TW202337117A - 用於驅動電路的方法及驅動電路 - Google Patents

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Abstract

一種方法，用於驅動電路中的脈寬調製控制器，該驅動電路包括耦接負載的雙向電路，該方法包括根據來自該負載的第一反饋信號和輸入信號之間的差異，由存於該脈寬調製控制器中記憶體的查找表獲得脈寬控制碼，該脈寬控制碼對應預期電壓差，且該第一反饋信號對應第一週期；根據該脈寬控制碼產生複數脈寬調製信號，在第二週期期間，該雙向電路根據該複數脈寬調製信號對該負載執行充電操作或放電操作；從該負載接收對應該第二週期的第二反饋信號；及根據該第一反饋信號和該第二反饋信號更新該脈寬控制碼，並將更新後的該脈寬控制碼存回該查找表。

Description

用於驅動電路的方法及驅動電路
本申請係指一種用於驅動電路的方法，尤指一種應用於能夠適應各種操作條件的驅動電路的方法。
壓電致動揚聲器（piezoelectric-actuated speakers，piezo-speakers）在近期嶄露頭角。由於薄膜壓電致動器的電容特性，這些壓電致動揚聲器為放大器帶來高電容性負載（capacitive load）。然而，常規的驅動電路（如AB類、D類、G類、H類放大器）都在假設負載（由非常細的電線製成的線圈）主要是電阻性且稍微帶有電感性的前提下發展，因此常規的放大器不適合驅動如壓電致動揚聲器之類的高電容性負載。
包含直流對直流轉換器的驅動電路具有能量回收的能力，並被開發來驅動電容式壓電致動揚聲器。包含直流對直流轉換器的驅動電路的性能依賴於提供具有精確的脈衝寬度的脈衝寬度調製（Pulse Width Modulation，PWM）信號（作為閘極控制信號）。因此如何生成具有精確的脈衝寬度的脈衝寬度調製信號是該領域的一個重要目標，尤其是當電路參數因不同裝置而變化，以及電路操作條件（例如電池電壓準位）波動時。
有鑑於此，本申請的主要目的在提供一種查找表學習方法，查找表學習方法能夠在能量回收放大器的操作期間自適應地調整用於脈衝寬度調製（Pulse Width Modulation，PWM）信號的一脈衝寬度控制碼（Pulse Width Control Code，PWCC），以解決上述問題。
本申請實施例公開一種方法，用於一驅動電路中的一脈衝寬度調製控制器，該驅動電路包括耦接一負載的一雙向電路，該方法包括下述步驟：根據來自該負載的一第一反饋信號和一輸入信號之間的差異，由儲存於該脈衝寬度調製控制器中一記憶體的一查找表獲得一脈衝寬度控制碼，其中該脈衝寬度控制碼對應於一預期電壓差，且該第一反饋信號對應於一第一週期；根據該脈衝寬度控制碼產生複數個脈衝寬度調製信號，其中在一第二週期的期間，該雙向電路根據該複數個脈衝寬度調製信號對該負載執行一充電操作或一放電操作；從該負載接收對應於該第二週期的一第二反饋信號；以及根據該第一反饋信號和該第二反饋信號更新該脈衝寬度控制碼，並將更新後的該脈衝寬度控制碼存回該記憶體的該查找表。
本申請另一實施例公開一種驅動電路，包含有一雙向電路，耦接一負載；以及一脈衝寬度調製控制器，包括儲存有一查找表的一記憶體。該脈衝寬度調製控制器用來執行以下步驟：根據來自該負載的一第一反饋信號和一輸入信號之間的差異，由該查找表獲得一脈衝寬度控制碼，其中該脈衝寬度控制碼對應於一預期電壓差，且該第一反饋信號對應於一第一週期；根據該脈衝寬度控制碼產生複數個脈衝寬度調製信號，其中在一第二週期的期間，該雙向電路根據該複數個脈衝寬度調製信號對該負載執行一充電操作或一放電操作；從該負載接收對應於該第二週期的一第二反饋信號；以及根據該第一反饋信號和該第二反饋信號更新該脈衝寬度控制碼，並將更新後的該脈衝寬度控制碼存回該記憶體的該查找表。
美國專利公告號11,290,015，11,133,784和11,336,182公開了一種能量回收放大器，其包括用來驅動電容性負載的一直流對直流（direct current to direct current，DC-DC）轉換器，特別是用來驅動壓電致動揚聲器的電容性揚聲器負載。直流對直流轉換器通常由脈衝寬度調製（Pulse Width Modulation，PWM）信號所控制。美國專利公告號11,271,480公開了一種方法，此方法預先計算與脈衝寬度調製信號相關的脈衝寬度資料，並將脈衝寬度資料作為脈衝寬度控制碼（Pulse Width Control Code，PWCC）儲存在一可尋位址查找表（addressable table）記憶體中。
控制碼的計算可能受到多種因素的影響，包括壓電致動揚聲器的可變特性、直流對直流轉換器的偏移（offset）、電池電壓準位的波動、以及相關驅動電路的製造不匹配。例如，直流對直流轉換器中使用的電感器的電感值通常存在一容許誤差，會導致直流對直流轉換器的充電／放電行為不穩定。壓電致動揚聲器的介電常數／電容值隨著施加其上的電壓而變化。此外，每個壓電致動揚聲器相對於供應電壓的介電常數曲線可能不完全相同，且／或能量回收放大器的電路元件及其驅動電路通常存在製造不匹配。這些誤差和不匹配將導致控制碼產生的電壓增加量和電壓減少量在充（放）電操作中不準確。在壓電致動揚聲器上執行的充（放）電操作的不準確可能會增加／帶來輸出信號的失真和錯誤，從而降低音質。
本申請提供了（至少）一種查找表學習方法，其可以自適應地調整脈衝寬度控制碼，且能夠使裝置適應各種參數。在詳細闡述查找表學習之前，先介紹用來實現查找表學習演算法的驅動電路。
需注意的是，在本申請中「耦接」一詞可以是直接或間接連接。「元件A耦接到元件B」可以表示元件A直接連接到元件B，或是元件A經由元件C連接到元件B。
第1圖是本申請一實施例之一驅動電路10的一示意圖。驅動電路10包括一脈衝寬度調製控制器110以及一雙向電路120。雙向電路120耦接在一電壓源11（或稱為一電源，例如一電池）以及一電容性負載CL之間，用來驅動電容性負載CL。在一實施例中，電容性負載CL可以包括一壓電致動揚聲器（piezoelectric-actuated speaker，或縮寫為piezo-speaker），並在驅動電路10的驅動下發出聲音。雙向電路120可以從電壓源11接收一電源電壓V DD，並向電容性負載CL提供電流或是從電容性負載CL汲取電流。電壓V TOG表示雙向電路120的一輸出端的電壓。在一實施例中，驅動電路10可以是一能量回收放大器，且雙向電路120可以是具有能量回收功能的一直流對直流轉換器。美國專利公告號11,271,480和11,336,182詳細公開了利用直流對直流轉換器作為具有能量回收功能的驅動電路，在此不再贅述。
在一實施例中，負載CL可以是一電容式揚聲器負載，例如一壓電致動揚聲器。驅動電路10可以接收一輸入信號IN，此輸入信號IN是根據在一可聽頻帶（例如16.5Hz-22KHz）內的一原始音頻信號所產生的。驅動電路10根據輸入信號IN驅動電容式揚聲器負載，使得電容式揚聲器負載的一輸出與輸入信號IN大致呈正比。在本申請中，一信號 a與一信號b大致呈正比可能指的是滿足|| a( t) - c· b( t)|| 2≤ ε，其中|| s( t) || 2可以表示一任意信號 s( t)的能量， a( t)和 b( t)分別表示信號 a與信號b的時變函數， c表示可以是正數或負數的一常數，以及 ε表示某一正的小數字，例如10 -1、10 -2、10 -3等。
雙向電路120包含有一電感器L1以及四個開關T1-T4。開關T1耦接在電感器L1的一第一端和電壓源11之間。開關T2耦接在電感器L1的第一端和接地端之間。開關T3耦接在電感器L1的一第二端和電容性負載CL之間。開關T4耦接在電感器L1的第二端和接地端之間。雙向電路120可以通過接收來自於脈衝寬度調製控制器110的脈衝寬度調製信號SP1-SP4來操作，其中開關T1-T4分別由脈衝寬度調製信號SP1-SP4所控制。
脈衝寬度調製控制器110可以控制雙向電路120操作在一充電階段或一放電階段。在充電操作期間，雙向電路120可以供應一充電電流以對電容性負載CL充電。充電階段包含有一充磁（InFlux）階段（即磁通量增加（magnetic flux-increasing）的階段）和一放磁（DeFlux）階段（即磁通量降低（magnetic flux-decreasing）的階段）。在充電操作中的充磁階段，開關T1和T4開啟且開關T2和T3關閉，此時從電壓源11經由電感器L1流出的一充磁電流可以形成具有磁能的一磁通量以儲存於電感器L1中。在充電操作中充磁階段之後的放磁階段，開關T2和T3開啟且開關T1和T4關閉，此時儲存於電感器L1中的磁能可以轉換為電能，電能通過流向電容性負載CL的電流輸出至電容性負載CL。
在放電操作期間，雙向電路120可以從電容性負載CL形成／汲取一放電電流，且放電電流所攜帶的能量可以傳遞給電壓源11並經由電壓源11的一電池或電容進行回收。放電階段也可以包括一充磁階段和一放磁階段。在放電操作中的充磁階段，開關T2和T3開啟且開關T1和T4關閉，此時從電容性負載CL流過電感器L1的放電電流可以形成具有磁能的一磁通量以儲存於電感器L1中。在放電操作中充磁階段之後的放磁階段，開關T1和T4開啟且開關T2和T3關閉，此時儲存於電感器L1中的磁能可以轉換為電能，電能通過流向電壓源11的電流輸出並回收到電壓源11。
需注意的是，上述段落中的充磁電流路徑和放磁電流路徑僅供說明之用。本領域技術人員可以根據實際情況進行修改或是變更。例如，在放電操作的充磁階段，開關T1和T3可以同時開啟且開關T2和T4關閉，此時充磁電流可以從負載CL直接流向電壓源，尤其適用於當負載電壓V TOG遠大於電源電壓V DD時。在這種狀況下，流經電感器L1的充磁電流和電感器L1上對應的功率消耗會減小。
脈衝寬度調製控制器110可以從電容性負載CL接收一反饋信號FB，並且接收一輸入信號IN，以決定脈衝寬度調製信號SP1-SP4的脈衝寬度。在例如高保真（high-fidelity）放大器的聲學應用中，電容性負載CL包含有一壓電致動揚聲器，脈衝寬度調製控制器110可以輸出脈衝寬度調製信號SP1-SP4作為開關T1-T4的閘極控制信號以控制雙向電路120的充電／放電行為，以最小化反饋信號FB和輸入信號IN之間的差異。因此，基於反饋信號FB和輸入信號IN之間的差異，脈衝寬度調製控制器110可以決定要對電容性負載CL充電還是放電，並且脈衝寬度調製控制器110也可以決定在雙向電路120的每個操作期間中，雙向電路120所提供的充電／放電期間所傳輸的電荷量，以不斷地最小化反饋信號FB和輸入信號IN之間的差異。在一操作週期內，雙向電路120可至少完成一次充電操作或是放電操作。美國專利公告號11,336,182詳細公開了的實作和操作方式，在此不再贅述。
第2圖是本申請一實施例的具有電容性負載CL的雙向電路120的一示例性實施方式的示意圖。在此實施例中，壓電致動揚聲器由薄膜致動器（thin-film actuator）（例如，材料是鋯鈦酸鉛（lead zirconate titanate，PZT））所致動，其電容性負載CL表示為一電容C PZT。雙向電路120具有一單端輸出，而壓電致動揚聲器PZT具有一第一端（例如頂部電極）和一第二端（例如底部電極）。如第2圖的實施例所示，雙向電路120通過一單端到差動（single-ended to differential）轉換器200和一偏壓電壓產生器202耦接到壓電致動揚聲器的PZT致動器。
單端轉差動轉換器200用來基於雙向電路120輸出的電壓V TOG輸出一差動電壓VoP和VoN。在直流對直流轉換器的特性下，雙向電路120輸出的電壓V TOG是單極性的（unipolar），且可以視為正電壓（若電源電壓V DD為正電壓）。換言之，電壓V TOG可以在充電階段時上升，在放電階段時下降。
單端轉差動轉換器200提供一切換機制（switching／toggling mechanism）以擴大電壓擺動範圍來驅動壓電致動揚聲器（表示為PZT）。詳細來說，單端轉差動轉換器200包含有兩個開關SW1和SW2。開關SW1用來選擇性地將壓電致動揚聲器PZT的第一端耦接到雙向電路120的輸出端或一節點ND。開關SW2用來選擇性地將壓電致動揚聲器PZT的第二端耦接到雙向電路120的輸出端或節點ND。
在一第一週期TT1時，開關SW1連接到節點P1且開關SW2連接到節點P2。因此，壓電致動揚聲器PZT的端點V TOP耦接到雙向電路120的輸出端，壓電致動揚聲器PZT的端點V BOT耦接到節點ND。在此狀況下，差動電壓VoP和VoN的差會等於雙向電路120輸出的電壓V TOG。在一第二週期TT2時，開關SW1連接到節點N1且開關SW2連接到節點N2。因此，壓電致動揚聲器PZT的端點V TOP耦接到節點ND，以及壓電致動揚聲器PZT的端點V BOT耦接到雙向電路120的輸出端。在此狀況下，差動電壓V TOP和V BOT的差等於VoP和VoN的差，亦等於雙向電路120輸出的-V TOG。
換言之，開關SW1和SW2可以由一第一控制信號來控制，使得開關SW1和SW2同時分別切換到節點P1和P2，且／或開關SW1和SW2同時分別切換到節點N1和N2。
目前可用的大多數薄膜鋯鈦酸鉛材料僅支持單極性操作。為了利用這種單極性薄膜鋯鈦酸鉛材料作為壓電致動揚聲器的致動器，一偏壓電壓產生器202可以選擇性地耦接在單端轉差動轉換器200和壓電致動揚聲器之間，以提供一偏壓電壓V BIAS，其中V BIAS≈ max(VoN – VoP)。從而保證V TOP= VoP+V BIAS≥ VoN=V BOT且滿足單極性要求。
在一實施例中，壓電致動揚聲器包含有一振膜（membrane），當壓電致動揚聲器PZT上的一驅動電壓V PZT驅動PZT致動器時，振膜會移動；也就是說，驅動電壓V PZT是指壓電致動揚聲器PZT的第一端（頂部電極）的一電壓V TOP與壓電致動揚聲器的PZT致動器的第二端（底部電極）的一電壓V BOT之間的差異。這個驅動電壓V PZT會造成振膜變形，產生一位移，此位移會移動／壓縮空氣以產生聲音。壓電致動揚聲器的振膜的位置是由施加的電壓V PZT控制。當振膜水平放置的情況下，當驅動電壓V PZT升高時振膜逐漸向上彎曲，且當驅動電壓V PZT下降時振膜逐漸向下彎曲。換言之，振膜的垂直位移可以由驅動電壓V PZT所控制，且通過改變驅動電壓V PZT可控制振膜處在一中間位置。
在一示例性實施例中，雙向電路120輸出的電壓V TOG可以在0V至+15V之間擺動，使得差動電壓VoP-VoN可以在+15V和-15V之間擺動（即，在第一週期TT1中在0V和+15V之間，並且在第二週期TT2中在0V和-15V之間，如第2圖所述和所示）。在這種狀況下，偏壓電壓V BIAS可以設計為等於15V，使得壓電致動揚聲器PZT的驅動電壓V PZT可以在0V和30V之間擺動，如此保證壓電致動揚聲器PZT可以接收到單極性的驅動電壓V PZT。驅動電壓V PZT和單端轉差動轉換器200輸出的電壓VoP、VoN的關係可以表示如下： 。
如第2圖所示，單端轉差動轉換器200可以另包括一電壓位移電路204。電壓位移電路204包含有一開關SW3，開關SW3選擇性地耦接於一接地端或一電壓源以提供一位移電壓V MV。在一般的操作中，開關SW3可以耦接到接地端。然而，當電壓V TOG接近接地電壓時，放電電流可能不容易流向／流過電感器L1，因此降低雙向電路120的效率／效果。為了解決這個問題，當電壓V TOG接近接地電壓時，開關SW3被切換以接收位移電壓V MV，其將電壓V TOG耦合到／朝向一更高電位。這增加了電感器L1的磁通量增加能力以促進充磁操作，從而允許更高效率／有效地執行放電。在一實施例中，位移電壓V MV可以等於供應給雙向電路120的電源電壓V DD，或V MV=V DD。然而，位移電壓V MV可以具有任何其他合適的值，並不限於V DD。
換言之，電壓位移電路204或開關SW3可以由一第二控制信號所控制，第二控制信號是根據輸入信號IN或反饋信號FB所產生。當輸入信號IN或反饋信號FB的準位小於一特定臨界值時，電壓位移電路204或開關SW3可以選擇性地向節點ND施加位移電壓V MV。
參考第1圖和第2圖，脈衝寬度調製控制器110從電容性負載CL接收反饋信號FB，例如從壓電致動揚聲器PZT接收。反饋信號FB應適當地反應／表示施加於壓電致動揚聲器PZT的驅動電壓V PZT，使得脈衝寬度調製控制器110可以根據反饋信號FB與輸入信號IN的關係來決定是否對壓電致動揚聲器PZT進行充電或放電。在一實施例中，反饋信號FB可以表示如下： 。
換言之，脈衝寬度調製控制器110可以在差動電壓VoP-VoN通過模數轉換器（analog-to-digital converter，ADC）轉換成一數位形式之後接收反饋信號FB，例如第2圖所示之模數轉換器。
如前所述，脈衝寬度調製控制器110可以輸出脈衝寬度調製信號SP1-SP4以控制雙向電路120，脈衝寬度調製信號SP1-SP4的脈衝寬度是根據輸入信號IN和反饋信號FB所決定。在一實施例中，脈衝寬度調製控制器110可以取回和／或更新用於產生脈衝寬度調製信號SP1-SP4的脈衝寬度控制碼。脈衝寬度控制碼可以根據輸入信號IN和反饋信號FB之間的關係來預先／重新計算或調整，並且這些更新後的脈衝寬度控制碼可以儲存在記憶體中的一脈衝寬度控制碼查找表以備將來參考。
具體而言，根據輸入信號IN和反饋信號FB之間的關係，可以調整或重新計算要充入電容C PZT或從電容C PZT釋放的電荷量以及雙向電路120控制脈衝寬度調製訊號的脈衝寬度以執行充電／放電操作所需的對應控制碼（也就是脈衝寬度控制碼），並且脈衝寬度控制碼查找表中相對應的項目可以相對應地更新。在隨後的操作週期中，脈衝寬度調製控制器110可以根據接收到的輸入信號IN和反饋信號FB，從脈衝寬度控制碼查找表中取出任何依此調整或重新計算的脈衝寬度控制碼，並使用此取回的脈衝寬度控制碼來控制脈衝寬度調製信號SP1-SP4的脈衝寬度。
第3圖是脈衝寬度調製控制器110的一詳細實施例的示意圖。脈衝寬度調製控制器110包含有一控制電路302、一記憶體304、一數模轉換器（digital-to-analog converter，DAC）306、一鋸齒信號產生器（或波形產生器）308以及一比較器310。在這個實施例中，脈衝寬度控制碼儲存為記憶體304中的一個或多個查找表（look-up table，LUT）。例如，記憶體304可以包含一充電查找表304_1和一放電查找表304_2。充電查找表304_1用來儲存在充電操作時用來產生脈衝寬度調製信號SP1-SP4的脈衝寬度控制碼。放電查找表304_2用來儲存在放電操作時用來產生脈衝寬度調製信號SP1-SP4的脈衝寬度控制碼。
控制電路302根據輸入信號IN和反饋信號FB決定雙向電路120應該運作在充電操作或放電操作。例如，設定Δ = IN-FB，當Δ ＞ Δ min時啟動一充電操作以增加電壓V PZT，當Δ ＜ -Δ min時啟動一放電操作以降低電壓V PZT，其中Δ min為臨界值，通常是一個小的正數，並由系統設計人員根據性能要求來決定。因此，控制電路302可以利用輸入信號IN和反饋信號FB來決定是否由查找表304_1或查找表304_2來取出脈衝寬度控制碼。進一步而言，藉由對照目標值檢查充電／放電操作的週期結束時產生的電壓V PZT，例如藉由確認是否滿足|Δ| ＞ Δ min，控制電路302可以執行額外的步驟以藉由本申請所述的一查找表學習程序來更新儲存在查找表中的脈衝寬度控制碼。
第1圖中的脈衝寬度調製控制器110通過從儲存於第3圖的記憶體304的適當的查找表中取出脈衝寬度控制碼，來控制脈衝寬度調製信號SP1-SP4的產生，其說明控制器320如何產生對應於一脈衝寬度控制碼的脈衝寬度調製信號的細節過程。儲存在記憶體304中的脈衝寬度控制碼是數位碼的形式。除了每個脈衝（及時）的脈衝寬度之外，脈衝寬度控制碼的數位碼另可以包含要產生的脈衝寬度調製訊號的脈衝數量等資料。通常來說，脈衝寬度控制碼可以指關於脈衝寬度調製訊號的脈衝的產生和使用的任何訊息，並且不受本申請公開的實施例的限制。這些脈衝寬度控制碼用來為數模轉換器306產生不同的輸入值（數位），以產生不同的輸出（類比）電壓準位V A，以控制脈衝寬度調製信號SP1-SP4的脈衝寬度。透過將電壓準位V A與由鋸齒信號產生器308產生的一鋸齒信號S saw（或具有扁平尖端的類鋸齒信號）進行比較，比較器310將產生出（及時）脈衝寬度由V A的電壓準位所決定的脈衝。即，所產生的脈衝寬度調製信號（例如脈衝寬度調製信號SP1-SP4）的脈衝寬度是由數模轉換器306的輸出電壓準位V A決定，數模轉換器306的輸出電壓準位V A是根據從對應的脈衝寬度控制碼推導出的輸入值而產生。
在一實施例中，數模轉換器306的轉換在其數位輸入值與其類比輸出電壓準位V A之間可具有一單調關係（monotonic relationship），這意味著脈衝寬度調製信號的（及時）脈衝寬度與脈衝寬度控制碼的數位碼中包含的數位脈衝寬度資料之間的關係是單調的。在一實施例中，一較大的脈衝寬度控制碼的數位碼用來產生具有較長／較寬的（及時）脈衝寬度的一脈衝，並且一較小／較窄的脈衝寬度控制碼的數位碼用來產生具有較短的（及時）脈衝寬度的一脈衝。也就是說，脈衝寬度控制碼愈大，脈衝寬度愈長／愈寬。在這個實施例中，輸入信號IN和反饋信號FB之間的差異愈大（即|Δ|愈大），在充電／放電操作期間需要加入到電容C PZT或自電容C PZT移除的電荷量愈多，脈衝寬度調製信號的脈衝寬度應該愈長／愈寬，且脈衝寬度控制碼應該愈大。相反地，輸入信號IN和反饋信號FB之間的差異愈小（即|Δ|愈小），在充電／放電操作期間需要加入到電容C PZT或自電容C PZT移除的電荷量愈少，脈衝寬度調製信號的脈衝寬度應該愈短／愈窄，且脈衝寬度控制碼應該愈小。
在另一實施例中，脈衝寬度控制碼的值可能與產生的脈衝寬度調製訊號的脈衝的長度／寬度成反比；也就是說，較大的脈衝寬度控制碼用來產生較短／較窄的脈衝，而較小的脈衝寬度控制碼用來產生較長／較寬的脈衝。在這種狀況下，輸入信號IN和反饋信號FB之間的差異愈大，脈衝寬度控制碼就愈小；相反地，輸入信號IN和反饋信號FB之間的差異愈小，脈衝寬度控制碼就愈大。只要脈衝寬度和脈衝寬度控制碼數值的關係是單調的，這種操作也是可行的。
關於數模轉換器306和對應的脈衝寬度調製控制器110的詳細實現和操作方式公開在美國專利申請號17/380,027中，為了簡潔而在此不贅述。
需注意的是，脈衝寬度控制碼的計算可能很複雜，因此由脈衝寬度調製控制器110即時地執行運算的成本可能很高。例如，為了產生驅動電壓V PZT的改變，需要通過壓電致動器的兩個端點添加或是去除一適當數量的電荷，如第2圖中的等效電容C PZT以及其端點V TOP和V BOT所示。然而，施加電壓V PZT變化時，電容C PZT也隨之變化。因此，在第2圖所示的施加電壓V PZT的連續擺動的過程中，電容C PZT也連續變化，使得用來產生電壓V PZT的一固定單位變化量（增加／減少1mV）而從電容C PZT添加／移除的電荷量將取決於V PZT本身的電壓準位。另一個例子是電池電壓，如第1圖和第2圖中的V DD所示，V DD影響在充電操作期間的充磁脈衝寬度調製訊號的脈衝寬度以及在放電操作期間的放磁脈衝寬度調製訊號的脈衝寬度。如果V DD由電池供電，V DD會隨著操作逐漸下降，而變化的V DD導致上述兩種類型的脈衝寬度調製訊號的脈衝寬度也隨著操作而飄移。
在上述任何一種狀況下，都希望使用一查找表透過從充電／放電操作的當前週期獲得的結果來自適應地更新脈衝寬度控制碼中包含的訊息。雙向電路120的未來的操作週期可以基於放大器10的動態變化的操作條件的最新狀態。這種儲存在查找表中的脈衝寬度控制碼的自適應更新不僅可以解決電池供電電壓變化波動等問題，還可以解決由於器件之間公差等原因導致的無法準確計算的出廠預設脈衝寬度控制碼。例如，電感器通常具有±10%的公差（tolerance）及因工作溫度或濕度等導致的參數飄移。
為了實現上述目標：即透過自適應地更新查找表中的脈衝寬度控制碼以提升V PZT的精確度或最小化|Δ|，本申請提供一種查找表學習方法，其中脈衝寬度調製控制器110可以監控反饋信號FB以判斷施加到電容性負載CL（例如壓電致動揚聲器PZT的電容C PZT）的電壓是否達到其預期值，接著判斷是否調整／更新脈衝寬度控制碼，並將更新後的脈衝寬度控制碼數值儲存於記憶體304中。
第4圖為本申請一實施例之一流程40的流程圖。流程40可以實施於用來控制一雙向電路驅動一電容性負載的脈衝寬度調製控制器，假設脈衝寬度調製控制器的目的是控制雙向電路對電容性負載執行充電或放電操作，使得橫跨電容性負載C PZT的兩端的電壓（可以表示為反饋信號FB）趨近輸入信號IN。如第4圖所示，流程40包含有以下步驟：
步驟402：  從負載接收一第一反饋信號FB1，並接收一輸入信號IN。
步驟404：  根據第一反饋信號FB1和輸入信號IN獲得一脈衝寬度控制碼。
步驟406：  根據脈衝寬度控制碼產生複數個脈衝寬度調製信號SP1-SP4。
步驟408：  輸出複數個脈衝寬度調製信號SP1-SP4到雙向電路120。
步驟410：  在複數個脈衝寬度調製信號SP1-SP4輸出之後，從負載接收一第二反饋信號FB2。
步驟412：  根據第一反饋信號FB1和第二反饋信號FB2決定是否調整脈衝寬度控制碼。
在步驟402中，脈衝寬度調製控制器110接收反饋信號FB1，反饋信號FB1反映了電容性負載在前一個操作週期（也稱為一第一週期）結束時的一負載電壓，脈衝寬度調製控制器110並接收對應於一個當前的操作週期的輸入信號IN。
根據對應於上一個操作週期的反饋信號FB1和對應於當前的操作週期的輸入信號IN，脈衝寬度調製控制器110可以根據輸入信號IN和反饋信號FB1的一差異來決定在當前的操作週期（也稱為一第二週期）是否執行充電或是放電操作，並且脈衝寬度調製控制器110可以進一步決定從充電查找表304_1或放電查找表304_2執行記憶體讀取操作。
決定脈衝寬度調製控制器110執行充電或放電操作的細節不受限制。在一實施例中，當輸入信號IN大於反饋信號FB1時（例如IN-FB1＞ε 1，ε 1＞0），脈衝寬度調製控制器110可以決定雙向電路120執行充電操作。當輸入信號IN小於反饋信號FB1時（例如IN-FB1＜-ε 2，ε 2＞0），脈衝寬度調製控制器110可以決定雙向電路120執行放電操作。其中ε 1和ε 2可以相同，也可以不同。除了決定執行充電操作和放電操作之外，在一實施例中，當-ε 2＜ IN-FB1 ＜ ε 1時，脈衝寬度調製控制器110可以決定在當前的操作週期中不執行充電操作也不執行放電操作，也就是說，當-ε 2＜ IN-FB1 ＜ ε 1時，該週期的模式是「空閒（idle）」。
接著在步驟404中，脈衝寬度調製控制器110可以根據反饋信號FB1和輸入信號IN獲得一脈衝寬度控制碼。基於執行的充電或放電操作，脈衝寬度調製控制器110由儲存在記憶體304的充電查找表304_1或放電查找表304_2取出脈衝寬度控制碼。
本申請的查找表（包括充電查找表304_1或放電查找表304_2）可以是一二維（two-dimensional，2D）陣列的形式，或包含二維陣列。第5圖為本申請一實施例之一示例性查找表的一部份。為了簡潔起見，第5圖中僅圖示出查找表的前7行以及第29-36列。
儲存在一特定行中的脈衝寬度控制碼用來產生脈衝寬度調製信號以控制雙向電路120在不同操作點下在電容性負載CL上產生一特定預期電壓變化。假設第5圖中所示的查找表表示充電查找表，儲存在第n行的脈衝寬度控制碼用來產生脈衝寬度調製信號以執行充電操作，並實現 n×ΔV U的一增加量於電容性負載上，其中ΔV U可以是電壓變化的一個單位，例如0.73mV。也就是說，第1行的脈衝寬度控制碼用來產生脈衝寬度調製信號以執行充電操作，並實現1×ΔV U的一增加量於負載CL上。而第2行的脈衝寬度控制碼用來產生脈衝寬度調製信號以實現2×ΔV U的一增加量於負載CL上，以此類推。相似地，假設第5圖中所示的查找表表示放電查找表，儲存在第n行的脈衝寬度控制碼用來產生脈衝寬度調製信號以執行放電操作，並實現 n×ΔV U的一減少量於負載CL上。ΔV U的決定將在後面詳細說明。
儲存在同一行中的脈衝寬度控制碼可以視為不同脈衝寬度的一集合，用來處理不同的工作點。一工作點可以由幾個要素來定義，例如：在充磁操作（在電感L1中將電能轉換為磁能）期間和放磁操作（將電感L1中的磁能轉換回電能）期間施加在L1兩端的電壓；一特定V PZT電壓準位下的C PZT的值；當前週期的操作下的V DD、V TOG、V MV的電壓準位等。由於上述這些要素／變化，脈衝寬度調製信號S1~S4的脈衝寬度需要針對每個操作點進行最佳化，進而控制雙向電路120的操作以一致地在負載CL的兩端產生相同的預期電壓變化。
簡而言之，查找表可以是二維陣列的形式，如第5圖所示。查找表的一維度（例如查找表的行）包含脈衝寬度控制碼，脈衝寬度控制碼響應於不同操作點的各種要素而變化，以實現負載CL在不同操作點下的一致電壓；查找表的另一維度（例如查找表的一特定列）包含脈衝寬度控制碼，用於在特定工作點下在負載CL兩端上產生不同幅度的電壓變化，其中電壓變化的幅度可以是一單位大小的整數倍，例如 n×ΔV U。
需注意的是，由於電容C PZT隨著施加電壓V PZT而變化，其中施加電壓V PZT可以用反饋信號來表示，或者用輸入信號來近似。儲存在查找表的一行中的脈衝寬度控制碼（解讀為記載在請求項中的二維陣列的第一維度的第一子陣列）對應於負載電壓V PZT的不同電位，或是對應於輸入信號IN的不同電位。相似地，儲存在查找表的一列中的脈衝寬度控制碼（解讀為記載在請求項中的二維陣列的第二維度的第二子陣列）對應於輸入信號IN的一特定電位，或是對應於負載電壓或反饋信號FB的一特定電位。
在這個實施例／考慮中，查找表的每個項目可以通過引用具有索引n1和n2的二維位址(n1, n2)來取得。索引n1可以指示輸入信號IN（或反饋信號FB／FB1）的一當前電位。索引n2可以指示在當前／下一個操作週期中預期達到的一電壓變化，並且這個電壓變化對應於輸入信號IN和反饋信號FB的差異值。
預期的電壓變化／差異可以量化為ΔV的一個整數倍，這意味著ΔV可以被視為充電或放電操作的一步階大小（step size）（其中，在本申請中ΔV和ΔV U可以互換使用）。也就是說，在一實施例中，由充電或放電操作引起的電容性負載的一預期電壓差是步階大小ΔV的整數倍。ΔV的值可以以任何適當的方式決定。在一實施例中，將負載電壓V PZT表示為一N位元數位訊號的情況下，ΔV可以計算為： 或 （式1）。
這裡V pp表示為電容性負載的一峰對峰電壓，或是負載電壓的一電壓範圍。在一示例性實施例中，當峰對峰電壓V pp等於30V且V PZT可以表示為一8位元系統時，電壓的步階大小ΔV可以等於： 。
在一實施例中，索引n2可以先由計算輸入信號IN和反饋信號FB1之間的差異來獲得，然後根據之前計算的差異獲得／取得一資訊整數（informative integer）作為索引n2。
在一實施例中，輸入信號IN和反饋信號FB1的差異（值）可以用數學式表示為： （式2）。
其中Diff k表示操作週期 k對應的差異值；abs( )表示取絕對值運算，用來輸出一絕對值或其大小；以及索引 k和 k-1是時間週期索引，分別指當前操作週期和前一個操作週期。在此，FB k -1表示對應於上述前一操作週期的反饋信號FB1。在式2中，絕對值運算是為了正確評估電容性負載CL／C PZT中儲存了多少電荷（無論負載電壓V PZT的極性為何），從而可以適當地做出是否執行充電或放電操作的決定。可以看出式1中的絕對值運算是為了移除IN k 和FB k -1的極性帶來的效應，其中，IN k 和FB k -1的極性效應將通過第2圖所示的單端轉差動轉換器200的切換開關SW1和SW2加回來。在一實施例中，輸入信號IN／IN k 和反饋信號FB1／FB k-1皆是數位的，因此差異Diff／Diff k 也是數位的。
在差異值Diff k 計算出來之後，在一實施例中，還可以計算索引n2，其可以表示為數學式： （式3a）。
在式3a中，B_diff是指差異值Diff／Diff k的位元數，差異值Diff可假設為一B_diff位元的數位信號。此外，查找表的第二維度中的步階大小（ΔV或STP 2）可以表示為ΔV = V pp/2 B2= STP 2，其中B2與查找表提供的充電／放電解析度有關。換言之，索引n2是由取差異值Diff／Diff k 的大小（或絕對值）的最高有效的B2個位元來獲得。在一示例性實施例中，差異值Diff／Diff k是一24位元的信號（B_diff = 24），查找表可以通過ΔV = STP 2= V pp/2 12來計算ΔV，以實現12位元解析度（B2 = 12），因此，索引n2可以通過取得abs(Diff)的最高有效的12個位元（12 = B_diff – B2）來計算。在此，符號ΔV和STP 2可以互換使用，而符號N和B2也可以互換使用。
在另一實施例中， 索引n2的另一種表達方式可以表示為： （式3b）；
其中round函數將數字四捨五入為最接近的整數。
說明性地，第5圖摘錄了紀錄對應於索引n1和n2的若干數值的脈衝寬度控制碼的查找表，其中索引n1是列索引以及索引n2是行索引。根據輸入信號IN和反饋信號FB的差異值，脈衝寬度調製控制器110可以決定在此操作週期中要實現的電壓步階ΔV的數量，例如1×ΔV、2×ΔV… 7×ΔV，以決定索引n2並從所選行中選取脈衝寬度控制碼。
需注意的是，根據差異Diff／Diff k 而獲得／取得資訊整數作為索引n2的具體操作不限於此。只要n2和Diff k 之間的關係可以用式3a和式3b表示，就滿足本申請的需求，並屬於本申請的範疇。
另一方面，索引n1可以指引輸入信號IN或反饋信號FB的當前電壓；因此，根據接收到的輸入信號IN或反饋信號FB，脈衝寬度調製控制器110可以決定索引n1並且由所選列中選取脈衝寬度控制碼。如前所述，反饋信號FB可以由單端轉差動轉換器200的差動電壓VoP-VoN來產生，這相當於壓電致動揚聲器PZT的電壓V PZT。在一優選實施例中，輸入信號IN被提供來決定索引n1，可以提高能量回收系統的穩定度。需注意的是反饋信號FB最終會趨近於輸入信號IN；因此，提供輸入信號IN以決定索引n1也可以達到相同的結果。
在一實施例中，索引n1可以表示為： （式4a）；
其中，floor函數取數字的整數部分，B_in為輸入信號IN的位元數（即，輸入信號IN是B_in位元的數位信號），以及B1相關於用來表示輸入信號IN的準位數目。在一實施例中，查找表可以包含2 B1列，並且輸入信號IN的總範圍可以被步階值劃分為2 B1階。因此索引n1是通過獲得／取得輸入信號IN的最高有效的B1個位元來獲得。在一示例性實施例中，輸入信號IN是一24位元的信號，並且索引n1是一6位元的數值，其定義了輸入信號IN的64個電位；因此，索引n1可以通過取輸入信號IN的最高有效的6個位元來獲得。如此一來，索引n1可以反映輸入信號IN的電位，以決定反饋信號FB趨近輸入信號IN時的反饋信號FB的電位。
需注意的是，數值 選擇性地包含在索引n1的計算中。在一實施例中，當輸入信號IN已經被偏置且始終為正值時，則不需要取值 。此時索引n1可以表示為： （式4b）。
索引n1的另一種表達方式可以表示為： （式4b）；
或 （式4b）；
其中STP 1、索引n1的電壓步階大小等於V pp/2 B1。在一些實施例中，上述方程式中使用的floor函數可以替代為round函數，並且不限於此。
相似地，根據輸入信號IN獲得／取得資訊整數作為索引n1的具體操作不限於此。只要n1和IN之間的關係可以用式4a-4b的其中之一表示，就滿足本申請的要求，屬於本申請的範疇。
基於根據反饋信號FB1和輸入信號IN得到的索引n1和n2，脈衝寬度調製控制器可以相對應地選取脈衝寬度控制碼。
在步驟406和步驟408中，脈衝寬度調製控制器根據所選取的脈衝寬度控制碼產生脈衝寬度調製信號SP1-SP4，並且輸出所產生的脈衝寬度調製信號SP1-SP4給雙向電路120。
雙向電路120會根據步驟408所產生的脈衝寬度調製信號SP1-SP4進行充電操作或放電操作。
在步驟410中，在根據脈衝寬度調製信號SP1-SP4完成充電操作或放電操作之後（或在當前操作週期結束時），脈衝寬度調製控制器110還可以接收反饋信號FB2，其對應於當前操作週期。
在一實施例中，反饋信號FB1／FB k- 1可以表示為在前一個操作週期（例如操作週期 k-1）結束時的負載電壓V PZT（不考慮V BIAS）。在當前操作週期中，雙向電路基於根據反饋信號FB1獲得的脈衝寬度控制碼執行充電或放電操作，並且產生負載電壓V PZT的一電壓變化。在當前操作週期結束時（例如操作週期 k），負載電壓V PZT可以視為反饋信號FB2／FB k （不考慮V BIAS）。
步驟402-410的詳細內容還可以參考美國專利公告號11,271,480，為了簡潔起見，在此不再贅述。
在步驟412中，脈衝寬度調製控制器110可以根據反饋信號FB1和FB2決定是否調整或如何調整脈衝寬度控制碼。在接收到反饋信號FB2之後，脈衝寬度調製控制器110還可以判斷實際電壓差。如果實際電壓差不等於或是明顯偏離預期電壓差，則可能需要根據反饋信號FB1和FB2調整脈衝寬度控制碼。一旦更新了脈衝寬度控制碼，更新後的脈衝寬度控制碼將被寫入（即被儲存）回記憶體中查找表的位址(n1, n2)，其中位址(n1, n2)是在步驟404中獲取原始脈衝寬度控制碼的位址。
第6圖為本申請一實施例的一查找表學習流程60的流程圖。查找表學習流程60可以在諸如110的一脈衝寬度調製控制器中實現，並且可以被視為步驟412的詳細過程。如第6圖所示，查找表學習流程60包含有下述步驟：
步驟600：  獲得一預期電壓差dV intend。
步驟602：  計算一實際電壓差dV actual。
步驟604：  計算在預期電壓差dV intend和實際電壓差dV actual之間的一不匹配MM。
步驟606：  根據不匹配MM決定是否調整或如何調整脈衝寬度控制碼。
步驟608：  增加脈衝寬度控制碼。
步驟610：  減少脈衝寬度控制碼。
在步驟600中，脈衝寬度調製控制器110可以藉由獲得索引n2來獲得預期電壓差dV intend。預期電壓差dV intend是負載電壓V PZT上的預期電壓變化，預期電壓變化是預期在當前操作週期期間通過使用脈衝寬度控制碼的充電或放電操作產生。
在一實施例中，預期電壓差dV intend在充電操作執行時可取得為n2×ΔV，而在放電操作執行時可取得為(–1)×n2×ΔV。預期電壓差dV intend可以視為根據步驟404中獲得的脈衝寬度控制碼在當前操作週期期間透過充電或是放電操作預期可以實現的一目標電壓變化。
在接收到當前操作週期的反饋信號FB2之後，在步驟602中，脈衝寬度調製控制器110可以將實際電壓差dV actual計算為當前操作週期的反饋信號FB2和前一個操作週期的反饋信號FB1之間的一差異，例如dV actual= FB2 – FB1。實際電壓差dV actual反映了負載電壓V PZT在當前操作週期期間通過使用脈衝寬度控制碼的充電或放電操作實際產生的實際電壓變化。
通過比較預期電壓差dV intend和實際電壓差dV actual，可以判斷脈衝寬度控制碼是否準確或脈衝寬度控制碼有多準確。在步驟604中，脈衝寬度調製控制器110可以計算預期電壓差dV intend和實際電壓差dV actual之間的不匹配MM。在一實施例中，脈衝寬度調製控制器110可以計算不匹配MM為： ；
其中當前實施例的不匹配MM等於實際電壓差dV actual減去預期電壓差dV intend。
在步驟606中，脈衝寬度調製控制器110進而根據不匹配MM決定是否調整脈衝寬度控制碼或是如何調整脈衝寬度控制碼。如果不匹配MM表示雙向電路執行的充電或放電操作不足，脈衝寬度調製控制器110可以增加脈衝寬度控制碼（步驟608），並且將增加後的脈衝寬度控制碼儲存回記憶體304中。另一方面，如果不匹配MM表示雙向電路執行的充電或放電操作過度，脈衝寬度調製控制器110可以減少脈衝寬度控制碼（步驟610），並且將減少後的脈衝寬度控制碼儲存回記憶體304中。反之，如果不匹配MM表示雙向電路執行的充電或放電操作沒有不足也沒有過度，脈衝寬度調製控制器110可以決定不調整／更新脈衝寬度控制碼。
在步驟606中根據不匹配MM判斷充電或放電操作是否不足或是過度的詳細過程不以上述為限。例如，假設執行充電操作，意味著dV intend＞ 0且dV actual＞ 0，如果MM ＜ 0或MM ＜ –TH2（TH2＞0），脈衝寬度調製控制器110可以判斷充電操作是不足的；並且如果MM ＞ 0或MM ＞ TH1（TH1＞0），脈衝寬度調製控制器110可以判斷充電操作是過度的。在此，dV intend和dV actual可以分別解釋為在充電操作／環境下的預期電壓增加量和實際電壓增加量（其中電壓增加量表示電壓所增加的量）。
另一方面，假設執行放電操作，意味著dV intend＜ 0 且dV actual＜ 0，如果MM ＞ 0或是MM ＞ TH3（TH3＞0），脈衝寬度調製控制器110可以判斷放電操作是不足的；並且如果MM ＜ 0或是MM ＜ –TH4（TH4＞0），脈衝寬度調製控制器110可以判斷充電操作是過度的。由於執行放電操作時dV intend／dV actual本身為負，在放電操作下，電壓減少量可以表示為(–1)×dV intend以及(–1)×dV actual（其中電壓減少量表示電壓所減少／降低的量）。因此，(–1)×dV intend和(–1)×dV actual可以分別解釋為在放電操作／環境下的預期電壓減少量和實際電壓減少量。
需注意的是，用來判斷充電操作或放電操作是否不足或過度的臨界值，（例如，TH1-TH4）可以根據實際狀況來選擇，並且不限於任何特定值。
上述查找表學習操作連同驅動操作可以視為一反饋控制機制（feedback control mechanism），進一步詳述為一詳細查找表學習流程70，如第7圖所示（其中第7圖中的下標 k代表操作週期索引）。詳細查找表學習流程70包含有下述步驟：
步驟700：  接收輸入信號IN k 和反饋信號FB k- 1。
步驟702：  尋找查找表中的索引n1和n2。
步驟704：  計算輸入信號IN k 和反饋信號FB k -1的差異值Diff k 。如果差異值Diff大於0，接著執行步驟710；如果差異值Diff小於0，接著執行步驟720。
步驟710：  根據位址(n1, n2)從充電查找表304_1中取出一脈衝寬度控制碼。
步驟711：  根據脈衝寬度控制碼獲得脈衝寬度調製信號。
步驟712：  執行充電操作，和接收反饋信號FB k 。
步驟713：  獲得實際電壓差dV actual和預期電壓差dV intend。
步驟714：  計算實際電壓差dV actual和預期電壓差dV intend之間的不匹配MM。
步驟715：  比較不匹配MM和臨界值TH1及-TH2。如果不匹配MM小於臨界值-TH2，接著執行步驟716；如果不匹配MM大於臨界值TH1，接著執行步驟717。
步驟716：  脈衝寬度控制碼增加1。
步驟717：  脈衝寬度控制碼減少1。
步驟720：  根據該位址(n1, n2)從放電查找表304_2中取出一脈衝寬度控制碼。
步驟721：  根據脈衝寬度控制碼獲得脈衝寬度調製信號。
步驟722：  執行放電操作，和接收反饋信號FB k 。
步驟723：  獲得實際電壓差dV actual和預期電壓差dV intend。
步驟724：  計算實際電壓差dV actual和預期電壓差dV intend之間的不匹配MM。
步驟725：  比較不匹配MM和臨界值TH3及-TH4。如果不匹配MM大於臨界值TH3，接著執行步驟726；如果不匹配MM小於臨界值–TH4，接著執行步驟727。
步驟726：  脈衝寬度控制碼增加1。
步驟727：  脈衝寬度控制碼減少1。
步驟750：  進入下一個操作週期，並且返回步驟700。
根據詳細查找表學習流程70，脈衝寬度調製控制器110可以決定是否根據差異值Diff為一正數或一負數執行充電或放電操作，並且相對應地取出充電查找表304_1或放電查找表304_2的脈衝寬度控制碼。在查找表學習操作中，脈衝寬度控制碼可以根據在充電或放電操作下與臨界值的比較而增加或是減少。例如，在充電階段時，實際電壓差dV actual和預期電壓差dV intend可以是正數；因此，較大的不匹配MM指示了充電是過度的，並且較小的不匹配MM指示了充電是不足的。不匹配MM與臨界值TH1和-TH2做比較。因此，如果不匹配MM小於臨界值–TH2（其可以是一負值或0），則判斷為充電不足並且脈衝寬度控制碼應該增加1；而如果不匹配MM大於臨界值TH1（其可以是一正值或0），則判斷為充電過度並且脈衝寬度控制碼應該減少1。臨界值TH1和TH2的數值大小可以相同也可以不同。
另一方面，在放電階段時，實際電壓差dV actual和預期電壓差dV intend可以是負數；因此，較大的不匹配MM指示了放電是不足的，並且較小的不匹配MM指示了放電是過度的。不匹配MM與臨界值TH3和-TH4做比較。因此，如果不匹配MM大於臨界值TH3（其可以是一正值或0），則判斷為充電不足並且脈衝寬度控制碼應該增加1；而如果不匹配MM小於臨界值-TH4，則判斷為放電過度並且脈衝寬度控制碼應該減少1。臨界值TH3和TH4的數值大小可以相同也可以不同。
換言之，步驟716表示當實際電壓增加量小於預期電壓增加量時增加脈衝寬度控制碼；步驟717表示當實際電壓增加量大於預期電壓增加量時減少脈衝寬度控制碼；步驟726表示當實際電壓減少量小於預期電壓減少量時增加脈衝寬度控制碼；步驟727表示當實際電壓減少量大於預期電壓減少量時減少脈衝寬度控制碼。
此外，在這個實施例中，脈衝寬度控制碼在每個操作週期期間增加1或減少1，但不以此為限。在另一實施例中，脈衝寬度控制碼可以以任何適當的方式調整（增加或減少），例如通過基於不匹配MM的值來決定的一電位。例如，如果不匹配MM遠大於或遠小於相對應的臨界值，則脈衝寬度控制碼的調整幅度可大於1。只要由記憶體中取出脈衝寬度控制碼可更新並寫入回記憶體中，就滿足本申請的需求，並且也屬於本申請的範疇。
此外，可以在每個操作週期執行詳細查找表學習流程70中所示的脈衝寬度控制碼更新操作。本領域技術人員應當理解本申請並不限於此。例如，在一實施例中，查找表學習操作可以以任何不變或可變的頻率執行，例如，每3到5個操作週期執行一次。在另一實施例中，查找表學習功能可以在一特定週期開啟，然後關閉，其中開啟時間可以預先決定。
需注意的是，詳細查找表學習流程70中的幾個步驟是可以互換的。例如，在步驟702中尋找索引n1和n2的操作以及在步驟704中計算差異值Diff的操作是可以互換的；也就是說，在尋找查找表的索引n1和n2之前，差異值Diff可以先計算，或者這兩個步驟可以同時執行。這不會影響詳細查找表學習流程70所達到的效果。
從另一個角度來看，如第5圖所示的以二維陣列排列的脈衝寬度控制碼僅作為一種運作範例，而本領域技術人員可以據此進行修改和變更。例如，可以將原本排列成二維陣列的脈衝寬度控制碼堆疊（stacked）或甚至交換（permuted）成一個長的一維陣列，並且儲存於記憶體的一查找表，這也屬於本申請的範疇。
第8圖為雙向電路120在查找表學習操作之前和之後所產生的輸出電壓的波形圖的模擬結果，其中波形圖顯示了差動電壓VoP和VoN以及差動電壓的差VoP-VoN。在第8圖的模擬結果中，輸入信號IN是具有正弦波形的一單頻（single tone）信號。如第8圖的左邊部分所示，在執行查找表學習操作之前（或沒有查找表學習的情況），波形圖高度失真、粗糙且不規則，因此聲音訊號可能包含明顯的失真。相較之下，在查找表學習操作執行之後，如第8圖的右邊部分所示，波形圖變成平滑的正弦訊號；這意味著利用查找表學習操作可以顯著地提高音質。
此外，脈衝寬度調製控制器中的數模轉換器（美國專利公告號11,271,480中公開的電路架構）存在一些缺陷，這打破了數模轉換器在實作中的單調性（monotonicity）。查找表學習操作也可以消除這些缺陷。
本申請提供的查找表學習方法可以採用合適的方式實現。在上述實施例中，查找表學習操作在驅動電路10的脈衝寬度調製控制器110中實現，更具體而言，實現在脈衝寬度調製控制器110的控制電路302中，其中控制電路302可以實現為一積體電路（integrated circuit，IC）。因此查找表學習操作可以實現為包括在控制電路302中的一特殊應用積體電路（application specific integrated circuit，ASIC）。在這種狀況下，查找表學習的計算可以通過積體電路的比較器、加法器和／或減法器來實現。供選擇地或額外地，查找表學習方法也可以包括諸如一微處理器、一微控制器單元等處理電路中實現的軟體演算法，其中脈衝寬度調製控制器110的控制電路302可以被視為是處理電路的一部分。
需注意的是，在上述實施例中，控制電路302可以是執行查找表學習操作的電路。在一實施例中，控制電路302可以是一數位電路，並且控制電路302處理的輸入信號IN和反饋信號FB也是數位信號。
綜上所述，本申請提供一種用於具有壓電致動揚聲器的一音頻系統（acoustic system）的一驅動電路的查找表學習方法。驅動電路可以採用一直流對直流轉換器等雙向電路來驅動壓電致動揚聲器，並且輸出脈衝寬度調製信號以控制雙向電路。脈衝寬度調製信號的脈衝寬度是根據預先計算並儲存在記憶體中的脈衝寬度控制碼來決定的。由於電感、參數飄移和／或製程不匹配等誤差，計算出的脈衝寬度控制碼可能不準確。因此驅動電路的脈衝寬度調製控制器可以執行查找表學習操作來調整／更新脈衝寬度控制碼，從而改善雙向電路的充電／放電行為。當脈衝寬度調製控制器判斷充電或放電不足時，可以增加脈衝寬度控制碼；當脈衝寬度調製控制器判斷充電或放電過度時，可以減少脈衝寬度控制碼。在這種狀況下，脈衝寬度控制碼的值可以在雙向電路的操作期間不斷地修正，從而改進音頻系統的輸出音質。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10:驅動電路 11:電壓源 40, 60, 70:流程 110:脈衝寬度調製控制器 120:雙向電路 200:單端轉差動轉換器 202:偏壓電壓產生器 204:電壓位移電路 302:控制電路 304:記憶體 304_1, 304_2:查找表 306:數模轉換器 308:鋸齒信號產生器 310:比較器 402-412, 600-610, 700-750:步驟 CL:電容性負載 C PZT:電容 L1:電感器 SP1-SP4:脈衝寬度調製信號 T1-T4, SW1, SW2, SW3:開關 V DD, V TOG, V TOP, V BOT, VoP, VoN, V BIAS, V PZT, V MV, V A:電壓 S saw:鋸齒信號 IN:輸入信號 FB:反饋信號 N1, N2, P1, P2, ND:節點 n1, n2:索引
第1圖為本申請一實施例之一驅動電路的示意圖。 第2圖是本申請一實施例的具有電容性負載的雙向電路的一示例性實施方式的示意圖。 第3圖是脈衝寬度調製控制器的一詳細實施例的示意圖。 第4圖為本申請一實施例之一流程的流程圖。 第5圖為本申請一實施例之記錄脈衝寬度控制碼的一示例性查找表的一部份。 第6圖為本申請一實施例的一查找表學習流程的流程圖。 第7圖為本申請一實施例的一詳細查找表學習流程的流程圖。 第8圖為雙向電路在查找表學習操作之前和之後所產生的輸出電壓的波形圖的模擬結果。
40:流程
402-412:步驟

Claims (28)

  1. 一種方法，用於一驅動電路中的一脈衝寬度調製（Pulse Width Modulation，PWM）控制器，該驅動電路包括耦接一負載的一雙向電路，該方法包括： 根據來自該負載的一第一反饋信號和一輸入信號之間的差異，由儲存於該脈衝寬度調製控制器中一記憶體的一查找表獲得一脈衝寬度控制碼（Pulse Width Control Code，PWCC），其中該脈衝寬度控制碼對應於一預期電壓差，且該第一反饋信號對應於一第一週期； 根據該脈衝寬度控制碼產生複數個脈衝寬度調製信號，其中在一第二週期的期間，該雙向電路根據該複數個脈衝寬度調製信號對該負載執行一充電操作或一放電操作； 從該負載接收對應於該第二週期的一第二反饋信號；以及 根據該第一反饋信號和該第二反饋信號更新該脈衝寬度控制碼，並將更新後的該脈衝寬度控制碼存回該記憶體的該查找表。
  2. 如請求項1所述的方法，其中根據該第一反饋信號和該第二反饋信號更新該脈衝寬度控制碼的步驟包含有： 獲得該第一反饋信號和該第二反饋信號之間的一實際電壓差； 計算該實際電壓差和該預期電壓差之間的一不匹配；以及 根據該不匹配調整該脈衝寬度控制碼； 其中該預期電壓差是根據該第一反饋信號和該輸入信號所決定。
  3. 如請求項1所述的方法，其中根據該第一反饋信號和該第二反饋信號更新該脈衝寬度控制碼的步驟包含有： 當一實際電壓增加量小於一預期電壓增加量時，增加該脈衝寬度控制碼，並且相應地產生一增加的脈衝寬度控制碼； 其中該預期電壓增加量代表在該充電操作下的該預期電壓差； 其中該增加的脈衝寬度控制碼代表更新後的該脈衝寬度控制碼，並且寫入到儲存於該記憶體的一充電查找表。
  4. 如請求項1所述的方法，其中根據該第一反饋信號和該第二反饋信號更新該脈衝寬度控制碼的步驟包含有： 當一實際電壓增加量大於一預期電壓增加量時，減少該脈衝寬度控制碼，並且相應地產生一減少的脈衝寬度控制碼； 其中該預期電壓增加量代表在該充電操作下的該預期電壓差； 其中該減少的脈衝寬度控制碼代表更新後的該脈衝寬度控制碼，並且寫入到儲存於該記憶體的一充電查找表。
  5. 如請求項1所述的方法，其中根據該第一反饋信號和該第二反饋信號更新該脈衝寬度控制碼的步驟包含有： 當一實際電壓減少量小於一預期電壓減少量時，增加該脈衝寬度控制碼，並且相應地產生一增加的脈衝寬度控制碼； 其中該預期電壓減少量代表在該放電操作下的該預期電壓差； 其中該增加的脈衝寬度控制碼代表更新後的該脈衝寬度控制碼，並且寫入到儲存於該記憶體的一放電查找表。
  6. 如請求項1所述的方法，其中根據該第一反饋信號和該第二反饋信號更新該脈衝寬度控制碼的步驟包含有： 當一實際電壓減少量大於一預期電壓減少量時，減少該脈衝寬度控制碼，並且相應地產生一減少的脈衝寬度控制碼； 其中該預期電壓減少量代表在該放電操作下的該預期電壓差； 其中該減少的脈衝寬度控制碼代表更新後的該脈衝寬度控制碼，並且寫入到儲存於該記憶體的一放電查找表。
  7. 如請求項1所述的方法，另包括： 從該記憶體中的該查找表獲得一位址，該位址用於獲得該脈衝寬度控制碼； 根據該位址，取出該查找表的一項目作為該脈衝寬度控制碼；以及 根據該位址，將更新後的該脈衝寬度控制碼存回該記憶體中的該查找表。
  8. 如請求項7所述的方法，其中獲得該位址的步驟包含有： 根據該輸入信號或該第一反饋信號，決定該位址的一第一索引。
  9. 如請求項7所述的方法，其中獲得該位址的步驟包含有： 根據該輸入信號和該第一反饋信號之間的差異，決定該位址的一第二索引。
  10. 一種驅動電路，包含有： 一雙向電路，耦接一負載；以及 一脈衝寬度調製（Pulse Width Modulation，PWM）控制器，包括儲存有一查找表的一記憶體，該脈衝寬度調製控制器用來執行以下步驟： 根據來自該負載的一第一反饋信號和一輸入信號之間的差異，由該查找表獲得一脈衝寬度控制碼（Pulse Width Control Code，PWCC），其中該脈衝寬度控制碼對應於一預期電壓差，且該第一反饋信號對應於一第一週期； 根據該脈衝寬度控制碼產生複數個脈衝寬度調製信號，其中在一第二週期的期間，該雙向電路根據該複數個脈衝寬度調製信號對該負載執行一充電操作或一放電操作； 從該負載接收對應於該第二週期的一第二反饋信號；以及 根據該第一反饋信號和該第二反饋信號更新該脈衝寬度控制碼，並將更新後的該脈衝寬度控制碼存回該記憶體的該查找表。
  11. 如請求項10所述的驅動電路，其中該脈衝寬度調製控制器另用來執行以下步驟： 獲得該第一反饋信號和該第二反饋信號之間的一實際電壓差； 計算該實際電壓差和該預期電壓差之間的一不匹配；以及 根據該不匹配調整該脈衝寬度控制碼； 其中該預期電壓差是根據該第一反饋信號和該輸入信號所決定。
  12. 如請求項10所述的驅動電路，其中該脈衝寬度調製控制器另用來執行以下步驟： 當一實際電壓增加量小於一預期電壓增加量時，增加該脈衝寬度控制碼，並且相應地產生一增加的脈衝寬度控制碼； 其中該預期電壓增加量代表在該充電操作下的該預期電壓差； 其中該增加的脈衝寬度控制碼代表更新後的該脈衝寬度控制碼，並且寫入到儲存於該記憶體的一充電查找表。
  13. 如請求項10所述的驅動電路，其中該脈衝寬度調製控制器另用來執行以下步驟： 當一實際電壓增加量大於一預期電壓增加量時，減少該脈衝寬度控制碼，並且相應地產生一減少的脈衝寬度控制碼； 其中該預期電壓增加量代表在該充電操作下的該預期電壓差； 其中該減少的脈衝寬度控制碼代表更新後的該脈衝寬度控制碼，並且寫入到儲存於該記憶體的一充電查找表。
  14. 如請求項10所述的驅動電路，其中該脈衝寬度調製控制器另用來執行以下步驟： 當一實際電壓減少量小於一預期電壓減少量時，增加該脈衝寬度控制碼，並且相應地產生一增加的脈衝寬度控制碼； 其中該預期電壓減少量代表在該放電操作下的該預期電壓差； 其中該增加的脈衝寬度控制碼代表更新後的該脈衝寬度控制碼，並且寫入到儲存於該記憶體的一放電查找表。
  15. 如請求項10所述的驅動電路，其中該脈衝寬度調製控制器另用來執行以下步驟： 當一實際電壓減少量大於一預期電壓減少量時，減少該脈衝寬度控制碼，並且相應地產生一減少的脈衝寬度控制碼； 其中該預期電壓減少量代表在該放電操作下的該預期電壓差； 其中該減少的脈衝寬度控制碼代表更新後的該脈衝寬度控制碼，並且寫入到儲存於該記憶體的一放電查找表。
  16. 如請求項10所述的驅動電路，其中該脈衝寬度調製控制器另用來執行以下步驟： 從該記憶體中的該查找表獲得一位址，該位址用於獲得該脈衝寬度控制碼； 根據該位址，取出該查找表的一項目作為該脈衝寬度控制碼；以及 根據該位址，將更新後的該脈衝寬度控制碼存回該記憶體中的該查找表。
  17. 如請求項16所述的驅動電路，其中該脈衝寬度調製控制器另用來執行以下步驟： 根據該輸入信號或該第一反饋信號，決定該位址的一第一索引；以及 根據該輸入信號和該第一反饋信號之間的差異，決定該位址的一第二索引。
  18. 如請求項10所述的驅動電路，其中該雙向電路包含有： 一電感器； 一第一開關，耦接在一電壓源和該電感器的一第一端之間； 一第二開關，耦接該電感器的該第一端； 一第三開關，耦接在該負載和該電感器的一第二端之間；以及 一第四開關，耦接該電感器的該第二端； 其中在該充電操作的期間，該雙向電路形成流向該負載的一第一電流； 其中在該放電操作的期間，該雙向電路形成從該負載流出的一第二電流。
  19. 如請求項10所述的驅動電路，其中在該放電操作的期間，該雙向電路形成從該負載流向一電壓源的一第二電流。
  20. 如請求項10所述的驅動電路，另包括一單端轉差動轉換器，其中該單端轉差動轉換器包含有： 一第一開關，用來選擇性地將該負載的一第一端耦接到該雙向電路的一輸出端或一節點；以及 一第二開關，用來選擇性地將該負載的一第二端耦接到該雙向電路的該輸出端或該節點； 其中該第一開關和該第二開關由一第一控制信號控制，使得當該第一開關將該負載的該第一端耦接到該雙向電路的該輸出端時，該第二開關將該負載的該第二端耦接到該節點，或者當該第一開關將該該負載的該第一端耦接到該節點時，該第二開關將該負載的該第二端耦接到該雙向電路的該輸出端。
  21. 如請求項20所述的驅動電路，其中該單端轉差動轉換器另包含有： 一電壓位移電路，耦接於該節點，用來選擇性地施加一位移電壓到該節點； 其中該電壓位移電路由一第二控制信號控制，且該第二控制信號是根據該輸入信號或該第一反饋信號產生； 其中當該輸入信號或該第一反饋信號的一強度小於一臨界值時，該電壓位移電路選擇性地施加該位移電壓到該節點。
  22. 如請求項20所述的驅動電路，另包含有： 一偏壓電壓產生器，耦接在該單端轉差動轉換器和該負載之間。
  23. 如請求項10所述的驅動電路，其中該脈衝寬度調製控制器包含有： 一數模轉換器（digital-to-analog converter，DAC），用來將該脈衝寬度控制碼轉換為一類比電壓； 一波型產生器，用來產生一鋸齒信號或一類鋸齒信號；以及 一比較器，用來將該鋸齒信號或該類鋸齒信號與該類比電壓進行比較，並且產生一比較結果作為一脈衝寬度調製信號，該脈衝寬度調製信號具有對應於該脈衝寬度控制碼的一脈衝寬度。
  24. 如請求項23所述的驅動電路，其中該數模轉換器產生該類比電壓，使得該類比電壓與該脈衝寬度控制碼具有一非線性關係。
  25. 如請求項10所述的驅動電路， 其中儲存於該記憶體的該查找表包括一二維（two-dimensional，2D）陣列； 其中複數個第一脈衝寬度控制碼沿著該二維陣列的一第一維度儲存在一第一子陣列中，該複數個第一脈衝寬度控制碼對應於複數個負載電壓或複數個輸入信號位準，並且準備來實現一第一預期電壓差； 其中複數個第二脈衝寬度控制碼沿著該二維陣列的一第二維度儲存在一第二子陣列中，該複數個第二脈衝寬度控制碼準備來實現複數個第二預期電壓差，並且對應於一第二負載電壓或一第二輸入信號位準。
  26. 如請求項10所述的驅動電路，其中用於該充電操作的一第一查找表和用於該放電操作的一第二查找表儲存於該記憶體中。
  27. 如請求項10所述的驅動電路，另包含有： 一模數轉換器（analog-to-digital converter，ADC），包含有： 一第一輸入端，耦接於該負載的一第一端； 一第二輸入端，耦接於該負載的一第二端；以及 一輸出端，用來提供該第一反饋信號或該第二反饋信號給該脈衝寬度調製控制器。
  28. 如請求項10所述的驅動電路，其中該負載為一電容式揚聲器負載，該輸入信號是根據一可聽頻帶內的一原始音頻信號所產生，該驅動電路用來根據該輸入信號驅動該電容式揚聲器負載，並且該電容式揚聲器負載的一輸出與該輸入信號實質上呈正比。
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