KR102511129B1 - 피에조 일렉트릭 햅틱 피드백의 제로-파워 웨이크-업 감지 회로 - Google Patents
피에조 일렉트릭 햅틱 피드백의 제로-파워 웨이크-업 감지 회로 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102511129B1 KR102511129B1 KR1020190114411A KR20190114411A KR102511129B1 KR 102511129 B1 KR102511129 B1 KR 102511129B1 KR 1020190114411 A KR1020190114411 A KR 1020190114411A KR 20190114411 A KR20190114411 A KR 20190114411A KR 102511129 B1 KR102511129 B1 KR 102511129B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- voltage
- terminal
- signal
- transistor
- piezoelectric actuator
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 49
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 30
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 15
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 4
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 abstract description 5
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- YBIDYTOJOXKBLO-USLOAXSXSA-N (4-nitrophenyl)methyl (5r,6s)-6-[(1r)-1-hydroxyethyl]-3,7-dioxo-1-azabicyclo[3.2.0]heptane-2-carboxylate Chemical compound C([C@@H]1[C@H](C(N11)=O)[C@H](O)C)C(=O)C1C(=O)OCC1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 YBIDYTOJOXKBLO-USLOAXSXSA-N 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
- B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
- B06B1/0651—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element of circular shape
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
- H03K17/96—Touch switches
- H03K17/962—Capacitive touch switches
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
- H03K17/96—Touch switches
- H03K17/964—Piezoelectric touch switches
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/302—Sensors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
- H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
- H03K2217/94042—Means for reducing energy consumption
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
- H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
- H03K2217/96—Touch switches
- H03K2217/96062—Touch switches with tactile or haptic feedback
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- User Interface Of Digital Computer (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
압전 소자는 센서와 액츄에이터의 역할을 하는데 사용될 수 있는 단일 소자, 즉 압전 액츄에이터가 사용될 수 있기 때문에 감지 및 작동(actuating)이 모두 필요한 시스템에 적합하다. 작동 및 감지 기능을 결합한 기존 시스템에서, 상기 센서를 판독하기 위해서는 능동 회로가 필요하며, 그 회로는 수 마이크로 암페어에서 수 밀리 암페어까지의 정적 및/또는 동적 전류를 필요로 한다. 하루에 몇 번씩 버튼을 사용하는 시스템에서 전류에 대한 이러한 요구 사항으로 인해 상당한 전력 낭비가 발생한다. 따라서, 압전 액츄에이터에 가해지는 힘이 없을 때 전력을 소비하지 않지만 압전 액츄에이터에 가해지는 압력을 검출할 수 있고, 작동(actuating) 회로에 파워-업 신호를 생성하고, 지연 시간이 짧은 햅틱 피드백을 개시할 수 있는 웨이크-업 회로가 제공된다.
Description
본 발명은 웨이크-업 회로(wake-up circuit)에 관한 것으로, 특히 피에조 일렉트릭 액추에이터를 포함하는 햅틱 피드백 시스템에 사용하기 위한 웨이크-업 회로에 관한 것이다.
압전 효과(piezoelectric effect)는 가역적 공정으로서, 압전 재료에 힘이 가해지면 전하가 발생하고, 압전 재료(piezoelectric material)에 전하가 가해지면 힘이 발생한다. 전하는 전류 또는 전압으로 측정될 수 있으며, 상기 재료에 가해지는 기계적 변형을 측정하는 좋은 방법을 제공한다. 적용 예는 압전 재료를 사용하여 기계식 스위치를 교체하는 것이다. 따라서, 사용자가 압전 재료를 포함하는 버튼을 누를 때, 전압/전류가 발생하여, 이 전압/전류의 변화가 전자 장치에 의해 검출될 수 있고, 이는 사용자가 버튼을 눌렀음을 시스템에 통지한다.
역 압전 효과는 반대 결과를 갖는다. 압전 재료에 전압을 인가할 때, 상기 압전 재료에서 기계적 변형이 발생한다. 상기 변형은 응용에 따라 압전 재료의 힘 및/또는 변위를 생성할 것이다. 예시적인 응용은 햅틱 액추에이터(haptic actuator)에 있으며, 여기에서 사용자에게 감각 피드백을 제공하기 위한 센세이션(sensation), 즉 바이브레이션을 생성하는 것이 바람직하다. 상기 장치는 원하는 감각을 생성하기 위해 햅틱 액추에이터에 전압 파형(voltage waveform)을 적용할 것이다. 일반적으로, 유용한 움직임 또는 힘을 얻기 위해서는, 식별 가능한 센세이션을 생성하기 위해 수십 내지 수백 볼트가 압 액추에이터(piezo actuator)에 적용될 필요가 있다.
센싱 및 액추에이팅(actuating)이 모두 필요한 시스템의 경우, 압전 액추에이터는 시스템이 센서 및 액추에이터로서 작용하는 단일 요소, 즉 압전 액추에이터를 사용할 수 있기 때문에 매력적이다. 상기 이중 기능 요소는 시스템에 명령을 제공하기 위해 센싱이 필요한 기계식 버튼 교체와 같은 응용을 가능하게 하며, 시스템에 대한 자연스러운 사용자 인터페이스를 제공하기 위해 햅틱 피드백이 필요하다.
불행하게도, 액추에이팅 및 센싱 기능을 간단한 시스템에 결합하려고 할 때 문제가 발생한다. 먼저, 사용자가 액추에이터를 눌렀을 때의 입력 신호는 단일 숫자 볼트, 예를 들어 1V 내지 10V로만 제한될 수 있으나, 양호한 햅틱 감각(sensation)을 생성하기 위해 요구되는 전압은 수십 내지 수백 볼트일 수 있다. 이는 두 가지 과제를 안고 있다: 1) 센싱 전자 장치는 예를 들어, 고전압 신호, 예를 들어 안전하게 100V 이상을 수용할 수 있어야 하고; 2) 단지 1V의 진폭을 갖는 신호를 검출하기 위해 충분히 민감해야 한다. 따라서 많은 감지 프론트-엔드(front-end) 전자 장치는 전압을 축소하여 예를 들어 ADC 또는 다른 유사한 수단으로 전압을 읽을 수 있는 저항 경로를 가지고 있다. 그러나 상기 저항 경로는 압전 액추에이터를 지속적으로 방전시키고 신호 진폭을 줄임으로써 시스템의 감도를 낮춘다. 두 번째 문제는 센서를 판독하기 위해 능동 회로가 필요하고, 이 회로는 작동하기 위해 수 마이크로 암페어에서 수 밀리 암페어까지의 정적 전류 및/또는 동적 전류가 필요하다는 것이다. 버튼을 하루에 몇 번 사용하는 시스템에서, 초과 전류에 대한 이러한 요구는 상당한 양의 낭비 전력을 초래한다.
본 발명의 목적은 압력을 가하지 않을 때 전력을 소비하지 않지만, 압전 액추에이터에 가해지는 압력을 감지할 수 있고, 액추에이팅 회로에 파워-업 신호를 생성하며, 낮은 대기 시간으로 햅틱 피드백을 개시할 수 있는 웨이크-업 회로를 제공함으로써 종래 기술의 단점을 극복하는 것이다.
따라서, 본 발명은 다음을 포함하는 압전 회로(piezoelectric circuit)에 관한 것이다:
힘인가(force application)에 응답하여 감지 신호를 생성하고, 햅틱 전압 신호에 응답하여 햅틱 응답을 생성하기 위한 압전 액추에이터(piezoelectric actuator);
웨이크-업 신호에 응답하여 햅틱 전압 신호를 생성하기 위한 드라이버 회로(driver circuit);
상기 압전 액추에이터에 힘이 가해지지 않을 때 전력을 소비하지 않는 웨이크-업 회로(wakeup circuit)는
- 상기 압전 액추에이터에 연결된 커패시터(capacitor);
- 상기 감지 신호를 수신하기 위해 상기 커패시터를 통해 상기 압전 액추에이터에 용량성(capacitively) 결합된 제1단자, 전압원(voltage source)에 연결된 제2단자 및 접지(ground)에 연결된 제3단자를 포함하는 트랜지스터(transistor)-상기 트랜지스터는 상기 감지 신호가 유효할 때 전도됨-; 및
- 상기 트랜지스터가 전도될 때 상기 웨이크-업 신호를 상기 드라이버 회로에 제공하기 위해 상기 제2단자에 연결된 출력(output)을 포함하고;및
상기 커패시터와 상기 제1단자 사이에 접지로의 경로를 제공하는 스위치를 포함하는 피드백(feedback);을 포함하고,
여기서 상기 스위치는 상기 트랜지스터가 햅틱 전압 신호 또는 상기 트랜지스터를 손상시키기에 충분히 높은 임의의 전압 신호로부터 트랜지스터를 보호할 때 폐쇄된다.
본 발명의 다른 양태는 다음을 포함하는 압전 회로에 관한 것이다:
힘인가(force application)에 응답하여 감지 신호를 생성하고, 햅틱 전압 신호에 응답하여 햅틱 응답을 생성하기 위한 압전 액추에이터(piezoelectric actuator);
상기 햅틱 전압 신호를 생성하기 위한 드라이버 회로(driver circuit);
- 상기 압전 액추에이터에 연결된 커패시터(capacitor);
- 상기 감지 신호를 수신하기 위해 상기 커패시터를 통해 상기 압전 액추에이터에 용량성(capacitively) 결합된 제1단자, 전압원(voltage source)에 연결된 제2단자 및 접지(ground)에 연결된 제3단자를 포함하는 트랜지스터(transistor)- 상기 트랜지스터는 상기 감지 신호가 제1임계 전압 이상일 때 전도됨-; 및
- 상기 제2단자에 연결된 출력(output)을 포함하는 웨이크-업 회로(wakeup circuit);및
상기 커패시터와 상기 제1단자 사이에 접지로의 경로를 제공하는 스위치를 포함하는 피드백 루프(feedback loop);및,
상기 출력에 연결되고, 상기 감지 신호가 유효한 시기를 결정하고, 상기 트랜지스터가 전도될 때 상기 드라이버 회로에 웨이크-업 신호를 제공하고, 상기 커패시터와 상기 제1단자 사이의 접지에 대한 경로를 제공하기 위해 스위치를 폐쇄할 수 있고, 따라서 상기 압전 액추에이터와 제1단자 사이의 용량성 결합을 불가능하게 하고, 상기 힘인가에 응답하여 햅틱 응답을 제공하는 상기 압전 액추에이터에 상기 햅틱 전압 신호를 전송하기 위하여 상기 드라이버 회로를 활성화할 수 있는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU).
본 발명의 다른 특징은 다음을 포함하는 압전 회로에 관한 것이다:
힘인가(force application)에 응답하여 감지 신호를 생성하고, 햅틱 전압 신호에 응답하여 햅틱 응답을 생성하기 위한 압전 액추에이터(piezoelectric actuator);
햅틱 전압 신호를 생성하기 위한 드라이버 회로(driver circuit);
- 상기 압전 액추에이터에 연결된 커패시터(capacitor);
- 상기 감지 신호를 수신하기 위해 상기 커패시터를 통해 상기 압전 액추에이터에 용량성(capacitively) 결합된 제1단자, 전압원(voltage source)에 연결된 제2단자 및 접지(ground)에 연결된 제3단자를 포함하는 트랜지스터(transistor)-상기 트랜지스터는 상기 감지 신호가 제1임계 전압 이상일 때 전도됨-; 및
- 상기 트랜지스터가 전도될 때 상기 웨이크-업 신호를 상기 드라이버 회로에 제공하기 위해 상기 제2단자에 연결된 출력(output);및
- 제1단자와 제1단자에서의 전압이 미리 정해진 양을 초과하는 것을 방지할 수 있는 기준 전압 사이에 연결된 클램핑 다이오드(clamping diode).
본 발명은 바람직한 실시 예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 햅틱 피드백 회로의 개략도이다.
도 2는 도 1의 장치의 웨이크-업 회로의 개략도이다.
도 3은 도 1의 장치의 웨이크-업 회로의 대안적인 실시 예의 개략도이다.
도 4는 햅틱 피드백 회로를 위한 웨이크-업 회로의 대안적인 실시 예의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예의 터치 감지 신호, 웨이크-업 펄스 및 햅틱 피드백 준비 펄스를 나타내는 시간 대 전압의 플롯이다.
도 6은 본 발명에 따른 방법의 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 햅틱 피드백 회로의 개략도이다.
도 2는 도 1의 장치의 웨이크-업 회로의 개략도이다.
도 3은 도 1의 장치의 웨이크-업 회로의 대안적인 실시 예의 개략도이다.
도 4는 햅틱 피드백 회로를 위한 웨이크-업 회로의 대안적인 실시 예의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예의 터치 감지 신호, 웨이크-업 펄스 및 햅틱 피드백 준비 펄스를 나타내는 시간 대 전압의 플롯이다.
도 6은 본 발명에 따른 방법의 흐름도이다.
본 교시는 다양한 실시 예 및 예와 함께 설명되지만, 본 교시는 그러한 실시 예로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 반대로, 본 교시는 당업자가 이해할 수 있는 다양한 대안 및 등가물을 포함한다.
압전 액추에이터 회로(piezoelectric actuator circuit)는 이상적으로 다음의 특징을 포함한다:
1) 센서와 액추에이터로 작동하는 단일 피에조 소자;
2) 상기 압전 액추에이터에 압력이 가해지지 않을 때, 즉 누설 전류를 제외하고 정적 또는 동적 전력이 없을 때 제로 전력 소비, 이에 의하여 웨이크-업 회로는 인가된 압력에 대한 압전 액추에이터를 연속적으로 감지할 수 있음;
3) 예를 들어 30ms 미만, 바람직하게는 10ms 미만, 더욱 바람직하게는 1ms 미만의 낮은 대기 시간, 파워-업에서 파형 생성 준비(waveform generation ready)까지의 액추에이팅 회로;및
4) 용량성 커플링과 높은 입력 임피던스를 갖는 웨이크-업 회로: i) 저항 분배기보다 낮은 주파수 (신호 진폭 및 주파수)에서 향상된 감도; 및 ii) 고전압 신호와 저전압 전자 기기 사이의 안전한 인터페이스.
도 1을 참조하면, 본 발명의 압전 장치(piezoelectric device)(1)는 압전 액추에이터(2), 상기 압전 액추에이터(2)를 감지하고 작동시킬 수 있는 압전 드라이버 집적 회로(3) 및 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)(4)을 포함할 수 있다. 상기 압전 액추에이터(2)의 압전 재료는 다음과 같은 임의의 적절한 재료로 구성될 수 있다: 자연적으로 발생된 결정, 예를 들어 석영(quartz), 합성 결정, 예를 들어 랑가사이트(langasite) 및 리튬 니오바이트(lithium niobite) 또는 합성 세라믹, 예를 들어 티탄산바륨(barium titanate), 티탄산납(lead titanate) 및 티탄산지르코네이트(zirconate titanate; PZT).
상기 압전 드라이버 집적 회로(3)는 상기 압전 액추에이터(2)의 압력을 소정의 임계값 이상으로 검출하기 위한 웨이크-업 회로(11), 유효성 검사를 위해 상기 압전 신호를 웨이크-업 후 정확하게 감지하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)(13), 유효한 압력 활성화에 응답하여 센세이션을 발생시키기 위해 햅틱 전압 신호를 상기 압전 액추에이터(2)에 전송하기 위한 드라이버 회로(12)를 포함한다.
MCU(4)는 압전 액추에이터(2)에서 발생하는 이벤트를 상기 압전 드라이버 집적 회로(3)와 상기 MCU(4) 사이로 연장되는 인터럽트 라인(14)을 통해 웨이크-업 회로(11)에 의해 통지받을 수 있다. 상기 압전 드라이버 집적 회로(3)와 상기 MCU(4) 사이에서 연장되는 데이터 연결(16)은 양방향으로 사용될 수 있어서, 상기 MCU(4)가 상기 압전 드라이버 집적 회로(3)로 및 상기 압전 드라이버 집적 회로(3)로부터 신호를 수신하고 명령을 송신할 수 있게 한다. 상기 압전 드라이버 집적 회로(3) 및 상기 MCU(4)는 원하는 경우 단일 집적 회로(single integrated circuit) 상에 제공될 수 있다.
도 2를 참조하면, 웨이크-업 회로(11)는 임의의 적절한 트랜지스터(m1) 예를 들어 제1, 제2 및 제3단자(21, 22 및 23) 예를 들어 게이트, 드레인 및 소스를 포함하는 NMOS 트랜지스터를 포함하는 공통 소스 회로를 포함할 수 있다. 상기 압전 액추에이터(2)는 고전압 커패시터(c1), 이상적으로 저항이 없는 단지 상기 커패시터(c1)를 통해 제1단자(21)에 AC 결합될 수 있다. 고전압 커패시터는 두 단자 사이에 예상되는 최대 신호, 예를 들어 상기 햅틱 전압 신호와 동일하거나 그 이상의 항복 전압(breakdown voltage)을 갖는 커패시터일 수 있다. 예를 들어, 100V 압전 드라이버 집적 회로(3)에서는 적어도 100V의 전압 정격(voltage rating)을 갖는 고전압 커패시터가 필요하다. 상기 압전 드라이버 집적 회로(3)가 20V 신호용으로 만들어진 경우 커패시터 항복 전압은 적어도 20V이어야 한다.
대안적인 실시 예에서 저항기 대신에 커플링 커패시터(c1)의 사용은 상기 압전 액추에이터(2)가 임의의 dc 전압으로 바이어스될 수 있게 하며, 예를 들어 상기 압전 액추에이터(2)는 상기 압전 드라이버 집적 회로(3)의 공급 전압, 예를 들어 1V 내지 5V의 VC로 바이어스될 수 있다. 또한, 상기 커패시터(c1)는 큰 DC 임피던스를 갖기 때문에, 상기 압전 액추에이터(2)에 의해 생성된 전하는 액추에이션 활동 동안 축적되어 강한 입력 신호를 형성한다. 약 10Hz의 일반적인 감지 신호 주파수의 경우, 커패시터(c1)는 1:1에 가까운 비율로 웨이크-업 전압 신호를 전달하고, 이로써 1V 웨이크-업 전압 신호조차도 상기 트랜지스터(m1)의 트랜지스터 임계 전압을 임계값으로 사용하여 웨이크-업 회로(11)를 트리거하기에 충분할 것이다. 그러나 상기 커패시터(c1)는 큰 햅틱 신호 전압에서 m1의 게이트 전압을 증가시키고 트랜지스터(m1)를 파괴할 수 있다. 따라서, 트랜지스터(m1)를 고전압으로부터 보호하기 위해, 트랜지스터(m1)의 게이트 전압이 허용 가능한 한계 내로 즉, 상기 햅틱 전압 신호 또는 너무 높은 감지 전압 신호와 같이 상기 트랜지스터(m1)를 손상시키는 전압 이하로 유지되도록 예를 들어 다이오드(d1, d2) 및/또는 스위치(30)를 포함하는 지연 피드백 시스템(27)을 포함하는 보호 회로가 제공될 수 있다. 상기 지연 피드백 시스템(27)은 제2터미널(22)과 제1터미널(21) 사이 또는 MCU(4)와 제1터미널(21) 사이에서 연장될 수 있다.
상기 전압 소스 VC, 예를 들어 1V 내지 5V의 압전 드라이버 집적 회로(3)의 전원은 부하 저항(r1) 또는 다른 적절한 풀업(pull-up) 회로를 통해 제2단자(22)에 연결된다. 상기 인터럽트(interrupt)(14)를 통해 상기 드라이버 회로(12) 및 상기 MCU(4) 중 하나 또는 둘 다와 연결하기 위해 출력(26)이 또한 제2단자(22)에 연결된다.
상기 제1단자(21), 예를 들어 상기 트랜지스터(m1)의 게이트는 지연 피드백 시스템(27)에 의해 고전압으로부터 보호되어 접촉력을 시그널링 후 또는 상기 드라이버 회로(12)에 의해 고전압 파형이 상기 압전 액추에이터(2)에 인가되어 햅틱 센세이션을 발생시키는 경우 제1단자(21)를 낮게 유지한다. 상기 지연 피드백 시스템(27)은 지연 회로(28) 및 스위치(30)를 포함할 수 있다.
상기 지연 회로(28)의 목적은 상기 지연 피드백 시스템(27)이 웨이크-업 신호를 시작하고 제거하기 전, 즉 상기 스위치(30)를 통해 제1단자(21)를 접지로 끌어당기기 전에 출력(26)에서의 웨이크-업 신호가 상기 MCU(4) 또는 다른 논리 회로에 의해 캡쳐될 수 있는 지속 시간을 갖도록 충분한 시간 경과를 보장하는 것이다. 상기 지연 회로(28)의 값은 웨이크-업 회로(11)의 특성, 예를 들어 커패시터(c1)의 커패시턴스 및 m1 및 다이오드 d1 및 d2의 항복 전압에 기초하여 조정될 수 있다. 상기 지연 회로(28)의 값은 1μs 내지 100 ms의 범위일 수 있고; 그러나 일부 시스템은 응용에 특정한 조건, 예를 들어 압전 액추에이터(2) 및 MCU(4)의 유형 또는 구현에 사용되는 맞춤형 로직으로 인하여 더 짧은, 예를 들어 1ηs 내지 1μs, 또는 이상, 예를 들어 >100ms, 지연이 필요할 수도 있다.
상기 압전 액추에이터(2)에 압력이 가해지지 않을 때 상기 트랜지스터(m1)를 '오프' 상태로 유지하면서, 상기 트랜지스터(m1)의 제1단자(21)는 기준 전압(v1)으로 바이어스될 수 있다. 상기 압전 액추에이터(2)에 힘이 가해지지 않을 때 상기 트랜지스터(m1)를 '오프' 상태로 유지하면서, 상기 제1단자(21)는 낮은 기준 전압 V1(0-0.5V), 즉 트랜지스터(m1)의 임계 전압 Vt(0.6-0.7V) 미만으로 유지될 수 있다.
초기에, 상기 압전 액추에이터(2)에 압력이 없을 때, 상기 MCU(4)로부터 스위치(30)로의 선택적인 인에이블 신호(enable signal)는 낮다. 즉, 상기 스위치(30)는 닫히거나 ON이며, 상기 트랜지스터(m1)의 제1단자(21)는 접지로 풀다운 된다. 상기 트랜지스터(m1)는 "오프"이며, 입력/출력(26)에서의 출력을 높은 레벨, 예를 들어 VC로 설정한다.
상기 웨이크-업 회로(11)는 또한 MCU(4)에 의해 활성화될 수 있고, 인에이블 신호를 스위치(30)를 높은 개방으로 설정함으로써 제1단자(21)는 접지로부터 분리된다. 사용자가 상기 압전 액추에이터(2)에 압력을 가할 때, 200 내지 400ms 동안 전형적으로 1 내지 5V의 전압 신호가 상기 압전 액추에이터(2)에 의해 생성된다. 상기 압전 액추에이터(2)로부터의 상기 전압은 커패시터(c1)를 통해 트랜지스터(m1)의 제1단자(21)에 연결된다. 상기 제1단자(21)의 노드의 높은 임피던스는 상기 트랜지스터(m1)에 대해 결합된 전압 신호를 최대화한다. 상기 결합된 전압 신호가 미리 정의된 임계 전압 Vt, 예를 들어 약 0.7V를 교차할 때, 상기 트랜지스터(m1)는 'ON'이 되어 상기 출력(26)에서 상기 출력을 로우 레벨로 끌어당기며, 상기 트랜지스터(m1)는 부하 저항(r1)을 통해 전도된다. 상기 출력(26)에서의 저레벨 출력 전압은 상기 드라이버 회로(12) 자체에 의해 상기 출력(26)으로부터 직접 또는 상기 MCU(4)를 통해 웨이크-업 신호로서 검출된다. 그 후 MCU(4)는 ADC(13)를 통해 상기 압전 액추에이터(2)에 의해 발생된 전압을 정확하게 감지하고, 상기 압전 액추에이터(2) 상의 압력 이벤트가 햅틱 신호 응답을 트리거하기 위한 적당한(legitimate) 이벤트인지 결정한다. 일단 출력(26)에서 출력이 낮고 지연 회로(28)에 의한 사전 정의된 지연, 예를 들어 <10ms 후에, 상기트랜지스터(m1)의 제1단자(21)는 스위치(30)를 닫음으로써 지연 피드백 시스템(27) 및/또는 MCU(4)로부터의 인에이블 신호에 의해 접지로 풀다운 되고, 상기 트랜지스터(m1)가 턴 오프되고 더 이상 전도하지 않기 때문에 상기 출력(26)에서의 출력 전압은 하이 레벨로 다시 설정된다. 상기 지연 동안 또는 이후에, 웨이크-업 회로(11) 및/또는 MCU(4)의 출력(26)은 상기 압전 드라이버 집적 회로(3)의 드라이버 회로(12)에 햅틱 피드백 준비 신호를 전송하고, 이는 상기 압전 액추에이터(2)에서 고전압 햅틱 신호를 다시 생성하며. 이에 의해 햅틱 센세이션을 사용자에게 제공한다. 트랜지스터(m1)의 제1단자(21)를 접지로 끌어당겨서 커패시터(c1)와 트랜지스터(m1) 사이의 용량 성 커플링을 디스에이블(disabling)함으로써, 압전 액추에이터(2)에 인가된 고전압 햅틱 신호로부터 저전압 웨이크-업 회로(11)를 보호한다. 따라서, 커패시터(c1)만이 고전압을 지원할 필요가 있다.
상기 커패시터(c1)와 상기 스위치(30) 사이에는 한 세트의 역-병렬(anti-parallel) 다이오드(d1, d2)가 제공될 수 있다. 상기 역-병렬 다이오드(d1, d2)는 제1단자(21)의 임계 전압(Vt) 아래에서 접지에 연결되거나 임의의 기준 전압(V1)에 연결될 수 있으며, 이는 전술한 바와 같이 더 높은 전압에서 제1단자(21)를 바이어스 하는 것을 도울 것이다. 따라서, 웨이크-업 회로(11), 즉 트랜지스터(m1)는 상기 압전 액추에이터(2)로부터 오는 더 작은 전압(Vt-V1)을 검출할 수 있다. 상기 커패시터(c1)로부터의 전하가 노드를 접지 또는 기준 아래로 푸시하는 경우, 즉 높은(<-1V) 음의 전압을 클리핑하면, 제1다이오드(d1)는 또한 제1단자(21)를 보호한다.
상기 제2다이오드(d2)는 제1단자(21)를 서서히(slowly) 충전하고 오검출(false detection)을 일으키는 상기 커패시터(c1)로부터의 누설 전류(leakage current)를 보상한다. 누설로 인해 전압이 천천히 증가함에 따라, 제2다이오드(d2)를 통해 전도되는 전류는 제2다이오드(d2)의 임계 전압 및 제1단자(21)에서의 전압을 제한하는 컴포넌트(rd2)의 저항의 함수로서 증가할 것이다. 상기 컴포넌트(rd2)는 제2다이오드(d2)와 직렬로 연결되어 전압 한계를 증가시키고 더 작은 결합 신호를 검출할 수 있다. 상기 컴포넌트(rd2)는 임의의 적합한 컴포넌트, 예를 들어 저항, 다이오드 및 다이오드에 연결된 트랜지스터를 포함한다. 일반적으로, 제2다이오드(d2)는 노드(21)에서의 전압을 대략 순방향 전압(Vf), 약 0.7V로 제한할 것이다. 그러나 제1 및 제2다이오드(d1, d2)가 GND에 연결되고 상기 저항(rd2)이 제2다이오드(d2)와 직렬로 연결된 경우, 상기 트랜지스터(m1)가 상기 피에조 신호를 검출하기 위해 제1단자(21)에서의 전압 제한은 Vf+Vrd2로 증가될 수 있다. 그러나 상기 저항(rd2)이 제2다이오드(d2)와 직렬로 연결되면, 제2다이오드(d2)는 고전압이 압전 액추에이터(2)에 인가될 때 상기 트랜지스터(m1)를 보호하는 역할을 하지 못할 수 있다.
역-병렬(anti-parallel) 다이오드(d1, d2)의 선택은 또한 다른 전압에서 제1단자(21)를 바이어스 하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 종래의 실리콘 다이오드는 전형적으로 0.6-0.7 볼트의 순방향(forward) 전압을 갖는 반면, 쇼트키 다이오드(Schottky diode)는 전형적으로 0.15-0.45 볼트의 순방향 전압을 갖는다. 역-병렬 다이오드는 제1단자(21)의 노드를 예를 들어 매우 높은 임피던스로 유지하고(예를 들어, 1GΩ 이상, 바람직하게는 5GΩ 이상, 더욱 바람직하게는 10GΩ 이상) 압력이 압전 액추에이터(2)에 인가될 때 발생된 저전압(1V) 및 저주파(10Hz) 신호가 웨이크-업 회로(11)에 의해 결합 및 검출될 수 있게 한다. 예를 들면, 커패시터(c1)가 10pF 커패시터를 포함하고 상기 피에조 신호가 1 내지 10Hz의 범위에 있을 때, 상기 임피던스는 1.6GΩ 내지 16GΩ일 수 있다.
도 3은 PMOS 트랜지스터(m1)가 도 2의 NMOS 트랜지스터(m1)로 대체되는 웨이크-업 회로(11')의 대안적인 실시 예를 도시하며, 이에 의해 제3단자, 예를 들어 소스는 상기 전압 소스(VC)에 연결되고, 제2단자, 예를 들어 드레인은 접지에 연결된다. PMOS(m1)의 음의 임계 전압은 피에조 소자로부터의 압전/전류 싱크의 음의 전압 변화를 감지할 수 있게 하며 이에 의해, 상기 압전 회로는 상기 압전 액추에이터(2)가 장기간 유지된 시스템에서 사용될 수 있고, 검출된 이벤트가 음의 극성의 신호를 생성하는 시스템에서 또는 해제된다; 예를 들어, 상기 압전 액추에이터(2)가 기계적 예압(preload)이 있어야 하는 곳에 삽입된 경우. 만약 상기 예압이 제거된 경우, 예를 들어, 사용자가 장치의 손을 떼거나 기계 장치가 고장 나면 시스템에 적절한 조치를 취하라는 알림이 표시될 수 있다.
도 4는 상기 웨이크-업 회로(11")가 적합한 트랜지스터(m1), 예를 들어 제1, 제2 및 제3단자(21, 22 및 23), 예를 들어 게이트, 드레인 및 소스를 포함하는 NMOS 트랜지스터를 포함하는 공통 소스 회로를 포함할 수 있는 웨이크-업 회로(11")의 대안적인 실시 예를 도시한다. 상기 압전 액추에이터(2)는 고전압 커패시터(c1)를 통해 제1단자(21)에 AC 결합될 수 있다. 전압 소스 VC 예를 들어 1V-5V의 압전 드라이버 집적 회로(3)의 전원은 부하 저항(load resistor)(r1)을 통해 제2단자(22)에 연결된다. 상기 인터럽트(14)를 통해 MCU(4)와 연결하기 위해 출력(26)이 또한 제2단자(22)에 연결된다.
지연 피드백 시스템(27) 대신에, 상기 보호회로는 제1단자(21)와 기준 전압(VC) 사이에서 연장되는 클램핑 다이오드(d3)를 포함한다. 상기 클램핑 다이오드(d3)는 제1단자(21)가 트랜지스터(m1)를 손상시킬 수 있는, 예를 들어 햅틱 전압 신호 또는 너무 높은 감지 전압인 너무 높은 전압을 받는 것을 방지한다. 제1단자(21)가 상기 기준 전압(Vc)을 초과하면, 상기 클램핑 다이오드(d3)는 Vc, 예를 들어 Vc + Vf(클램핑 다이오드(d3)의 순방향 전압)에 가까운 값으로 제1단자(21)에서 그 값을 클램핑할 것이다,).
커패시터(c1)와 제1단자(21) 사이에는 역-병렬 제1 및 제2다이오드(d1, d2)가 제공될 수 있다. 상기 역-병렬 다이오드(d1, d2)는 접지에 연결될 수 있거나 임의의 기준 전압(V1)에 연결될 수 있으며, 이는 접지보다 높지만 상기 트랜지스터(m1)의 임계 전압(Vt)보다 낮은 전압, 예를 들어 Vt-V1에서 제1단자(21)가 바이어스 하는데 도움을 준다. 그러면 웨이크-업 회로(11), 즉 트랜지스터(m1)는 압전 액추에이터(2)로부터 들어오는 더 작은 전압, 즉 트랜지스터(m1)의 일반적인 임계 전압보다 작은 전압을 검출할 수 있다. 상기 커패시터(C1)로부터의 전하가 제1단자(21)를 접지 또는 기준 전압 아래로 푸쉬하면, 즉 높은(<-1V) 음의 전압을 클리핑하면, 제1다이오드(d1)는 또한 제1단자(21)를 보호한다.
제2다이오드(d2)는 제1단자(21)를 서서히 충전하여 오검출을 발생시키는 상기 커패시터(c1) 또는 클램핑 다이오드(d3)로부터의 누설 전류를 보상한다. 누출로 인해 전압이 천천히 증가함에 따라, 제2다이오드(d2)를 통해 전도되는 전류는 제2다이오드(d2)의 임계 전압 및 제1단자(21)에서의 전압을 제한하는 제2다이오드(d2)와 직렬로 연결된 컴포넌트(rd2)의 저항 값의 함수로 증가할 것이다.
상기 컴포넌트(rd2)는 제2다이오드(d2)와 직렬로 연결되어 전압 한계를 증가시키고 더 작은 결합 신호를 검출할 수 있다. 일반적으로, 제2다이오드(d2)는 노드(21)에서의 전압을 대략 순방향 전압(Vf), 약 0.7V로 제한할 것이다. 그러나 제1 및 제2다이오드(d1, d2)가 GND에 연결되고 상기 저항(rd2)이 제2다이오드(d2)와 직렬로 연결된 경우, 상기 트랜지스터(m1)가 상기 피에조 신호를 검출하기 위해 제1단자(21)에서의 전압 제한은 Vf+Vrd2로 증가될 수 있다. 그러나 상기 컴포넌트(rd2)가 제2다이오드(d2)와 직렬로 연결되면, 상기 제2다이오드(d2)는 고전압이 압전 액추에이터(2)에 인가될 때 상기 트랜지스터(m1)를 보호하는 역할을 하지 못할 수 있다.
도 5를 참조하면, 트리거 이벤트, 예를 들어 힘 적용(force application), 및 상기 햅틱 피드백 사이의 레이턴시(latency)가 도시되어 있으며, 사용자가 압전 액추에이터(2)에 힘을 가할 때 압전 액추에이터(2)에 의해 전압 신호, 예를 들어 200ms ~ 400ms의 경우 일반적으로 1V ~ 5V가 생성된다. 감지 신호가 미리 정의된 임계 전압, 예를 들어 약 0.7V를 교차할 때, 웨이크-업 펄스는 압전 드라이버 집적 회로(3)에 의해 생성되고, 상기 드라이버 회로(12)는 전원이 공급된다. 다음 상기 드라이버 회로(12)는 드라이버 회로(12)가 고전압 햅틱 신호를 생성할 준비가 되었음을 나타내는 햅틱 피드백 준비 신호를 MCU(4)에 전송한다. 따라서, 압전 회로(1)는 1ms 이하의 햅틱 파형을 생성하고 상기 고전압 햅틱 신호로부터 웨이크-업 회로(11)를 보호할 준비가 되어 있다.
도 6은 압전 회로(1)의 결정 알고리즘을 나타낸다. 시작(100)에서, 전력 소비가 없으며 모든 것, 즉 트랜지스터(m1)가 꺼지고, 상기 압전 드라이버 집적 회로(3) 및 MCU(4)는 파워 다운 모드에 있다. 상기 압전 액추에이터(2)가 (102)에서 사용자에 의한 힘을 감지하고, 상기 압전 드라이버 집적 회로(3) 내부에서 MCU(4)에 대한 트리거 신호를 생성하는 경우, 상기 압전 드라이버 집적 회로(3)는 저전력 소비를 이용하여 (103)에서 깨어 난다(wakes up). 다음으로, (104)에서, 상기 MCU(4)는 ADC(13)에 의해 변환된 상기 압전 액추에이터(2)에 의해 생성된 전압을 정확하게 감지한다. 상기 압전 액추에이터(2)에 의해 생성된 전압 패턴(105)에 기초하여, 예를 들어 전압 또는 전압의 변화, 즉 미분(derivative)이 미리 결정된 임계 값을 초과하는지의 여부에 따라, 상기 MCU(4)는 i) (106)에서 햅틱 피드백을 트리거하고 깨어 있고(stay awake) (108)로 진행하고; ii) (106)에서 햅틱 피드백을 트리거하고 (101)로 다시 진행하여 슬립 상태로 돌아가거나; 또는 iii) 거짓 양성 검출(False positive detection), 햅틱 피드백 없음, 및 다음 이벤트가 검출될 때까지 (101)로 다시 진행;을 결정한다. 단계 (105) 및 (106) 동안, 상기 스위치(30) 또는 다른 보호 회로는 햅틱 피드백 신호로부터 트랜지스터(m1)를 보호하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시 예에 대한 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 개시된 정확한 형태로 본 발명을 철저하게 하거나 제한하려는 것은 아니다. 상기 교시에 비추어 많은 수정 및 변형이 가능하다. 본 발명의 범위는이 상세한 설명에 의해서가 아니라 여기에 첨부된 청구 범위에 의해 제한되는 것으로 의도된다.
Claims (20)
- 힘인가(force application)에 응답하여 감지 신호를 생성하고, 햅틱 전압 신호에 응답하여 햅틱 응답을 생성하기 위한 압전 액추에이터(piezoelectric actuator);
웨이크-업 신호에 응답하여 상기 햅틱 전압 신호를 생성하기 위한 드라이버 회로(driver circuit);
상기 압전 액추에이터에 힘이 가해지지 않을 때 전력을 소비하지 않도록 구성된 웨이크-업 회로(wakeup circuit), 상기 웨이크-업 회로는
- 상기 압전 액추에이터에 연결된 커패시터(capacitor);
- 상기 감지 신호를 수신하기 위해 상기 커패시터를 통해 상기 압전 액추에이터에 용량성(capacitively) 결합된 제1단자, 전압원(voltage source)에 연결된 제2단자 및 접지(ground)에 연결된 제3단자를 포함하는 트랜지스터(transistor), 여기서 상기 트랜지스터는 상기 감지 신호가 유효할 때 전도(conduct)하도록 구성됨; 및
- 상기 트랜지스터가 전도될 때 상기 웨이크-업 신호를 상기 드라이버 회로에 제공하기 위해 상기 제2단자에 연결된 출력(output)을 포함함;및
상기 커패시터와 상기 제1단자 사이에 접지로의 경로를 제공하는 스위치를 포함하는 피드백(feedback) 시스템을 포함하고,
여기서 상기 햅틱 전압 신호 또는 상기 트랜지스터를 손상시키기에 충분히 높은 임의의 전압 신호로부터 트랜지스터를 보호하기 위하여, 상기 스위치는 상기 트랜지스터가 전도될 때 폐쇄되는, 압전 회로(piezoelectric circuit).
- 제1항에 있어서,
상기 출력에 연결되고, 상기 감지 신호가 유효한 시기를 결정하고, 상기 커패시터와 상기 제1단자 사이의 접지에 대한 경로를 제공하기 위해 스위치를 폐쇄할 수 있도록 구성되고, 따라서 상기 감지 신호가 유효할 때 상기 압전 액추에이터와 제1단자 사이의 용량성 결합을 불가능하게 하고, 상기 힘인가에 응답하여 햅틱 응답을 제공하는 상기 압전 액추에이터에 상기 햅틱 전압 신호를 전송하기 위하여 상기 드라이버 회로를 활성화할 수 있는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)을 더 포함하는 압전 회로.
- 제1항에 있어서,
상기 피드백 시스템은 상기 제2단자 및 제1단자 사이에 연결된 피드백 루프(feedback loop)를 포함하는 압전 회로.
- 제3항에 있어서,
상기 피드백 루프는 압전 액추에이터와 제1단자 사이의 용량성 커플링을 디스에이블(disabling)하기 위해 상기 스위치가 닫히기 전에 미리 결정된 시간 경과를 제공하는 지연 회로를 또한 포함하는 압전 회로.
- 제1항에 있어서,
원하는 상위 레벨(upper level) 이상의 전압 및 원하는 하위 레벨(lower level) 이하의 전압으로부터 제1단자를 보호하기 위해 높은 입력 임피던스를 제공하면서, 제1단자를 소정의 기준 전압으로 유지하기 위하여 상기 커패시터와 제1단자 사이에서 제1 및 제2 역-병렬(anti-parallel) 다이오드를 추가로 포함하는 압전 회로.
- 제5항에 있어서,
상기 트랜지스터의 임계 전압 이상으로 원하는 상위 레벨을 증가시키기 위해 상기 제2 역-병렬 다이오드와 직렬로 연결된 저항(resistor)을 더 포함하는 압전 회로.
- 제5항에 있어서,
제1 및 제2 역-병렬 다이오드는 기준 전압으로 바이어싱 되고, 따라서 상기 제1단자의 전압을 접지보다 높지만 그러나 상기 트랜지스터의 임계 전압 보다는 낮게 바이어싱 하는 압전 회로.
- 제1항에 있어서,
상기 감지 신호는 상기 감지 신호가 상기 트랜지스터의 미리 정해진 임계 전압 이상의 전압을 포함할 때 유효한 압전 회로.
- 제1항에 있어서,
상기 감지 신호는 상기 감지 신호가 미리 정해진 전압 변화 이상의 전압 변화를 포함할 때 유효한 압전 회로.
- 제1항에 있어서,
상기 트랜지스터는 음의 임계 전압을 포함하고, 여기서 상기 압전 액추에이터로부터의 힘인가의 제거는 상기 감지 신호를 생성하는 압전 회로.
- 제1항에 있어서,
상기 커패시터는 최대 햅틱 전압 신호와 동일하거나 또는 그 이상의 항복 전압(breakdown voltage)을 포함하는 압전 회로.
- 힘인가(force application)에 응답하여 감지 신호를 생성하고, 햅틱 전압 신호에 응답하여 햅틱 응답을 생성하기 위한 압전 액추에이터(piezoelectric actuator);
웨이크-업 신호에 응답하여 상기 햅틱 전압 신호를 생성하기 위한 드라이버 회로(driver circuit);
- 상기 압전 액추에이터에 연결된 커패시터(capacitor);
- 상기 감지 신호를 수신하기 위해 상기 커패시터를 통해 상기 압전 액추에이터에 용량성(capacitively) 결합된 제1단자, 전압원(voltage source)에 연결된 제2단자 및 접지(ground)에 연결된 제3단자를 포함하는 트랜지스터(transistor), 여기서 상기 트랜지스터는 상기 감지 신호가 제1임계 전압 이상일 때 전도(conduct)하도록 구성됨; 및
- 상기 제2단자에 연결된 출력(output)을 포함하는 웨이크-업 회로(wakeup circuit);및
상기 커패시터와 상기 제1단자 사이에 접지로의 경로를 제공하는 스위치를 포함하는 피드백 루프(feedback loop);및,
상기 출력에 연결되고, 상기 감지 신호가 유효한 시기를 결정하고, 상기 트랜지스터가 전도될 때 상기 드라이버 회로에 웨이크-업 신호를 제공하고, 상기 커패시터와 상기 제1단자 사이의 접지에 대한 경로를 제공하기 위해 스위치를 폐쇄할 수 있도록 구성되고, 따라서 상기 압전 액추에이터와 제1단자 사이의 용량성 결합을 불가능하게 하고, 상기 힘인가에 응답하여 햅틱 응답을 제공하는 상기 압전 액추에이터에 상기 햅틱 전압 신호를 전송하기 위하여 상기 드라이버 회로를 활성화할 수 있는 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU)을 포함하는 압전 회로.
- 제12항에 있어서,
상기 피드백 루프는 압전 액추에이터와 제1단자 사이의 용량성 커플링을 디스에이블(disabling)하기 위해 상기 스위치가 닫히기 전에 미리 결정된 시간 경과를 제공하는 지연(delay) 회로를 또한 포함하는 압전 회로.
- 제12항에 있어서,
원하는 상위 레벨(upper level) 이상의 전압 및 원하는 하위 레벨(lower level) 이하의 전압으로부터 제1단자를 보호하기 위해 높은 입력 임피던스를 제공하면서, 제1단자를 소정의 기준 전압으로 유지하기 위하여 상기 커패시터와 제1단자 사이에서 제1 및 제2 역-병렬(anti-parallel) 다이오드를 추가로 포함하는 압전 회로.
- 제14항에 있어서,
상기 트랜지스터의 임계 전압 이상으로 원하는 상위 레벨을 증가시키기 위해 상기 제2 역-병렬 다이오드와 직렬로 연결된 저항(resistor)을 더 포함하는 압전 회로.
- 제14항에 있어서,
제1 및 제2 역-병렬 다이오드는 기준 전압으로 바이어싱 되고, 따라서 상기 제1단자의 전압을 접지보다 높지만 그러나 상기 트랜지스터의 임계 전압 보다는 낮게 바이어싱 하는 압전 회로.
- 제12항에 있어서,
상기 감지 신호는 상기 감지 신호가 상기 트랜지스터의 미리 정해진 임계 전압 이상의 전압을 포함할 때 유효한 압전 회로.
- 힘인가(force application)에 응답하여 감지 신호를 생성하고, 햅틱 전압 신호에 응답하여 햅틱 응답을 생성하기 위한 압전 액추에이터(piezoelectric actuator);
웨이크-업 신호에 응답하여 상기 햅틱 전압 신호를 생성하기 위한 드라이버 회로(driver circuit);
- 상기 압전 액추에이터에 연결된 커패시터(capacitor);
- 상기 감지 신호를 수신하기 위해 상기 커패시터를 통해 상기 압전 액추에이터에 용량성(capacitively) 결합된 제1단자, 전압원(voltage source)에 연결된 제2단자 및 접지(ground)에 연결된 제3단자를 포함하는 트랜지스터(transistor), 여기서 상기 트랜지스터는 상기 감지 신호가 제1임계 전압 이상일 때 전도하도록 구성됨; 및
- 상기 트랜지스터가 전도될 때 상기 웨이크-업 신호를 상기 드라이버 회로에 제공하기 위해 상기 제2단자에 연결된 출력(output);및
- 제1단자에서의 전압이 미리 정해진 양을 초과하는 것을 방지하도록 구성된 기준 전압 및 제1단자 사이에 연결된 클램핑 다이오드(clamping diode)를 포함하는 압전 회로.
- 제18항에 있어서,
원하는 상위 레벨(upper level) 이상의 전압 및 원하는 하위 레벨(lower level) 이하의 전압으로부터 제1단자를 보호하기 위해 높은 입력 임피던스를 제공하면서, 제1단자를 소정의 기준 전압으로 유지하기 위하여 상기 커패시터와 제1단자 사이에서 제1 및 제2 역-병렬(anti-parallel) 다이오드를 추가로 포함하는 압전 회로.
- 제19항에 있어서,
상기 트랜지스터의 임계 전압보다 높게 원하는 상위 레벨을 증가시키기 위해 제2 역-병렬 다이오드와 직렬로 연결되는 저항을 더 포함하는 압전 회로..
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16/136,347 | 2018-09-20 | ||
| US16/136,347 US11302859B2 (en) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | Zero-power wake-up sensing circuit in piezoelectric haptic feedback |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200033750A KR20200033750A (ko) | 2020-03-30 |
| KR102511129B1 true KR102511129B1 (ko) | 2023-03-15 |
Family
ID=67997489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190114411A KR102511129B1 (ko) | 2018-09-20 | 2019-09-17 | 피에조 일렉트릭 햅틱 피드백의 제로-파워 웨이크-업 감지 회로 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11302859B2 (ko) |
| EP (1) | EP3627704B1 (ko) |
| JP (1) | JP7467053B2 (ko) |
| KR (1) | KR102511129B1 (ko) |
| CA (1) | CA3055907A1 (ko) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2935828T3 (es) * | 2018-11-07 | 2023-03-10 | Ontech Security S L | Un sensor de inundación para sistemas de automatización |
| US11724285B2 (en) | 2020-03-12 | 2023-08-15 | Boréas Technologies Inc. | Mechanical amplification of piezoelectric actuators |
| CN111404488B (zh) * | 2020-03-27 | 2023-11-03 | 维沃移动通信有限公司 | 一种电子设备 |
| US11024793B1 (en) | 2020-05-28 | 2021-06-01 | Boreas Technologies Inc. | High-resolution sensing of piezo-electric transducers |
| US11775120B2 (en) * | 2021-01-28 | 2023-10-03 | Texas Instruments Incorporated | Combined capacitive and piezoelectric sensing in a human machine interface |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013140759A1 (ja) | 2012-03-21 | 2013-09-26 | 日本電気株式会社 | スイッチング素子およびそれを用いたデバイス |
| JP6100913B2 (ja) | 2013-10-28 | 2017-03-22 | 京セラ株式会社 | 触感呈示装置及び触感呈示装置の制御方法 |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4490639A (en) | 1983-09-06 | 1984-12-25 | Essex-Tec Corporation | Coupling circuit between high impedance piezoelectric signal source and utilizing circuit |
| JP2736734B2 (ja) * | 1994-03-10 | 1998-04-02 | 富士通電装株式会社 | スピーカ兼用小型振動センサ |
| US7265746B2 (en) | 2003-06-04 | 2007-09-04 | Illinois Tool Works Inc. | Acoustic wave touch detection circuit and method |
| US7511704B2 (en) | 2001-11-20 | 2009-03-31 | Illinois Tool Works Inc. | Acoustic wave touch bar system and method of use |
| JP2004312509A (ja) * | 2003-04-09 | 2004-11-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 無線通信装置 |
| JP2011048696A (ja) * | 2009-08-27 | 2011-03-10 | Kyocera Corp | 入力装置 |
| US8780055B2 (en) | 2009-10-02 | 2014-07-15 | Blackberry Limited | Low power wakeup detection circuit and a portable electronic device having a low power wakeup detection circuit |
| EP2583071B1 (en) | 2010-06-15 | 2015-04-29 | Aito B.V. | A device for detecting the presence of at least one human finger on a surface and a method of using the device in a user interface. |
| US8810105B2 (en) | 2010-06-15 | 2014-08-19 | Aito B.V. | Apparatus and method for reducing energy consumption in monitoring means of a plurality of piezoelectric components |
| US8878788B2 (en) * | 2012-01-09 | 2014-11-04 | Motorola Mobility Llc | Touch screen device with surface switch |
| US9238249B2 (en) * | 2012-08-21 | 2016-01-19 | Texas Instruments Incorporated | Ultrasound transmitter |
| CN202860809U (zh) * | 2012-10-12 | 2013-04-10 | 陈彦平 | 采用并行的前置放大器的超声波换能器以及超声波通用换能器 |
| US10578499B2 (en) | 2013-02-17 | 2020-03-03 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Piezo-actuated virtual buttons for touch surfaces |
| EP2770638A1 (en) | 2013-02-20 | 2014-08-27 | Aito Interactive Oy | Piezoelectric sensor, and an electrical appliance, an installation or a gadget comprising at least one piezoelectric sensor |
| EP3018825A1 (en) | 2014-11-10 | 2016-05-11 | Aito Interactive Oy | Piezoelectric sensor, apparatus and method for simultaneously generating a tactile signal and an acoustic signal |
| US9958418B2 (en) | 2015-07-01 | 2018-05-01 | Toto Ltd. | Touch detection device used in water handling equipment, and faucet apparatus including the same |
| US10715922B2 (en) | 2016-02-29 | 2020-07-14 | Vesper Technologies Inc. | Piezoelectric mems device for producing a signal indicative of detection of an acoustic stimulus |
-
2018
- 2018-09-20 US US16/136,347 patent/US11302859B2/en active Active
-
2019
- 2019-09-17 KR KR1020190114411A patent/KR102511129B1/ko active IP Right Grant
- 2019-09-18 EP EP19198051.5A patent/EP3627704B1/en active Active
- 2019-09-18 JP JP2019169235A patent/JP7467053B2/ja active Active
- 2019-09-19 CA CA3055907A patent/CA3055907A1/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013140759A1 (ja) | 2012-03-21 | 2013-09-26 | 日本電気株式会社 | スイッチング素子およびそれを用いたデバイス |
| JP6100913B2 (ja) | 2013-10-28 | 2017-03-22 | 京セラ株式会社 | 触感呈示装置及び触感呈示装置の制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3627704B1 (en) | 2022-06-22 |
| US11302859B2 (en) | 2022-04-12 |
| US20200098967A1 (en) | 2020-03-26 |
| CN110928405A (zh) | 2020-03-27 |
| EP3627704A1 (en) | 2020-03-25 |
| CA3055907A1 (en) | 2020-03-20 |
| JP7467053B2 (ja) | 2024-04-15 |
| KR20200033750A (ko) | 2020-03-30 |
| JP2020044531A (ja) | 2020-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102511129B1 (ko) | 피에조 일렉트릭 햅틱 피드백의 제로-파워 웨이크-업 감지 회로 | |
| US5172012A (en) | Power-on clearing circuit in semiconductor IC | |
| CN109841607B (zh) | 具有控制钳位超时行为的电路的用于静电放电（esd）保护的电源钳位 | |
| CN108736436B (zh) | 高电压驱动电子电路布置、对应的设备和方法 | |
| TWI501519B (zh) | System controller and method for protecting and adjusting the power conversion system | |
| US20100309710A1 (en) | Variable Impedance Circuit Controlled by a Ferroelectric Capacitor | |
| US10680589B2 (en) | GaN based fail-safe shutdown of high-current drivers | |
| EP1193872B1 (en) | Reset circuit comprising a ferroelectric capacitor | |
| US7916441B2 (en) | Device for protecting electronic circuits against faults | |
| JPH10511492A (ja) | パワーダウンリセット回路 | |
| JP7494376B2 (ja) | セキュアメモリデバイスのための電圧グリッチ検出および保護回路 | |
| EP2580757B1 (en) | Variable impedance circuit controlled by a ferroelectric capacitor | |
| US6281723B1 (en) | Device and method for power-on/power-off checking of an integrated circuit | |
| CN110928405B (zh) | 压电触觉反馈中的零功率唤醒感测电路 | |
| US5811809A (en) | Nuclear event detector and threshold detector circuit therefor | |
| TWI403181B (zh) | 斷電延遲電路與方法，以及具斷電延遲的音響系統 | |
| TWI757597B (zh) | 一種低靜態電流上電重置電路 | |
| US20110310651A1 (en) | Variable Impedance Circuit Controlled by a Ferroelectric Capacitor | |
| KR101230378B1 (ko) | Ａｔｘ 시스템의 온/오프 기능을 제어하기 위한 장치 | |
| CN105191347B (zh) | 用于mems电容性麦克风的重置电路 | |
| KR100657649B1 (ko) | 배터리 전압 감지 장치 | |
| JP3955736B2 (ja) | 基準電圧発生回路 | |
| KR100897878B1 (ko) | 반도체 디바이스의 파워업 회로 | |
| WO2013128802A1 (ja) | 電圧検出回路 | |
| WO2008131137A2 (en) | Programmable floating gate reference |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |