回路９は、可聴アラームを自動的に増幅させて生成するために、コンデンサＣｂを充電してフィードバック・ループを作動させなければならない。当然ながら、フィードバック・ループ初期化段階が完了するとすぐに、事前充電回路９は切断できる。可聴アラームの生成に必要な構成要素のみ、又は音楽若しくはメロディの生成に必要な構成要素のみを制御ユニット５の命令に基づき作動するということも提供できる。しかし、本発明及び、図１を参照して提示する電子デバイス１の構成によれば、ブザーのコンデンサＣｂ内に貯蔵したエネルギーの増幅又は増大は、可聴アラームの生成時にのみ生じる。この特定のケースにおいて、相補的なＤＣ−ＤＣ回路又はチャージ・ポンプ回路を使用せずに、高音量アラームを得ることができる。

第１のコイルＬ１及び第２のコイルＬ２並びにブザーのコンデンサＣｂは、上記した電子デバイス１の他の部品と容易に統合できない構成要素であることに留意されたい。非限定的な例として、第１の誘導子Ｌ１及び第２の誘導子Ｌ２は、１００μＨ程度の誘導値を有することができ、コンデンサＣｂの静電容量は、１０μＦ程度の値とすることができる。このことにより、可聴範囲内の約５ｋＨｚの共振周波数を発生させることが可能になる。微分回路３では、抵抗器Ｒ１は、１０ＭＯｈｍ程度の抵抗値を有することができ、微分コンデンサＣ１の静電容量は、１０ｐＦ程度の値とすることができる。したがって、これら２つの構成要素は、電子デバイス１の他の部品と統合できる。

可聴アラームを生成するケースにおいて、図２は、フィードバック・ループ内の様々な信号を示す。図２は、まず、正弦波電圧ＶＣｂである、コンデンサＣｂにかかる発振信号を示す。コンデンサＣｂにかかるこの発振信号をそのＡＣ成分により表す。図２は、正弦波電圧Ｖｄｅｒであるが電圧ＶＣｂから９０°位相がずれた、微分回路出力における微分信号Ｖｄｅｒ、及び第１の誘導子を制御するパルス電圧Ｖｃｏｍｐである比較器出力信号も示す。

本発明によれば、パルス電圧Ｖｃｏｍｐは、コンデンサＣｂがパルス電圧Ｖｃｏｍｐの期間の間増大するＶＣｂで充電された場合、正電圧であることに留意されたい。しかし、コンデンサＣｂを放電する間、電圧ＶＣｂは、ゼロ電圧Ｖｃｏｍｐと共に減少し、このことが望ましい。したがって、コンデンサＣｂにかかる電圧の自動的な増加は、可聴アラーム生成デバイスが作動するとすぐに、共振周波数を調節する必要がなく生じる。

図２に示す信号に応じて、微分信号Ｖｄｅｒは、有利には供給電圧Ｖｄｄの半分に対応する電圧である、比較器内の基準電圧と比較する。このことにより、ブザーのコンデンサＣｂの充電全体を通して、比較器Ｖｃｏｍｐの出力で正電圧パルスを供給することが可能になる。にもかかわらず、低い正電圧であれば、本発明によるフィードバック・ループのために、ブザーにより生じる音を増幅させることが可能である。

図３は、コンデンサＣｂにかかる信号の変化を単純に示し、経時的に正弦波電圧が増大することを示す。電圧制限器の影響は、図３に示さない。理想的な状況では、コンデンサＣｂにかかる発振の振幅は、最大数キロボルトまで増大できる。しかし、第１のコイル及びブザーに内部抵抗器を用いる通常のケースでは、電圧の最大振幅は、約１０ボルトであり、これにより、電子デバイスの多数の構成要素を統合可能にする。

上記で示してきた説明より、特許請求の範囲により定義した本発明の範囲から逸脱することなく、電子デバイスのいくつかの変形実施形態を当業者は考案できる。音楽を生成する電子デバイス内への同様のフィードバック・ループの作製を想定することが可能である。電圧制限器に対する電圧制限は、制御ユニットを使用して調節できる。電子デバイスは、作動後、設定した時間期間の後に無効化できる。

１ 電子デバイス
３ 微分回路
４ 比較器
５ 制御ユニット
６ 論理ユニット
８ 電圧制限器回路
１０ マルチプレクサ
１３ 増幅器

Claims (10)

1. 少なくとも第１のコイル（Ｌ１）及びブザーを含み、前記ブザーは、前記第１のコイル（Ｌ１）と直列に接続した少なくとも１つのコンデンサ（Ｃｂ）を含む電子デバイスであって、前記電子デバイスを作動すると可聴アラーム又は音楽を生成する、可聴アラーム又は音楽を生成する電子デバイス（１）であって、
   前記電子デバイス（１）は、前記コンデンサ（Ｃｂ）からの信号の導関数を生成するために、前記第１のコイル（Ｌ１）と前記ブザーの前記コンデンサ（Ｃｂ）との間の接続ノードに接続した微分回路（３）、及び前記微分回路（３）の微分信号（Ｖｄｅｒ）と基準電圧（Ｒｅｆ）とを比較する比較器（４）をフィードバック・ループ内に含み、前記比較器は、出力信号（Ｖｃｏｍｐ）を前記第１のコイル（Ｌ１）に供給して前記コンデンサ（Ｃｂ）にかかる前記信号を増幅し、少なくとも１つの可聴アラームを生成するようにすることを特徴とする、電子デバイス。
2. 前記比較器（４）は、前記微分信号（Ｖｄｅｒ）を受け入れる第１の正入力、及び前記基準電圧（Ｒｅｆ）を受け入れる第２の負入力を含み、前記コンデンサ（Ｃｂ）が充電段階にあるときは出力信号（Ｖｃｏｍｐ）を高い状態、即ち正電圧で前記第１のコイル（Ｌ１）に供給するようにし、前記コンデンサ（Ｃｂ）が放電段階にあるときは低い状態、即ちゼロ電圧で出力信号（Ｖｃｏｍｐ）を前記第１のコイル（Ｌ１）に供給するようにすることを特徴とする、請求項１に記載の電子デバイス（１）。
3. 前記比較器（４）の前記第２の負入力は、前記コンデンサ（Ｃｂ）の前記充電段階全体を通して出力信号を高い状態で前記第１のコイル（Ｌ１）に供給するために、供給電圧（Ｖｄｄ）の半分に等しい電圧として定義した基準電圧を受け取ることを特徴とする、請求項２に記載の電子デバイス（１）。
4. 前記比較器（４）はヒステリシス比較器であることを特徴とする、請求項２に記載の電子デバイス。
5. 前記微分回路（３）は、微分コンデンサ（Ｃ１）及び抵抗器（Ｒ１）を含み、前記微分コンデンサ（Ｃ１）は、一方を前記第１のコイル（Ｌ１）と前記ブザーの前記コンデンサ（Ｃｂ）との間の前記接続ノードに接続し、他方を増幅器（１３）の第１の負入力に接続し、前記増幅器の第２の正入力は、ゼロ電圧又は接地端子に接続し、前記抵抗器（Ｒ１）は、前記第１の負入力と、前記微分信号（Ｖｄｅｒ）を供給する前記増幅器（１３）の出力との間に接続することを特徴とする、請求項１に記載の電子デバイス（１）。
6. 前記電子デバイスは、前記電子デバイスを作動したときに前記コンデンサ（Ｃｂ）を事前充電するために、前記第１のコイル（Ｌ１）と前記コンデンサ（Ｃｂ）との間の前記接続ノードに接続した事前充電回路（９）を含むことを特徴とする、請求項１から５のうちいずれか一項に記載の電子デバイス（１）。
7. 前記電子デバイス（１）は、前記コンデンサ（Ｃｂ）にかかる発振信号の振幅を制限するために、前記第１のコイル（Ｌ１）と前記コンデンサ（Ｃｂ）との間の前記接続ノードに接続した電圧制限器回路（８）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電子デバイス（１）。
8. 前記コンデンサ（Ｃｂ）は、前記第１のコイル（Ｌ１）に接続した第１の電極、及びスイッチ（７）によりゼロ電圧又は接地端子に接続した第２の電極を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電子デバイス（１）。
9. 前記電子デバイス（１）は、前記スイッチ（７）により前記コンデンサ（Ｃｂ）の前記第２の電極に接続した第２のコイル（Ｌ２）を含み、
   前記スイッチ（７）は、前記コンデンサ（Ｃｂ）の前記第２の電極を前記接地端子又は前記第２のコイル（Ｌ２）に接続するために制御ユニット（５）により制御されるものであることを特徴とする、請求項８に記載の電子デバイス（１）。
10. 前記第２のコイル（Ｌ２）のもう一方の端部は、論理ユニット（６）に接続し、前記論理ユニット（６）は、前記制御ユニット（５）によって制御されるマルチプレクサ（１０）により前記第１のコイル（Ｌ１）にも接続し、前記比較器（４）の前記出力信号（Ｖｃｏｍｐ）は、やはり前記マルチプレクサ（１０）により前記第１のコイル（Ｌ１）に供給され、前記マルチプレクサ（１０）は、前記制御ユニット（５）の選択信号（Ｓｅｌ）によって制御されるものであり、前記選択信号（Ｓｅｌ）の第１の状態において、前記第１のコイル（Ｌ１）を前記比較器（４）の前記出力信号（Ｖｃｏｍｐ）に接続し、前記コンデンサ（Ｃｂ）の前記第２の電極を前記接地端子に接続し、前記選択信号（Ｓｅｌ）の第２の状態において、前記第１のコイル（Ｌ１）を前記論理ユニット（６）に接続し、前記コンデンサ（Ｃｂ）の前記第２の電極を前記第２のコイル（Ｌ２）に接続することを特徴とする、請求項９に記載の電子デバイス（１）。

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