TWI798822B - 驅動器電路 - Google Patents
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Abstract
本揭露係關於一種電路,包括:數位電路,被配置為產生數位輸出訊號;以及監控電路,被配置為監控對數位電路的供應電壓,並輸出控制訊號,以控制數位電路的運作,其中控制訊號是基於供應電壓而決定的。
Description
下文敘述依據本揭露之範例實施例。進一步的範例實施例及實施方式,對本揭露所屬領域具技術之人而言,乃顯而易見。又,本揭露所屬領域具技術之人將可認識到,其人可使用多種等效技術,替代或結合下文所述之實施例,且所有此種等效技術皆應視為包含於本揭露之中。
本揭露中的範例實施例,係關於類比及/或數位電路,用於控制或驅動換能器(transducer)及/或電子電路。
一種控制換能器(例如直流馬達)速度的方式,為調整施加至該馬達的供應電壓。因此,當馬達上不具有任何負載時,若供應電壓較高,則馬達速度較高,而若供應電壓較低,則馬達速度較低。然而,以此種方式控制馬達速度,會限制馬達的功率及/或扭力(torque),並導致馬達速度易受馬達負載影響。又,由於馬達速度依據供應電壓變化,故供應電壓的任何變化(例如供應電壓上升量的減少,例如因提供供應電壓的電池放電所致)亦會影響馬達速度。
另一種控制換能器(例如直流馬達)速度的方式,為使用數位訊號,例如脈寬調變(PWM)或脈期調變(PDM)驅動訊號,來控制直流馬達的速度。透過馬達的數位驅動器電路所輸出的數位驅動訊號的工作週期(duty cycle)的變化,可控制馬達速度,使馬達速度被數位驅動訊號的均方根(RMS)值有效控制。在供應電壓變化的開迴路(open-loop)馬達控制系統中(例如其中數位驅動器電路的供應電壓由電池等電壓源供應),馬達速度為數位驅動訊號的工作週期及供應電壓二者的函數,因當供應電壓變化時,數位驅動訊號的均方根值亦會隨之變化。
在另一範例實施例中,一種控制換能器(例如音效揚聲器系統)的功率效率(power efficiency)及驅動器配置的方式,為調整施加於音效揚聲器驅動器的供應電壓。音效揚聲器驅動器可使用類比驅動訊號及電路驅動音效揚聲器,例如本揭露所屬領域具技術之人習知的G類放大器(Class G amplifier)及/或H類放大器(Class H amplifier)的相關電路。在此種類比配置中,較大的輸入訊號需要較大的供應電壓,以避免輸出訊號發生削波(clipping)情形,然而此一配置將需要較多能量;而較小的輸入訊號需要的供應電壓較小,進而可節省能量,並使換能器及驅動器配置的功率效率較高。
又,馬達驅動器、音效驅動器及觸覺驅動器(haptic driver)等換能器,可能需要自電池(例如鋰離子(Li-ion)電池)獲取突然且可能大量的暫態電流(transient current)。此種暫態電流需求的獨立及累積效應,可能導致例如以下結果:因電池供應電壓位準暫時低於暫時低壓(brownout)閾值,導致過早的系統暫時低壓;及/或誤導電路及包含該電路的主機裝置(host device)中的其他部件及/或系統,使其誤認為電池已到達結束充電的閾值,而事實上並未到達。此外,一個換能器的暫態需求可能造成電池供電的暫態電壓突降(dip),導致供應至其他換能器的輸出功率受到影響。又,此種同時發生的電流需求的累積功率損耗,可能導致電流及/或包含該電路的主機裝置中其他部件或系統不理想的過熱情形。
為了減輕馬達速度依賴供應電壓位準及數位驅動訊號工作週期的問題,可使用穩壓器(voltage regulator)電路,例如直流-直流轉換器電路、低壓差(LDO)穩壓器電路等,調節(regulate)數位驅動電路的供應電壓。然而,使用此種額外穩壓器電路,會增加控制直流馬達的系統的例如物理尺寸、部件數量及成本,且由於額外穩壓器電路的低效率及穩壓器電路所需的電壓餘裕(headroom),亦可能降低系統的功率效率。
數位驅動訊號亦可用於驅動其他換能器,例如發光二極體(LED)、觸覺換能器(haptic transducer)、諧振致動器(resonant actuator)等,而類似前文所述的問題在使用數位及/或類比驅動訊號於此等應用時亦會發生。
依據一第一態樣,本發明提供一種電路,包括:
一數位電路,被配置為產生一數位輸出訊號;以及
一監控電路,被配置為監控該數位電路的一供應電壓,並輸出一控制訊號,用於控制該數位電路的運作,其中該控制訊號是基於該供應電壓而決定的。
該數位電路可運作,以基於該控制訊號,控制一數位輸出訊號的一參數。
該數位電路可運作,以基於該控制訊號,控制該數位輸出訊號的一脈波的一脈波寬度,以維持該數位輸出訊號在每一時段的一給定平均電壓,以至少部分補償該供應電壓大小的一變化。
該電路可被配置為增加該數位輸出訊號的脈波的脈波寬度,以至少部分補償該供應電壓大小的減少。
該電路可被配置為減少該數位輸出訊號的脈波的脈波寬度,以至少部分補償該供應電壓大小的增加。
該監控電路可被配置為接收用於該數位電路的一輸入訊號,並基於該控制訊號輸出一修正輸入訊號至該數位電路,且該數位電路可被配置為基於該修正輸入訊號,產生該數位輸出訊號。
該監控電路可包括:
一波型產生器電路,被配置為產生一電壓,該電壓具有基於該供應電壓的一大小隨時間變化的一振幅;
一比較器電路,被配置為比較該電壓與一參考電壓,並在該電壓到達該參考電壓時,輸出一比較訊號;以及
一邏輯電路,被配置為接收該輸入訊號及該比較訊號,並基於該輸入訊號及該比較訊號,產生用於該數位電路的一修正輸入訊號。
該波型產生器電路可被配置為使該電壓的一增加速率與該供應電壓的大小成反比。
該波型產生器電路可被配置為產生一斜坡電壓(ramp voltage)。
該監控電路可包括:
一電容;
一電壓-電流轉換器電路,被配置為基於該供應電壓,產生一第一電流;
一電流產生器電路,被配置為產生一常數電流,用於充電該電容;以及
一電流鏡像電路;以及
一電流控制電晶體,其中該電流鏡像電路被配置為將該第一電流鏡像至該電流控制電晶體的一控制端點,使該電流控制電晶體控制自該電容分出的該常數電流的一部分。
該監控電路可包括:
一類比-數位轉換器(ADC)電路,被配置為基於該供應電壓,產生一數位輸出訊號;
一計時器(timer)電路,被配置為:
接收該輸入訊號及該數位輸出訊號;
在偵測到該輸入訊號的一特徵時,開始計時一時段,其中該時段的一長度使基於該數位輸出訊號而決定的;以及
在該時段結束時,輸出一計時器輸出訊號;以及
一邏輯電路,被配置為接收該輸入訊號及該計時器輸出訊號,並基於該輸入訊號及該計時器輸出訊號,產生用於該PWM電路的一修正輸入訊號。
該計時器電路可被配置為使該時段的該長度與該供應電壓的大小成反比。
該輸入訊號的該特徵可為該輸入訊號的一脈波的一上升邊緣(rising edge)。
該監控電路可包括:
一壓控振盪器(VCO)電路,被配置為產生一振盪輸出訊號,具有基於該供應電壓的一頻率;
一計數器(counter)電路,被配置為:
接收該輸入訊號及該振盪輸出訊號;
在偵測到該輸入訊號的一特徵時,開始該振盪訊號週期數的一計數;以及
當該計數到達代表該供應電壓的一大小的一計數值時,輸出一計數器輸出訊號;以及
一邏輯電路,被配置為接收該輸入訊號及該計數器輸出訊號,並基於該輸入訊號及該計時器輸出訊號,產生用於該PWM電路的一修正輸入訊號。
該VCO電路可被配置為使該振盪輸出訊號的該頻率與該供應電壓的大小成反比。
該輸入訊號的該特徵可為該輸入訊號的一脈波的一上升邊緣。
該數位電路可包括一脈寬調變(PWM)電路,被配置為產生一PWM輸出訊號。
依據一第二態樣,本發明提供一種積體電路,包括該第一態樣中的電路。
依據一第三態樣,本發明提供一種系統,包括該第一態樣中的電路,以及一輸出換能器,被配置為自該數位電路接收該數位輸出訊號。
該輸出換能器可包括下列之一或多者:一馬達、一發光二極體(LED)或LED陣列、一觸覺致動器、一諧振致動器及/或一伺服裝置(servo)。
依據一第四態樣,本發明提供一種裝置,包括該第一態樣中的該電路,其中該裝置包括一電池供電裝置、一電腦遊戲控制器、一虛擬實境(VR)或擴增實境(AR)裝置、一眼鏡、一行動電話、一平板電腦(tablet)或筆記型電腦、一輔助裝置(accessory device)、一耳罩式耳機(headphones)、一耳塞式耳機(earphones)或一耳機-麥克風組合(headset)。
依據一第五態樣,本發明提供一種監控電路,被配置為接收施加至一數位電路的一供應電壓、及用於該數位電路的一輸入訊號,該監控電路被配置為基於該輸入訊號及該供應電壓,產生一修正輸入訊號,用於該數位電路。
依據一第六態樣,本發明提供一種數位驅動器電路,包括:
一數位輸出電路;以及
一監控電路,其中該監控電路被配置為接收用於該數位輸出電路的一輸入訊號、及施加於該數位輸出驅動器電路的一供應電壓,並基於該輸入訊號及該供應電壓,產生一修正輸入訊號,用於該數位輸出電路。
依據一第七態樣,本發明提供一種數位控制電路,包括:
一數位輸出驅動器電路,被配置為基於一輸入訊號,產生一數位訊號;以及
一電路,被配置為施加一時間位移至該數位訊號,其中該時間位移是基於施加至該數位輸出驅動器電路的一供應電壓的大小而決定的。
依據一第八態樣,本發明提供一種電路,包括:
一數位訊號調變器,被配置為輸出一調變數位訊號;以及
一電路,被配置為監控對該調變器的一供應電壓,並輸出一控制訊號,用於控制該調變器,其中該控制訊號是基於該供應電壓而決定的。
依據一第九態樣,本發明提供一種數位訊號調變器,被配置為輸出一調變數位訊號,包括:
一電路,被配置為監控對該調變器的一供應電壓,並輸出一控制訊號,用於控制該調變器訊號,其中該控制訊號是基於該供應電壓而決定的。
依據一第十態樣,本發明提供一種電路,用於以一數位訊號驅動一負載,其中該電路被配置為調節、控制或調整一個或多個數位脈波的寬度,以補償供應至該電路的一數位調變器的一供應電壓的變化,以在一給定負載條件下,維持該數位訊號在每一時段中的一恆定平均電壓。
依據一第十一態樣,本發明提供一種系統,包括:
多個驅動器電路,每一驅動器電路被配置為輸出一驅動訊號,用於驅動一負載,其中該驅動訊號是基於一輸入訊號而決定的;以及
一控制器,被配置為控制該等驅動訊號中之一者或多者的一參數,以至少部分補償該系統中一部件的變化。
該等驅動訊號中之一者或多者的該參數,可包括由該等驅動器電路中之一者或多者所輸出的一數位驅動訊號的一脈波寬度或一脈波振幅。
該系統更可包括一電源供應器,用於提供一供應電壓至每一該等驅動器電路。該系統中的該部件變化可包括該供應電壓的變化。
該電源供應器可包括一電池,且該系統中的該部件變化可包括該電池的一參數的變化。
該電池的該參數可包括下列參數之一者或多者:
該電池的一輸出電壓;
該電池的一充電狀態;
該電池的一健康狀態;以及
該電池的一溫度。
該系統更可包括一穩壓器。該系統中的該部件變化可包括該穩壓器的一輸出電壓的變化。
該系統中的該部件變化的包括該系統中一寄生(parasitic)元件的變化。
該寄生元件可包括一寄生電容。
該系統中的該部件變化可包括該部件的溫度變化。
該系統可包括一個或多個溫度監控器,用於提供溫度資訊至該控制器。
該系統中的該部件變化可包括一輸入訊號的一參數變化。
該系統可包括一個或多個電壓監控器,用於監控一電池輸出電壓及/或一穩壓器輸出電壓。
該系統可包括一個或多個阻抗監控器,用於測量或估計一電池的阻抗。
該一個或多個阻抗監控器可被配置為基於該電池的一個或多個特徵,測量或估計該電池的阻抗。
該電池的該一個或多個特徵,可包括下列特徵之一者或多者:充電狀態、健康狀態、溫度、寄生元件、傳感電阻(sense resistance)及/或電池電阻。
該控制器可被配置為估計、計算或以其他方式,基於該系統的一個或多個參數,決定每一驅動訊號的預測功率需求。
該系統的該一個或多個參數可包括:
該驅動訊號所基於的該輸入訊號的一振幅位準;
由該驅動訊號所驅動的一負載的一特徵;
一暫態梯度,用於估計突入電流(inrush current);
一頻率;
一平均功率;及/或
一換能器效率。
該控制器可被配置為基於該等驅動訊號或該等驅動訊號的一子集合的該預測功率需求,控制該等驅動訊號中之該一者或多者的該參數。
該控制器可被配置為計算、估計或以其他方式,決定一總預測功率需求,並輸出一訊號,對一電池充電器控制器指示該總預測功率需求。
該電池充電器控制器可被配置為基於指示該總預測功率需求的該訊號,調整一電池充電電流。
依據一第十二態樣,本發明提供一種系統,包括:
多個驅動器電路,每一驅動器電路被配置為輸出一驅動訊號,用於驅動一負載;
一電源供應器,用於提供一供應電壓至該等驅動器電路;以及
一控制器,被配置為基於該供應電壓的一位準及該系統中一預期暫態負載的一指示,調節、控制或調整該等驅動訊號中之一者或多者的一參數。
依據一第十三態樣,本發明提供一種系統,包括:
一功率調節器(power regulator)或功率控制器,關聯於一換能器;
一個或多個處理器或控制器,用於控制該功率調節器或功率控制器;以及
一預看控制器(look-ahead controller),被配置為監控來自該系統中的該一個或多個處理器或控制器的控制訊號及/或資料訊號,該預看控制器被配置為基於一供應電壓位準及該等受監控的控制訊號及/或資料訊號,調整一換能器輸出功率。
該預看控制器可被配置為調整該換能器輸出訊號,以:
減輕或避免暫時低壓(brownout)狀況;及/或
提供一恆定輸出位準;及/或
減少累積輸出功率需求。
依據一第十四態樣,本發明提供一種電路,包括:
一個或多個訊號路徑,每一該等訊號路徑被配置為承載一訊號,用於驅動一負載;
一控制器電路,被配置為自該等訊號路徑中至少一者接收一資料,並輸出一控制資料至該等訊號路徑中之一者或多者,以控制該等訊號路徑中之一者或多者所承載的該訊號的一個或多個特徵。
該控制器電路自該等訊號路徑中該至少一者所接收的該資料,可包括電壓資料及/或熱量資料及/或訊號資料。
該控制器電路可包括一預看控制器電路。
該一個或多個訊號路徑可包括一類比訊號路徑及/或一數位訊號路徑。
每一該等訊號路徑可包括一換能器驅動器電路。
該控制器電路可被配置為輸出一控制資料,以限制關聯於該等訊號路徑中之該一者或多者的該負載的訊號功率。
該控制資料可被配置為造成該等訊號路徑中之該一者或多者所承載的訊號的衰減(attenuation)。
該控制器電路可被配置為輸出一控制資料,以延遲該等訊號路徑中之一者或多者中的一訊號。
依據一第十五態樣,本發明提供一種電路,包括:
一預看控制器,被配置為:
自一驅動器訊號路徑接收一訊號資料;
基於該訊號資料及/或耦接至該驅動器訊號路徑的一負載的一特徵,估計該負載的一功率需求;
至少部分基於該估計功率需求及一電源供應器參數,預測一未來供應電壓;以及
基於該預測未來供應電壓,調整該等驅動器訊號路徑中之一者或多者中的一訊號的一參數。
該電源供應器參數可包括下列參數之一者或多者:
當前電池供應位準的一測量值;以及
該電池的一電阻-電容動態特性。
該電池的該電阻-電容動態特性可基於一電池參數而決定,該電池參數包括下列參數之一者或多者:
一充電狀態;
一健康狀態;以及
一溫度。
依據一第十六態樣,本發明提供一種電路,自一電壓供應器接收一電壓,用於控制一個或多個訊號路徑,該電路包括一控制器,被配置為接收:
至少關聯於該電路的一電壓資料;及/或
至少關聯於該電路的一熱量資料;及/或
來自該一個或多個訊號路徑的一訊號資料,其中每一該等訊號路徑包括一個別換能器驅動器;
其中該電路被配置為輸出一控制資料至該一個或多個訊號路徑,用於控制該一個或多個個別訊號路徑中個別訊號的一個或多個特徵,其中該控制器為一預測控制器,基於該一個或多個接收資料,在該一個或多個個別訊號路徑的該等個別訊號自其個別換能器驅動器輸出之前,控制該一個或多個個別訊號路徑的該等個別訊號的一個或多個特徵,以減輕或避免至少關聯於該電路的不利電壓狀況及/或不利熱量狀況及/或不利訊號狀況。
該不利電壓狀況可為電壓供應的暫時低壓(brownout)狀況。
該不利熱量狀況可為該電路的不理想發熱狀況。
該不利熱量狀況可為包含該電路的主機裝置中的其他部件的不理想發熱狀況。
該電壓資料可由一電池監控器及/或一電壓監控器得出。
該電池監控器可被配置為監控一電池參數。
該電池參數可包括下列參數中之一者或多者:該電池的充電狀態、該電池的健康狀態、及/或該電池的(及/或關聯於該電池的)寄生元件。
該熱量資料可由一個或多個熱量監控器得出。
該訊號資料可由沿該一個或多個訊號路徑分佈的一個或多個點得出。
該控制資料可控制一個別訊號路徑中的至少一訊號參數。該至少一受控訊號參數可被輸入至該控制器。
該控制資料可控制一個別訊號路徑中的至少一訊號的增益(gain)。
該電路可提供一恆定功率輸出。
該控制器可輸出一總預測功率需求訊號。
該總預測功率需求訊號可被輸入至一電池控制器。
第1a圖為一簡化示意圖,顯示一電路,用於以數位訊號(例如PWM訊號)驅動換能器。此電路(以100a概括顯示)包括數位輸出驅動器電路110,耦接至負載120。負載120可為例如換能器,例如馬達、LED(或LED陣列)、伺服裝置、觸覺換能器或諧振致動器等。或者,負載120可為例如電子電路,例如音效放大器。
數位輸出驅動器電路110自電源供應器接收供應電壓VBat,該電源供應器在本範例中為電池130,然而其亦可等效地為電源供應器、電源轉換器或穩壓器等,其中該電源供應器的輸出電壓可因包含電路100a的主機裝置中的其他部件或系統所產生的暫態負載而變化。
本範例中的數位輸出驅動器電路110,包括串聯的第一及第二反相器,分別以112及114表示。第一反相器112在其輸入節點140上接收一數位輸入訊號SIn,並在其輸出節點145上輸出SIn的數位反相訊號,亦即
。第二反相器114在其輸入節點145上接收數位反相訊號
,並在其輸出節點150上輸出反相的數位輸出訊號DigitalOut。因此,數位輸出訊號DigitalOut的邏輯狀態或位準與數位輸入訊號SIn相同。
第1b圖為一簡化示意圖,顯示一電路,用於以類比訊號AnalogueOut驅動換能器,在本範例實施例中,該類比訊號AnalogueOut是由數位訊號SIn衍生而得的。此電路(以100b概括顯示)包括混合訊號(亦即類比訊號及數位訊號)輸出驅動器電路111,耦接至負載120。負載120可為例如換能器,例如音效換能器、揚聲器、觸覺換能器或超音波換能器等。或者,負載120可為例如電子電路,例如音效放大器。
混合訊號輸出驅動器電路111自電源供應器接收供應電壓VBat,該電源供應器與前文參見第1a圖所述者相同。
本範例中的混合訊號輸出驅動器電路111,包括數位-類比轉換器(DAC)113,在其輸入節點140上接收數位輸入訊號SIn,並在其輸出節點146上輸出類比等效輸入訊號AIn。類比等效輸入訊號AIn被輸入至訊號路徑上的延遲電路115及直流-直流轉換器117(例如電荷幫浦)。在本範例實施例中,延遲電路115的輸出被輸入至訊號路徑上的前置放大器(pre-amplifier)119,而前置放大器119的輸出被輸入至訊號路徑上的輸出驅動器或功率放大器(power amplifier)121。輸出驅動器或功率放大器121自直流-直流轉換器117接收雙極性供應電壓,而直流-直流轉換器117是自電池130接收其供應電壓的。供應至輸出驅動器121的雙極性電壓(V+及V-)是基於類比等效輸入訊號AIn的一參數(例如振幅)被控制的,使供應至輸出驅動器121的電壓被控制為類比等效輸入訊號AIn的一參數的函數。功率放大器121在輸出節點151上輸出的輸出訊號AnalogueOut,被用於驅動負載120。此一混合訊號輸出驅動器電路111的配置及運作,乃本揭露所屬領域具技術之人所習知。本揭露所屬領域具技術之人亦將認識到,儘管100b所繪示的電路包括混合訊號(亦即類比訊號及數位訊號)輸出驅動器電路111,然而DAC 113可為某些其他電路(未圖示)的一部分,使輸出驅動器電路111成為類比輸出驅動器電路111,接收類比等效輸入訊號AIn作為輸入訊號。此外,延遲電路115可位於訊號路徑中的數位部分、而非訊號路徑中的類比部分(如第1b圖中所繪示者),位於DAC 113的上游,且直流-直流轉換器接收數位預看訊號,而非類比預看訊號。
為了使每一PWN時段中的平均電壓維持恆定(並進而維持負載120的恆定輸出,例如當負載120為直流馬達時,維持恆定的馬達速度,或當負載120為LED或LED陣列時,維持恆定的發光強度),PWM輸出驅動器電路110會產生PWM輸出訊號PWMOut,其具有恆定的工作週期或標間比(mark-to-space ratio)。當供應電壓VBay維持恆定時,此一方法有效。然而,若供應電壓VBat變化,例如因電池130隨時間的放電、及/或因主機裝置中的其他部件、系統、暫態或電路自電池130引出電流,而導致供應電壓VBat下降,則PWM輸出訊號PWMOut在一PWM訊號時段中的平均電壓亦將下降,如下文參見第2圖所述。
第2圖繪示隨著供應電壓VBat(在第2圖中以虛線顯示)在多個PWM時段P1至P5中下降,由PWM輸出驅動器電路110所輸出的範例數位(例如PWM)脈波210至250。應注意,第2圖為PWM脈波210至250的高度簡化示意圖,僅為說明方便起見而繪製。本揭露所屬領域具技術之人當可知悉,在實務應用中,PWM訊號的頻率將遠高於第2圖所示者,例如數千赫茲(Hz)至數百萬Hz的數量級。
本揭露所屬領域具技術之人當可知悉,在第一PWM時段P1中,由PWM輸出驅動器電路110向負載120供應的平均電壓(或等效的平均功率),是以脈波210的面積表示。相似地,在每一PWM時段P2至P5中,由PWM輸出驅動器電路110向負載120供應的平均電壓,分別以脈波220至250的面積表示。
若供應電壓VBat為恆定,則在每一PWM時段P1至P5中,由PWM輸出驅動器電路110供應至負載120的平均電壓將相同,故脈波210至250將全部具有相同的面積。然而,在圖示之範例中,供應電壓VBat隨時間下降,因此儘管每一脈波210至250的寬度(亦即每一PWM時段中的啟動時間(on-time))相同,然而脈波210至250的電壓大小並非全部相同(亦即振幅或高度並非全部相同),因此每一PWM時段供應至負載120的平均電壓並非恆定。此一情況導致驅動負載120的輸出訊號PWMOut的不穩定性,進而導致例如當負載120為直流馬達時的馬達速度不穩定,或當負載120為LED或LED陣列時的發光強度不穩定。
第3圖為一示意圖,顯示一電路,用於以數位(例如PWM)訊號驅動負載120,其中該數位訊號被配置為調節、控制或調整該數位訊號的一參數,例如一個或多個PWM脈波的寬度,以補償輸入至PWM調變器310的供應電壓的變化,以將每一PWM時段中的平均電壓維持恆定,並進而使負載的輸出效能維持恆定。
此電路(在第3圖中以300概括顯示)包括與第1a圖中的電路100相同的元件。此等相同元件以相同標號表示,且不再贅述。
電路300包括PWM輸出驅動器電路310,其結構及運作與第1a圖中的PWM輸出驅動器電路110相同,故不再贅述。
電路300更包括監控電路320,被配置為接收供應電壓VBat及輸入訊號SIn,並輸出修正輸入訊號SIn’至PWM輸出驅動器電路310。因此,PWM輸出驅動器電路310的運作基於修正輸入訊號SIn’而被控制,詳見下文。
圖示範例中的PWM輸出驅動器電路310,被配置為自監控電路320接收修正輸入訊號SIn’,並基於修正輸入訊號SIn’,輸出一輸出PWM訊號PWMOut。因此,修正輸入訊號SIn’可視為一控制訊號,其係基於供應電壓VBat及輸入訊號SIn而決定,並由監控電路320輸出,用於控制PWM輸出驅動器電路310的運作。因此,電路300可回應於供應電壓VBat的變化,控制或調整PWM輸出訊號PWMOut中一個或多個脈波的脈波寬度,以維持每一PWM時段中的所需平均電壓(或等效的平均輸出功率),以維持所需的負載條件(例如當負載120為馬達時,維持所需的馬達速度)。
第4圖中繪示此一方法,其中顯示了隨著供應電壓VBat(在第4圖中以虛線顯示)在多個PWM時段P1至P5中下降,由PWM輸出驅動器電路310所輸出的範例數位(例如PWM)脈波410至450。
對比第2途中所示的脈波210至250,脈波410至450的寬度(亦即時間長度)並不相同。反之,第一PWM時段P1的第一脈波410較第二PWM時段P2的第二脈波420及第三PWM時段P3的第三脈波430為窄(亦即時間長度較短)。第四PWM時段P4的第四脈波440較第二脈波420及第三脈波430略寬(亦即時間長度略長),而第五PWM時段P5的第五脈波450亦較第二脈波420及第三脈波430為寬(亦即時間長度較長)。(應注意,第4圖中的脈波寬度為圖示方便起見而有所誇大,故第4圖中所示的說明性脈波410至450未必具有相等的面積。然而,於下文中顯而易見地,每一脈波410至450代表了每一PWM時段的相同平均電壓。)
因此,PWM輸出驅動器電路310控制或調整(相對於預設脈波寬度)脈波410至450的寬度,以補償供應電壓VBat的變化,使每一PWM時段P1至P5中,供應至負載120的平均電壓相同,以維持所需的負載條件(例如當負載120為馬達時的所需馬達速度)。因此,對第一脈波410而言,脈波寬度相較於第二脈波420及第三脈波430有所減少,以補償其相較於第二脈波420及第三脈波430有所上升的振幅(高度),而第五脈波450的脈波寬度相較於第二脈波420及第三脈波430有所增加,以補償其相較於第二脈波420及第三脈波430有所下降的振幅(高度)。因此,每一脈波410至450的總面積相同。
第5圖為一示意圖,顯示一範例電路,用於實施監控電路320。在第5圖所示的本範例中,監控電路(以500概括顯示)被配置為產生修正輸入訊號SIn’,並輸出修正輸入訊號SIn’至數位(例如PWM)輸出驅動器電路510,以控制數位輸出驅動器電路510的運作。
第5圖中的PWM數位輸出驅動器電路510與第1a圖中的數位PWM輸出驅動器電路110具有相同的結構與運作,故不再贅述。
監控電路500包括波形(斜坡)產生器電路530,被配置為接收供應電壓VBat(例如自電池130)及輸入訊號SIn,並在本範例中產生上升的斜坡電壓VRamp,該斜坡電壓VRamp的上升速率是基於供應電壓VBat的振幅而決定的。斜坡電壓VRamp被輸出至比較器電路540的第一非反相(+)輸入端。比較器電路540的第二反相(-)輸入端自合適的參考電壓源接收參考電壓或閾值電壓VRef。
比較器電路540的輸出端耦接至邏輯電路550的第一輸入端,該邏輯電路550可包括一個或多個習知的正反器(flip-flop)或邏輯閘等。邏輯電路550的第二輸入端接收輸入訊號SIn。邏輯電路550的輸出端耦接至PWM輸出驅動器電路510的輸入端,以提供修正輸入訊號SIn’至PWM輸出驅動器電路510,以控制PWM輸出驅動器電路510的運作。
監控電路500的運作,將於下文參見第6a圖及第6b圖的時序圖詳述。
在第6a圖中,最上方的軌跡610a顯示輸入訊號SIn的單一脈波,第二軌跡620a顯示相對較低的供應電壓VBat
low下的斜坡電壓VRamp,第三軌跡630a顯示相對較低的供應電壓VBat
low下的修正輸入訊號SIn’,而第四軌跡640a顯示相對較低的供應電壓VBat
low下的PWM輸出訊號PWMOut。
在時間t0,當偵測到輸入訊號SIn的脈波的上升邊緣時,斜坡產生器電路530會開始產生自0伏特(V)開始上升的斜坡電壓。該斜坡電壓的變化速率∆1,亦即斜率622a,是基於供應電壓而決定的,使對於相對較高的供應電壓VBat
high而言,其斜坡電壓VRamp的上升速率慢於相對較低的供應電壓VBat
low的上升速率,亦即斜坡電壓VRamp的上升速率與供應電壓VBat成反比。
當供應電壓相對較低時(亦即VBat=VBat
low),斜坡電壓VRamp會在時間t1到達參考電壓VRef。在t0及t1之間,斜坡電壓VRamp小於參考電壓VRef,因此比較器電路540的輸出為低電位。因此,邏輯電路550的輸出亦為低電位,故修正輸入訊號SIn’為低電位。因此,PWM輸出訊號PWMOut為低電位。當到達參考電壓VRef時(或不久之後),斜坡電壓VRamp可被重置(reset)為0V。
在時間t1,斜坡電壓VRamp到達參考電壓VRef,因此比較器電路540的輸出變為高電位,進而導致邏輯電路550的輸出變為高電位,且修正輸入訊號SIn’亦變為高電位。因此,PWM輸出訊號PWMOut等於(或接近)VBat
low。
在輸入訊號SIn的脈波結束時(時間t3),邏輯電路550的輸出變為低電位,SIn’變為低電位,而PWMOut再次變為低電位。
在第6b圖中,最上方的軌跡610b顯示輸入訊號SIn的單一脈波,第二軌跡620b顯示相對較高的供應電壓VBat
high下的斜坡電壓VRamp,第三軌跡630b顯示相對較高的供應電壓VBat
high下的修正輸入訊號SIn’,而第四軌跡640b顯示相對較高的供應電壓VBat
high下的PWM輸出訊號PWMOut。
當供應電壓相對較高時(亦即VBat=VBat
high),斜坡電壓VRamp會在晚於供應電壓相對較低時(亦即VBat=VBat
low)的時間t2到達參考電壓VRef,亦即斜坡電壓VRamp的變化速率∆2(亦即斜率622b)小於供應電壓相對較低時的變化速率。在t0及t2之間,斜坡電壓VRamp小於參考電壓VRef,因此比較器電路540的輸出為低電位。因此,邏輯電路550的輸出亦為低電位,故修正輸入訊號SIn’為低電位。因此,PWM輸出訊號PWMOut為低電位。
在時間t2,斜坡電壓VRamp到達參考電壓VRef,因此比較器電路540的輸出變為高電位,進而導致邏輯電路550的輸出變為高電位,且修正輸入訊號SIn’亦變為高電位。因此,PWM輸出訊號PWMOut等於(或接近)VBat
high。當到達參考電壓VRef時(或不久之後),斜坡電壓VRamp可被重置為0V。
在輸入訊號SIn的脈波結束時(時間t3),邏輯電路550的輸出變為低電位,SIn’亦變為低電位,而PWMOut再次變為低電位。
當偵測到輸入訊號SIn次一脈波的上升邊緣時,斜坡訊號VRamp為0V(或被重置為0V,若其尚未被重置為0V),並基於供應電壓VBat的大小而再次開始上升。
由軌跡630a、630b、640a及640b可明顯看出,監控電路500透過增加輸出訊號PWMOut的PWM時段中的脈波寬度(亦即時間長度),來補償相對較低的供應電壓VBat
low,以使每一PWM時段中的平均電壓大致維持恆定,即使供應電壓的大小下降。
相似地,監控電路500透過減少輸出訊號PWMOut的PWM時段中的脈波寬度(亦即時間長度),來補償相對較高的供應電壓VBat
high,以使每一PWM時段中的平均電壓大致維持恆定,即使供應電壓的大小上升。
本質上,監控電路500實施了計時器電路,該計時器電路基於供應電壓VBat的大小,施加一時間位移至PWM輸出驅動器電路510所產生的PWM訊號。由該計時器電路所施加的該時間位移,透過變化PWM脈波的長度或時間長度,來補償供應電壓VBat的大小變化。
儘管在前文中,監控電路500的運作被敘述為產生斜坡電壓VRamp,然而本揭露所屬領域具技術之人當可知悉,波形產生器電路530未必需要產生線性斜坡,而可基於供應電壓VBat,產生某些其他具有隨時間變化的振幅的波形。
第7圖為一示意圖,顯示一範例電路,實施波形產生器530,用於第5圖中的電路500。本範例中的電路包括斜坡產生器電路。
該斜坡產生器電路(在第7圖中以700概括顯示)包括放大器電路710,該放大器電路710具有第一輸入端,被配置為自可能存在的分壓器(divider)接收電壓Vin,該分壓器由串聯在接收供應電壓VBat的正電源供應電壓軌(rail)及耦接至接地端或其他合適參考電壓的參考電壓供應軌GND之間的第一電阻712及第二電阻714組成。該放大器電路的第二輸入端自包括電晶體720及第三電阻722的回授(feedback)迴圈接收回授訊號。因此,對本揭露所屬領域具技術之人顯而易見地,放大器電路710被配置以作為電壓-電流轉換器運作,以產生流經第三電阻722的電流I1,其中I1等於Vin/R,其中R為第三電阻722的電阻值。
斜坡產生器電路700更包括電流產生器電路730,與第二電晶體740在供應電壓軌及參考電壓軌之間串聯耦接。電容750與電晶體740在斜坡產生器電路700的輸出節點760及參考電壓供應軌GND之間並聯耦接。
透過電流鏡像電晶體770、780及790,電流I1被鏡像至第二電晶體740的一控制端點(例如閘極端)。
第二電晶體740運作以控制恆定電流IConst流向參考電壓供應軌GND的一部分電流。因此,基於電流I1,第二電晶體740使原本將流至電容750的電流IConst中的一部分流出(或分出),使該部分電流不流入電容750,其中電流I1正比於供應電壓VBat。因此,當VBat上升時,Vin上升,且電流I1亦上升。I1的上升被鏡像至第二電晶體740的控制端點,使第二電晶體740分出恆定電流IConst中的更大一部分,使該部分電流不流入電容750,進而降低電容750兩端的斜坡電壓VRamp的上升速率(亦即斜率)。反之,當VBat下降時,Vin下降,且電流I1亦下降。第二電晶體740分出恆定電流IConst中的較小一部分,使該部分電流不流入電容750,進而增加斜坡電壓VRamp的上升速率。因此,斜坡電壓VRamp的上升速率與供應電壓VBat成反比。
第8圖為一示意圖,顯示另一範例電路,用於實施監控電路320。在第8圖所示之範例中,監控電路(以800概括表示)被配置為產生修正輸入訊號SIn’,並輸出修正輸入訊號SIn’至PWM輸出驅動器電路810,以控制PWM輸出驅動器電路810的運作。
第8圖中的PWM輸出驅動器電路810與第1a圖中的數位PWM輸出驅動器電路110具有相同的結構與運作,故不再贅述。
監控電路800包括第一電阻822及第二電阻824,串聯耦接於接收供應電壓VBat的正電源供應電壓軌及參考供應電壓GND(或其他合適的參考電壓源)之間,以形成分壓器。節點826位於第一電阻822及第二電阻824之間,並耦接至類比-數位轉換器(ADC)電路830的輸入端。因此,ADC電路830接收指示供應電壓VBat的輸入電壓,並輸出代表供應電壓VBat的數位訊號VBat’。
ADC電路830的輸出端耦接至計時器電路840的第一輸入端,進而使計時器電路接收數位訊號VBat’。計時器電路840的第二輸入端接收輸入訊號SIn。
計時器電路840的輸出端耦接至邏輯電路850的第一輸入端。該邏輯電路的第二輸入端接收輸入訊號SIn。邏輯電路850可包括一個或多個習知的正反器或邏輯閘等,且被配置為接收由計時器電路840所輸出的訊號及輸入訊號SIn,並產生修正輸入訊號SIn’,以輸出至PWM輸出驅動器電路810。
當監控電路800運作時,ADC電路830輸出指示供應電壓VBat的大小的數位訊號VBat’至計時器電路840。當偵測到輸入訊號SIn的脈波的上升邊緣時,計時器電路840會開始對具有固定時間長度的一時段進行計時。該固定時間長度是基於ADC電路840所輸出的數位訊號VBat’而決定的,使該時段的固定時間長度d與供應電壓的大小成反比。在該時段結束時(亦即當該固定時間長度結束時),計時器電路840輸出一訊號至邏輯電路850,使修正輸入訊號SIn’的一輸出脈波開始。修正輸入訊號SIn’的該輸出脈波在邏輯電路850偵測到輸入訊號SIn的脈波的下降邊緣時結束。
監控電路800的運作,將於下文參見第9a圖及第9b圖的時序圖詳述。
在第9a圖中,最上方的軌跡910a顯示輸入訊號SIn的單一脈波,第二軌跡920a顯示計時器電路840在相對較低的供應電壓VBat
low下的運作,第三軌跡930a顯示相對較低的供應電壓VBat
low下的修正輸入訊號SIn’,而第四軌跡940a顯示相對較低的供應電壓VBat
low下的PWM輸出訊號PWMOut。
在時間t0,當偵測到輸入訊號SIn的脈波的上升邊緣時,計時器電路840會開始對該時段計時,如前文所述,該時段具有固定時間長度d1,該固定時間長度d1是基於ADC電路830所輸出的數位訊號的數值而決定的,使對於相對較低的供應電壓VBat
low而言,其固定時間長度d1短於相對較高的供應電壓VBat
high的固定時間長度d2。因此,該時段的固定時間長度與供應電壓VBat的大小成反比。
當供應電壓相對較低時(亦即VBat=VBat
low),該時段的固定時間長度d1會在時間t1結束,在該時間點上計時器電路840停止計時,並提供一觸發(trigger)訊號至邏輯電路850。直到此一觸發訊號被邏輯電路850接收為止,邏輯電路850的輸出為低電位,故修正輸入訊號SIn'為低電位。因此,PWM輸出訊號PWMOut為低電位。
在時間t1,該時段的固定時間長度d1結束,且計時器電路840輸出該觸發訊號至邏輯電路850,導致邏輯電路850的輸出變為高電位,且修正輸入訊號SIn'亦變為高電位。因此,PWM輸出訊號PWMOut等於(或接近)VBat
low。
在輸入訊號SIn的脈波結束時(時間t3),邏輯電路850的輸出變為低電位,SIn’變為低電位,而PWMOut再次變為低電位。
在第9b圖中,最上方的軌跡910b顯示輸入訊號SIn的單一脈波,第二軌跡920b顯示計時器電路840在相對較高的供應電壓VBat
high下的運作,第三軌跡930b顯示相對較高的供應電壓VBat
high下的修正輸入訊號SIn’,而第四軌跡940b顯示相對較高的供應電壓VBat
high下的PWM輸出訊號PWMOut。
當供應電壓相對較高時(亦即VBat=VBat
high),該時段的固定時間長度d2會在晚於供應電壓相對較低時(亦即VBat=VBat
low)的時間t2結束,在該時間點上計時器電路840輸出一觸發訊號至邏輯電路850。直到此一觸發訊號被接收為止,邏輯電路850的輸出為低電位,故修正輸入訊號SIn'為低電位。因此,PWM輸出訊號PWMOut為低電位。
在時間t2,該時段的固定時間長度d2結束,且計時器電路840輸出該觸發訊號至邏輯電路850,導致邏輯電路850的輸出變為高電位,且修正輸入訊號SIn'亦變為高電位。因此,PWM輸出訊號PWMOut等於(或接近)VBat
high。
在輸入訊號SIn的脈波結束時(時間t3),邏輯電路850的輸出變為低電位,SIn’亦變為低電位,而PWMOut再次變為低電位。
當偵測到輸入訊號SIn次一脈波的上升邊緣時,計時器電路840重置,並開始對一新時段計時,該新時段的固定時間長度是基於當時的供應電壓VBat的大小而決定的。
由軌跡930a、930b、940a及940b可明顯看出,監控電路800透過增加輸出訊號PWMOut的PWM時段中的脈波寬度(亦即時間長度),來補償相對較低的供應電壓VBat
low,以使每一PWM時段中的平均電壓大致維持恆定,即使供應電壓的大小下降。
相似地,監控電路800透過減少輸出訊號PWMOut的PWM時段中的脈波寬度(亦即時間長度),來補償相對較高的供應電壓VBat
high,以使每一PWM時段中的平均電壓大致維持恆定,即使供應電壓的大小上升。
相同地,監控電路800在本質上實施了計時器電路,該計時器電路基於供應電壓VBat的大小,施加一時間位移至PWM輸出驅動器電路810所產生的PWM訊號。由該計時器電路所施加的該時間位移,透過變化PWM脈波的長度或時間長度,來補償供應電壓VBat的大小變化。
第10圖為一示意圖,顯示又一範例電路,用於實施監控電路320。在第10圖所示之範例中,監控電路(以1000概括表示)被配置為產生修正輸入訊號SIn’,並輸出修正輸入訊號SIn’至PWM輸出驅動器電路1010,以控制PWM輸出驅動器電路1010的運作。
第10圖中的PWM輸出驅動器電路1010與第1a圖中的數位PWM輸出驅動器電路110具有相同的結構與運作,故不再贅述。
監控電路1000包括壓控振盪器(VCO)電路1030,被配置為接收供應電壓VBat,並輸出頻率為fOsc的振盪訊號SOsc,其中fOsc隨著供應電壓VBat的大小而變化。在本範例中,振盪訊號SOsc的頻率fOsc與供應電壓VBat的大小成反比,使供應電壓相對較低時(亦即VBat=VBat
low)的fOsc高於供應電壓相對較高時(亦即VBat=VBat
high)的fOsc。
VCO電路1030的輸出端耦接至計數器電路1040的第一輸入端。計數器電路1040的第二輸入端接收輸入訊號SIn。計數器電路1040被配置為在偵測到輸入訊號SIn的脈波的上升邊緣時,開始對其第一輸入端所接收的振盪訊號SOsc的週期進行計數,並在該計數值Cnt到達代表供應電壓VBat的計數值CntVBat時,輸出一觸發訊號至邏輯電路1050。
應注意,當fOsc較高時,會比fOsc較低時更快到達代表供應電壓VBat的計數值CntVBat,因此當供應電壓VBat的大小較小時,會較快到達代表供應電壓VBat的計數值CntVBat。
計數器電路1040的輸出端耦接至邏輯電路1050的第一輸入端。邏輯電路1050的第二輸入端接收輸入訊號SIn。邏輯電路1050可包括一個或多個習知的正反器或邏輯閘等,且被配置為接收由計數器電路1040所輸出的訊號及輸入訊號SIn,並產生修正輸入訊號SIn’,以輸出至PWM輸出驅動器電路1010。
當監控電路1000運作時,VCO電路1030輸出振盪訊號SOsc,該振盪訊號SOsc的頻率fOsc是基於供應至計數器電路1040的供應電源VBat的大小而決定、或指示供應電源VBat的大小。當偵測到輸入訊號SIn的脈波的上升邊緣時,計數器電路1040會開始對振盪訊號SOsc的振盪數進行計數,直到達到代表供應電壓VBat的計數值CntVBat為止,此時計數器電路1040輸出該觸發訊號至邏輯電路1050,使修正輸入訊號SIn’的一輸出脈波開始。修正輸入訊號SIn’的該輸出脈波在邏輯電路1050偵測到輸入訊號SIn的脈波的下降邊緣時結束。
監控電路1000的運作,將於下文參見第11a圖及第11b圖的時序圖詳述。
在第11a圖中,最上方的軌跡1110a顯示輸入訊號SIn的單一脈波,第二軌跡1120a顯示相對較低的供應電壓VBat
low下的計數值Cnt,第三軌跡1130a顯示相對較低的供應電壓VBat
low下的修正輸入訊號SIn’,而第四軌跡1140a顯示相對較低的供應電壓VBat
low下的PWM輸出訊號PWMOut。
在時間t0,當偵測到輸入訊號SIn的脈波的上升邊緣時,計數器電路1040會開始對VCO電路1030所輸出的振盪訊號SOsc的週期進行計數。如前文所述,振盪訊號SOsc的頻率fOsc是基於供應電壓VBat的大小而決定的,使對於相對較低的供應電壓VBat
low而言,其頻率fOsc高於相對較高的供應電壓VBat
high下的頻率。
當供應電壓相對較低時(亦即VBat=VBat
low),會在時間t1到達代表供應電壓VBat大小的計數值CntVBat,在該時間點上計數器電路1040輸出觸發訊號至邏輯電路1050。直到t1為止,邏輯電路1050的輸出為低電位,故修正輸入訊號SIn'亦為低電位。因此,PWM輸出訊號PWMOut為低電位。
在時間t1,到達代表供應電壓VBat大小的計數值CntVBat,且計數器電路1040輸出該觸發訊號至邏輯電路1050,導致邏輯電路1050的輸出變為高電位,且修正輸入訊號SIn'亦變為高電位。因此,PWM輸出訊號PWMOut等於(或接近)VBat
low。
在輸入訊號SIn的脈波結束時(時間t3),邏輯電路1050的輸出變為低電位,SIn’變為低電位,而PWMOut再次變為低電位。在輸入訊號SIn的脈波結束時,計數值Cnt可在適當的時間點重置為0,例如當其到達CntVBat時(或不久之後)。
在第11b圖中,最上方的軌跡1110b顯示輸入訊號SIn的單一脈波,第二軌跡1120b顯示相對較高的供應電壓VBat
high下的計數值Cnt,第三軌跡1130b顯示相對較高的供應電壓VBat
high下的修正輸入訊號SIn’,而第四軌跡1140b顯示相對較高的供應電壓VBat
high下的PWM輸出訊號PWMOut。
當供應電壓相對較高時(亦即VBat=VBat
high),代表供應電壓VBat大小的計數值CntVBat會在晚於供應電壓相對較低時(亦即VBat=VBat
low)的時間t2到達,在該時間點上計數器電路1040輸出該觸發訊號至邏輯電路1050。因此,直到t2為止,邏輯電路1050的輸出為低電位,故修正輸入訊號SIn'亦為低電位。因此,PWM輸出訊號PWMOut為低電位。
在時間t2,到達代表供應電壓VBat大小的計數值CntVBat,且計數器電路1040輸出該觸發訊號至邏輯電路1050,導致邏輯電路1050的輸出變為高電位,且修正輸入訊號SIn'亦變為高電位。因此,PWM輸出訊號PWMOut等於(或接近)VBat
high。
在輸入訊號SIn的脈波結束時(時間t3),邏輯電路1050的輸出變為低電位,SIn’亦變為低電位,而PWMOut再次變為低電位。在輸入訊號SIn的脈波結束時,計數值Cnt可在適當的時間點重置為0,例如當其到達CntVBat時(或不久之後)。
當偵測到輸入訊號SIn次一脈波的上升邊緣時,計數器電路1040重置(若其尚未被重置),並開始對訊號SOsc的振盪進行計數,該訊號SOsc的頻率fOsc是基於當時的供應電壓VBat的大小而決定的。
由軌跡1130a、1130b、1140a及1140b可明顯看出,監控電路1000透過增加輸出訊號PWMOut的PWM時段中的脈波寬度(亦即時間長度),來補償相對較低的供應電壓VBat
low,以使每一PWM時段中的平均電壓大致維持恆定,即使供應電壓的大小下降。
相似地,監控電路1000透過減少輸出訊號PWMOut的PWM時段中的脈波寬度(亦即時間長度),來補償相對較高的供應電壓VBat
high,以使每一PWM時段中的平均電壓大致維持恆定,即使供應電壓的大小上升。
相同地,監控電路1000在本質上實施了計時器電路,該計時器電路基於供應電壓VBat的大小,施加一時間位移至PWM輸出驅動器電路1010所產生的PWM訊號。由該計時器電路所施加的該時間位移,透過變化PWM脈波的長度或時間長度,來補償供應電壓VBat的大小變化。
電路300可併入主機裝置中,該主機裝置可為由電池供電之裝置。例如,主機裝置可包括電腦遊戲控制器、虛擬實境(VR)或擴增實境(AR)裝置,例如頭戴式裝置或眼鏡等、行動電話、平板電腦或筆記型電腦、或輔助裝置,例如耳罩式耳機、耳塞式耳機或耳機-麥克風組合。
第12圖為一示意圖,顯示此種主機裝置中的部分元件。此主機裝置(在第12圖中以1200概括顯示)包括電池1210及負載120,該負載120可為例如輸出換能器,例如馬達、LED或LED陣列、觸覺換能器、諧振致動器或伺服裝置,或可為電子電路,例如放大器電路。負載120由PWM輸出驅動器電路310基於監控電路320所輸出的修正輸入訊號SIn'控制,如前文參見第3圖至第11圖所述。
主機裝置1200更可包括一個或多個輸入換能器1220(以及相關的驅動器電路),該輸入換能器1220可包括例如麥克風(microphone)、搖桿(joystick)、一個或多個按鈕(button)、開關(switch)、力感測器(force sensor)、觸控感測器(touch sensor)及/或觸控式螢幕(touch screen),以及一個或多個輸出換能器1230(以及相關的驅動器電路),該輸出換能器1230可包括例如一個或多個觸覺輸出換能器、一個或多個音效輸出換能器,例如揚聲器、以及一個或多個影像輸出換能器,例如螢幕或顯示器等。
第13a圖為第1a及1b圖的一種變化形式,其中具有多個(N個)數位及/或類比驅動器電路110-1至110-N,分別耦接至個別的負載120-1至120-N。每一負載120-1至120-N可為例如換能器,例如:馬達、LED(或LED陣列)、伺服裝置、揚聲器、觸覺換能器、諧振致動器等,或上述各種裝置的結合。或者,負載120-1至120-N中之一者或多者亦可為例如電子電路,例如音效放大器。
每一數位及/或類比輸出驅動器電路110-1至110-N自電源供應器接收一供應電壓VBat,該電源供應器在本範例中為電池130,然而該電源供應器亦可等效地為電源供應器或電源轉換器、穩壓器等,其輸出電壓可因包括電路100-N的主機裝置中的其他部件或系統所導致的暫態負載而變化。為簡明起見,當指稱數位輸出驅動器電路110-1至110-N時,亦包括對類比輸出驅動器電路111-1至111-N(參見第1b圖)、以及任何與所有數位及/或類比PWM輸出驅動器電路的指稱。
每一數位及/或類比輸出驅動器電路110-1至110-N包括相同或相似於第1a圖及第1b圖所示之電路,且每一數位及/或類比輸出驅動器電路110-1至110-N各接收一個別輸入訊號SIn-1至SIn-N,以驅動個別負載120-1至120-N。
為了使個別PWM輸出訊號PWMOut-1至PWMOut-N中每一個別PWM時段的平均電壓維持恆定,並進而使每一個別負載120-1至120-N的輸出維持一致(例如當一負載120為直流馬達時,維持一致的馬達速度,或當一負載120為LED或LED陣列時,維持一致的發光強度),每一個別PWM輸出驅動器電路110-1至110-N產生一個別PWM輸出訊號PWMOut-1至PWMOut-N(或類比輸出訊號AnalogueOut-1至AnalogueOut-N,例如第13a圖中的AnalogueOut-2,若該個別輸出驅動器電路為類比輸出驅動器電路),分別具有個別的恆定工作週期(duty cycle)或標間比(mark-to-space ratio)。當供應電壓VBat維持恆定時,此一方式有效。然而,若供應電壓VBat變化,例如因電池130隨時間的放電、及/或因主機裝置中其他部件、系統、暫態或電路自電池130引出電流,導致供應電壓VBat下降,則個別PWM訊號時段中的個別PWM輸出訊號PWMOut-1至PWMOut-N的平均電壓亦會下降,如下文參見第14圖所述。
第13b圖為第13a圖的一種變化形式,其中多個(N個)數位輸出驅動器電路110-1至110-N分別耦接至個別的負載120-1至120-N。每一負載120-1至120-N可為例如前文參見第13a圖所述者。第13a圖及第13b圖之間的其他相關態樣如前文參見第13a圖所述,其為本揭露所屬領域具技術之人所習知。
第14圖顯示當供應電壓VBat在多個PWM時段P1’至P5’中下降時的範例數位脈波210’至250’,通常是由該等數位輸出驅動器電路110-1至110-N中的唯一一者所輸出的。
針對第14圖,為了解說的清晰明確起見,以下將僅就PWM輸出驅動器電路110-1進行敘述,而本揭露所屬領域具技術之人將可認識到,相同的原則亦適用於任何及所有其他輸出驅動器電路110-2至110-N。
應注意,第14圖為PWM脈波210’至250’的高度簡化示意圖,僅供說明之用。本揭露所屬領域具技術之人當可知悉,在實務應用中,PWM訊號的頻率將遠高於第14圖所示者,例如數千赫茲(Hz)至數百萬Hz的數量級。
本揭露所屬領域具技術之人當可知悉,在第一PWM時段P1’中,PWM輸出驅動器電路110-1對其負載120-1所供應的平均電壓(或等效的平均功率),是以脈波210’的面積表示。相似地,在PWM時段P2’至P5’的每一時段中,PWM輸出驅動器電路110-1對其負載120-1所供應的平均電壓,分別以脈波220’至250’的面積表示。
若供應電壓VBat為恆定,則在PWM時段P1’至P5’的每一時段中,PWM輸出驅動器電路110-1對負載120-1供應的平均電壓將相同,故脈波210’至250’將具有相同的面積。然而,在圖示的範例中,供應電壓VBat隨時間下降,因此儘管每一脈波210’至250’的寬度(亦即每一PWM時段中的啟動時間)相同,然而脈波210’至250’並非全部具有相同的電壓大小(亦即振幅或高度並非全部相同),故每一PWM時段中供應至負載120-1的平均電壓及功率並非恆定。此一情況導致驅動負載120-1的輸出訊號PWMOut-1不穩定,進而導致例如當負載120-1為直流馬達時的馬達轉速不穩定,或當負載120-1為LED或LED陣列時的發光強度不穩定。
如第14圖所示,有二種範例暫態事件T1及T2發生。此等暫態可能因負載120-2至120-N的任何組合及/或主機裝置中其他部件或系統的組合的過電流(over-current)需求,與PWM輸出驅動器電路110-1及其負載120-1的負載需求結合而發生。在PWM「啟動」脈波230’及240’中的灰色區段代表來自負載120-2至120-N的任何組合及/或主機裝置中其他部件或系統、且恰與PWM輸出驅動器電路110-1及其負載120-1的PWM「啟動」時段230’及240’重合的PWM「啟動」脈波,分別為230’
T及240’
T。此種PWM「啟動」時段的重合,說明了當負載120-1至120-N中的任何組合及/或主機裝置中其他部件或系統的任何組合的二個或更多PWM「啟動」脈波完全或部分重合時,暫態T1及T2如何發生,並超出供應電壓VBat的電流輸送能力。本揭露所屬領域具技術之人當可知悉,在實務應用中所導致的狀況將遠複雜於第14圖中所示者。
如第14圖所示,由於超過供應電壓VBat電流輸送能力的多個PWM「啟動」脈波重合,造成P3’ PWM時段中的過電流需求,導致暫態T1,使供應電壓VBat下降。然而,此一過電流需求並不足以使供應電壓VBat低於暫時低壓(brownout)閾值V
BOT,而當過電流需求結束時,亦即當多個PWM「啟動」脈波結束時,供應電壓VBat回到其標稱(notional)位準。
相似地,由於超過供應電壓VBat電流輸送能力的多個PWM「啟動」脈波重合,造成P4’ PWM時段中的過電流需求,導致暫態T2,使供應電壓VBat下降。然而,在此一T2狀況中,該過電流需求足以使供應電壓VBat在過電流需求結束(亦即當多個PWM「啟動」脈波結束時)而回到其標稱位準之前,下降至低於暫時低壓閾值V
BOT。然而,當供應電壓VBat低於暫時低壓閾值V
BOT時,會觸發PWM輸出驅動器電路110-1至110-N及/或包括PWM輸出驅動器電路110-1至110-N的主機裝置中的其他部件或系統發生例如電源切斷(power down)等情況,並重置(reset)或完全關機。
此一PWM「啟動」時段的重合,無論是否導致觸發暫時低壓條件,皆亦可能導致裝置過熱的問題,使PWM輸出驅動器電路及/或包括PWM輸出驅動器電路110-1至110-N的主機裝置中的其他部件或系統發生例如電源切斷等情況,並重置或完全關機。
第15a圖為一方塊圖,代表硬體及/或韌體(firmware)及/或軟體等元件,用於監控及控制數位及/或類比輸出驅動器電路110-1至110-N(及/或111-1至111-N)中的各特徵,包括其個別訊號路徑及/或相關區塊,及/或包括數位及/或類比輸出驅動器電路110-1至110-N(及/或111-1至111-N)的主機裝置中的其他部件或系統(為了解說的清晰明確起見,並未全部繪示)。為了敘述的簡潔清晰起見,下文將僅就數位輸出驅動器電路110-1至110-N進行敘述,然而本揭露所屬領域具技術之人當可知悉,相同或相似的原理亦適用於類比輸出驅動器電路111-1至111-N。
每一PWM輸出驅動器電路110-1至110-N以個別的PWM輸出訊號PWMOut-1至PWMOut-N驅動個別的負載120-1至120-N(未圖示)。該等PWM輸出訊號的個別數位脈波中之一者或多者的一個或多個參數,例如脈波寬度或脈波振幅,可以例如預測控制器1100來調節、控制或調整,以補償例如供應電壓VBat及/或穩壓器供應及/或電池參數的「變化」,包括但不限於其充電狀態、健康狀態、溫度、及/或寄生元件(例如走線電阻R
trace、傳感電阻R
sense、系統電阻R
system),及/或至少包括第15a圖的方塊圖中所示的硬體及/或韌體及/或軟體的主機裝置中的硬體、韌體及/或其他部件或系統的溫度。
第15a圖中所示的高層次概念,是使用暫態負載及/或其相關效應在何時及何處發生的資訊,以補償前述「變化」,並預測性地調節、控制或調整該等PWM脈波中之一者或多者的一個或多個參數。
預測控制器1100可為例如狀態機(state machine),預測性地調節、控制或調整該等PWM脈波PWMOut-1至PWMOut-N中之一者或多者的一個或多個參數,以補償例如電池/穩壓器狀態、來自一個或多個熱量監控器的熱量資訊、及/或訊號路徑上任一點的訊號SIn-1至SIn-N之任何組合及/或其個別訊號參數的「變化」。此外,預測控制器1100可例如基於其各種輸入中之一者或多者,輸出一「總預測功率需求」或類似之訊號,該訊號可被傳送至電池充電器控制器(未圖示),或電池充電器控制器的一部分,例如電池充電器狀態機,使電池充電器控制器得以動態停止或減低電池充電電流,以避免溫度過高或過電流事件發生。
因此,就高層次概念而言,第15a圖中所示的方法,是使用系統及/或暫態負載的資訊(及/或其相關資訊)、以及當前供應電壓位準,以控制數位訊號的一個或多個參數,例如PWM訊號的寬度,以至少減輕(或最好能防止)例如通常發生在T2的暫時低壓(brownout)狀況,及/或減低可能發生在系統中的尖峰熱量問題,及/或提供穩定的驅動強度或提供穩定的輸出功率,亦即驅動脈波面積。
一般而言,主機裝置包括一個或多個處理器,控制例如換能器及相關的電源穩壓器及控制器,包括電池充電器控制器。來自該一個或多個處理器及/或控制器的控制訊號及/或資料訊號,亦可在該等訊號被施加至換能器輸出之前,被控制器1100所偵測。此一訊號預看(signal lookahead)亦可提供機會,補償因換能器或穩壓器導致供應電壓VBat的任何降低,以透過降低換能器輸出功率,來減輕或避免暫時低壓狀況,或透過將輸出位準調整為供應位準,來提供穩定的輸出位準。此外,此一配置可降低累積功率需求,以減少發熱情況,尤其是(例如換能器驅動器或穩壓器中的)晶片上(on-chip)電流-電阻(I
2R)所造成的功率消耗。
每一換能器輸入訊號PWMOut-X及/或Analogue-X(其中X代表1至N之間的一數值)的功率預測值,可基於一個或多個參數而決定,例如:該換能器輸入訊號的個別輸入訊號SIn-1至SIn-N的振幅位準;已知的可選可程式化負載特徵;複雜特性(complex properties),例如但不限於暫態梯度,例如用於估計突入電流(inrush current);頻率;平均功率;及/或換能器效率。
電壓供應資訊可包括例如:電壓監控器,用於測量當前的電池及(若有需要)穩壓器供應位準;及/或阻抗監控器,以基於部分或全部電池特徵,例如充電狀態、健康狀態、當前溫度、寄生元件(例如電池印刷電路板(PCB)及/或連接器的走線阻抗、電流傳感電阻及/或電池電阻,來測量或估計電池的阻抗。
預測訊號控制器1100可考慮每一換能器輸入的功率預測值(或該等功率預測值的可選子集合)的累積效應,聯同當前電壓供應位準及電池阻抗預測值,在換能器訊號施加至其換能器輸出之前,預測性地調節、控制或調整換能器訊號(若有需要;或調節、控制或調整換能器驅動器或穩壓器),以避免過早的電池暫時低壓,及/或減少尖峰熱量問題,及/或在供應電壓變化的情形下,提供穩定的換能器功率輸出位準(亦即驅動強度)。吾人可選擇調整全部的換能器,或僅調整該等換能器的一子集合。
此外,預測訊號控制器1100亦可提供個別的訊號調整狀態至各個別功率預測器,以使該等功率預測器得以動態補償其估計值。預測控制器1100亦可考慮預先調整但被延遲的個別換能器輸入訊號S
In-1_DEL至S
In-N_DEL的特性,以確保大量的功率需求已被傳遞,或可使該個別功率預測值的延遲匹配於其訊號路徑延遲。
任何訊號調整的套用,可直接施加至訊號,及/或施加至換能器的DAC/驅動器(例如當用於調變(modulate)PWM驅動訊號時,類似美國專利申請案第63/059,504號中所述者)。
對供應電壓VBat的長期測量,可為短期的估計,或可選地被過濾、延遲或平均,以對應例如解耦電容(decoupling capacitance)等效應。換能器訊號監控可包括換能器特性(例如尖峰輸出功率、老化效應等)的可程式化性(programmability)。VBat的估計可包括例如納入解耦電容的可程式化性,該等解耦電容可在需要電池充電之前提供短期充電需求,此一配置可在不過分減弱訊號(若非必要)的情況下進行最佳化。預測控制器1100亦可自一個或多個熱量監控器接收溫度資訊,此一溫度資訊可與每一換能器輸入的功率預測值的累積效應及電池狀態聯同使用,以減低換能器驅動器或穩壓器的功率消耗。該(等)溫度測量值可為瞬時測量值或一可程式化時段中的平均測量值,並與一可程式化遲滯(hysteretic)閾值被聯同考慮。
第15b圖為一簡化方塊圖,顯示硬體及/或韌體及/或軟體等元件,用於監控及控制數位及/或類比輸出訊號中用於驅動個別負載(未圖示)的特徵,包括該等元件的個別訊號路徑及/或相關區塊及/或包括數位及/或類比輸出驅動器電路的主機裝置中的其他部件或系統(為了解說的清晰明確起見,並未全部繪示)。第15b圖顯示一電路,接收來自電壓供應器(例如電池)的電壓,用於控制一個或多個訊號路徑,該電路包括控制器,被配置為自該一個或多個訊號路徑接收電壓資料及/或熱量資料及/或訊號資料,其中每一訊號路徑包括一個別換能器驅動器。該控制器亦被配置為輸出控制資料至該等訊號路徑中之一者或多者,以控制該一個或多個訊號路徑中個別訊號的一個或多個特徵。該控制器最好為預測控制器,亦即預看控制器(lookahead controller),基於所接收的電壓資料及/或熱量資料及/或訊號資料的一個或多個特徵,在該一個或多個個別訊號路徑中的該等個別訊號自其個別換能器驅動器輸出之前,控制該等個別訊號的一個或多個特徵,以減輕或避免至少與該電路相關的不利電壓狀況及/或熱量狀況及/或訊號狀況。
第16圖顯示一範例換能器事件(例如觸覺輸出),其需要較高的動態功率,可能導致電池的電源供應下降或突降(dip)。基於一個或多個預看訊號及/或負載特徵,估計任一及每一換能器的訊號功率,並測量當前電池供應位準及供應解耦電容,及/或使用電池的電阻-電容(RC)動態特性(基於部分或全部的電池參數,例如充電狀態、健康狀態及溫度等),可預測未來供應電壓VBat
F。透過例如在訊號被施加至其個別負載之前衰減訊號位準,調整訊號的一個或多個參數,可將未來供應電壓VBat
F的預測值資訊資訊用於限制輸出換能器的訊號功率,以例如避免暫時低壓狀況及/或補償電源供應的暫態狀況,進而提供穩定的輸出功率位準,及/或減少晶片上或系統的發熱情形。
參見第17圖,若換能器輸出訊號PWMOut-X及/或AnalogueOut-X具有足夠的預看,則可透過偏斜(skew)個別的換能器輸出訊號PWMOut-X及/或AnalogueOut-X,來完全避免暫態事件。在換能器輸出訊號可額外被調整(亦即透過在訊號中增加一額外延遲,使訊號被進一步延遲一小段時間),而不對使用者造成任何(或任何可感知的)影響的情況中,若該額外延遲訊號與一個或多個處在較佳的低功率狀態下的其他換能器輸出重合,則有機會可在不需要進行訊號調節、控制或調整的情況下,輸出該額外延遲訊號。此一訊號延遲或偏斜,最好在訊號施加至換能器之前進行,而非當訊號正施加於換能器時進行。若訊號被偏斜或延遲,則該偏斜/延遲表徵必須被使用在進行中的功率預測上。在第17圖所示之範例中,由於與輸入訊號A
IN關聯的換能器處在較佳的低功率狀態,故額外延遲訊號S
IN_DEL+取代換能器輸入訊號S
IN_DEL被使用。
由前文敘述可明顯得知,本揭露中的電路提供了一種機制,用於動態補償施加至數位輸出驅動器電路的供應電壓的變化,使每一時段中供應至由該數位輸出驅動器電路所驅動的負載(例如換能器或電子電路)的平均電壓(或等效的平均功率)大致維持恆定,供該負載所需的運作狀態使用,進而維持穩定的負載輸出。本揭露中的電路能夠補償可用供應電壓的暫態變化(可能因電流自電源供應器中被包括該數位輸出驅動器電路的主機裝置中的其他部件或子系統引出所致)及可用供應電壓的長期變化(可能因電池隨時間的放電所致)。
各實施例可以積體電路(例如一積體電路(例如單片(monolithic)積體電路)、或多個積體電路(例如多個單片積體電路),其中每一積體電路實施前述電路或系統的一部分)實施,該積體電路在某些範例中可為編解碼器(codec)或音效數位訊號處理器(audio DSP)等。各實施例可合併於電子裝置中,該電子裝置可為例如可攜式(portable)裝置及/或可以電池電源運作的裝置。該裝置可為通訊裝置,例如行動電話或智慧型手機(smartphone)等。該裝置可為運算裝置,例如筆記型電腦或平板(tablet)運算裝置。該裝置可為穿戴式裝置,例如智慧型手錶(smartwatch)。該裝置可為具有聲音控制或啟用功能的裝置,例如智慧型揚聲器(smart speaker)。在某些範例中,該裝置可為與其他產品聯同使用的輔助裝置(accessory device),例如耳機-麥克風組合(headset)、耳罩式耳機(headphones)、耳塞式耳機(earphones)、耳掛式耳機(earbuds)等。
本揭露所屬領域具技術之人當可知悉,前文所述的設備及方法的部分態樣,例如發現及配置方法,可以處理器控制碼實施,例如儲存於非揮發性載體媒體(例如磁碟、光碟(CD-ROM或DVD-ROM)、程式化記憶體(例如唯讀記憶體(韌體)))上者,或儲存於資料載體(例如光學或電訊號載體)上者。在多種應用中,各實施例可在數位訊號處理器(DSP)、特定應用積體電路(ASIC)或現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)上實施。因此,該處理器控制碼可包括習知的程式碼或微碼(microcode),或例如用於設定或控制ASIC或FPGA的碼。該處理器控制碼亦可包括用於動態配置可重新配置設備(例如可重新程式化邏輯閘陣列)的碼。相似地,該處理器控制碼可包括用於硬體描述語言(例如Verilog
TM或超高速積體電路硬體描述語言(VHDL))的碼。本揭露所屬領域具技術之人當可知悉,該處理器控制碼可分佈在多個耦接並相互通訊的部件上。在適當情況下,各實施例亦可以運作在現場可(重新)程式化類比陣列或類似裝置上的碼實施,以配置類比硬體。
應注意,前述實施例是對於實施例的說明性而非限制性敘述,且本揭露所屬領域具技術之人可設計多種替換實施例,而不脫離附錄請求項的範圍。「包括」一詞並不排除請求項中未列出的元件或步驟,「一」或「一個」並不排除複數形式,單一特徵或其他單元可實現請求項中所述的數個單元的功能;且「電路」一詞乃意圖包含硬體、韌體及/或軟體的使用,包括硬體、韌體及/或軟體的組合。請求項中的任何參考編號或標記,不應視為對請求項範圍之限縮。
100a:電路
110:數位輸出驅動器電路
112:第一反相器
114:第二反相器
120:負載
130:電池
140:輸入節點
145:節點
150:輸出節點
VBat:供應電壓
SIn:數位輸入訊號
:數位反相訊號
DigitalOut:數位輸出訊號
100b:電路
111:混合訊號輸出驅動器電路
113:數位-類比轉換器(DAC)
115:延遲電路
117:直流-直流轉換器
119:前置放大器
121:輸出驅動器(功率放大器)
146:輸出節點
151:輸出節點
AIn:類比等效輸入訊號
AnalogueOut:類比訊號
210,220,230,240,250:數位脈波
P1,P2,P3,P4,P5:PWM時段
300:電路
310:PWM調變器
320:監控電路
SIn’:修正輸入訊號
PWMOut:PWM輸出訊號
410,420,430,440,450:數位脈波
500:監控電路
510:數位輸出驅動器電路
530:波形(斜坡)產生器電路
540:比較器電路
550:邏輯電路
VRamp:斜坡電壓
VRef:參考電壓
GND:參考電壓供應軌
610a,620a,630a,640a:軌跡
622a:斜率
∆1:變化速率
VBat
low:供應電壓
t0,t1,t2,t3:時間
610b,620b,630b,640b:軌跡
622b:斜率
∆2:變化速率
VBat
high:供應電壓
700:斜坡產生器電路
710:放大器電路
712:第一電阻
714:第二電阻
720:電晶體
722:第三電阻
730:電流產生器電路
740:第二電晶體
750:電容
760:輸出節點
770,780,790:電流鏡像電晶體
Vin:電壓
I1:電流
IConst:恆定電流
800:監控電路
810:PWM輸出驅動器電路
822:第一電阻
824:第二電阻
826:節點
830:類比-數位轉換器(ADC)電路
840:計時器電路
850:邏輯電路
VBat’:數位訊號
910a,920a,930a,940a:軌跡
d1:固定時間長度
910b,920b,930b,940b:軌跡
d2:固定時間長度
1000:監控電路
1010:PWM輸出驅動器電路
1030:壓控振盪器(VCO)電路
1040:計數器電路
1050:邏輯電路
SOsc:振盪訊號
Cnt:計數值
1110a,1120a,1130a,1140a:軌跡
CntVBat:計數值
1110b,1120b,1130b,1140b:軌跡
1200:主機裝置
1210:電池
1220:輸入換能器
1230:輸出換能器
100-N:電路
110-1,110-N:數位及/或類比驅動器電路(PWM輸出驅動器電路)
111-2:類比輸出驅動器電路
120-1,120-2,120-N:負載
SIn-1,SIn-2,SIn-N:輸入訊號
PWMOut-1,PWMOut-N:PWM輸出訊號
AnalogueOut-2:類比輸出訊號
210’,220’,230’,240’,250’:數位脈波
P1’,P2’,P3’,P4’,P5’:PWM時段
230’
T,240’
T:PWM「啟動」脈波
V
BOT:暫時低壓閾值
T1,T2:暫態事件
1100:預測控制器
S
In-1_DEL,S
In-N_DEL:換能器輸入訊號
PWMOut-X,AnalogueOut-X:換能器輸入訊號
換能器輸入訊號
S
IN_DEL+:額外延遲訊號
下文關於本發明各實施例的敘述僅作為範例之用,並參照附隨之圖式敘述,其中:
第1a圖為一示意圖,顯示一電路,用於以數位訊號驅動換能器;
第1b圖為一示意圖,顯示一電路,用於以類比訊號驅動換能器;
第2圖為一圖表,顯示第1a圖中的電路隨時間變化所輸出的數位訊號;
第3圖為一示意圖,依據本揭露,顯示一範例電路,用於以數位訊號驅動換能器;
第4圖為一圖表,顯示第3圖中的電路隨時間變化所輸出的數位訊號;
第5圖為一示意圖,顯示一範例監控電路,用於第3圖的電路中;
第6a圖及第6b圖為時序圖,顯示第5圖中的電路的運作情形;
第7圖為一示意圖,顯示一範例斜坡電壓產生器電路;
第8圖為一示意圖,顯示另一範例監控電路;
第9a圖及第9b圖為時序圖,顯示第8圖中的電路的運作情形;
第10圖為一示意圖,顯示又一範例監控電路;
第11a圖及第11b圖為時序圖,顯示第10圖中的電路的運作情形;
第12圖為一示意圖,顯示一主機裝置,包含第3圖中的電路;
第13a圖為一示意圖,顯示一電路,用於以多個個別數位訊號,驅動多個換能器;
第13b圖為一示意圖,顯示一電路,用於以多個個別數位訊號,驅動多個換能器;
第14圖為一圖表,顯示第13a圖或第13b圖中的電路隨時間變化的數位訊號輸出;
第15a圖為一示意方塊圖,顯示監控元件及控制元件;
第15b圖為一簡化示意方塊圖,顯示監控元件及控制元件;
第16圖繪示說明性波形,顯示高動態負載下的換能器事件;以及
第17圖顯示換能器訊號的延遲。
120:負載
130:電池
300:電路
310:PWM調變器
320:監控電路
VBat:供應電壓
SIn:數位輸入訊號
SIn’:修正輸入訊號
PWMOut:PWM輸出訊號
Claims (28)
- 一種驅動器電路系統,包括:一功率調節器或功率控制器,關聯於一輸出換能器;一個或多個處理器或控制器,用於控制該功率調節器或功率控制器;以及一預看控制器,被配置為監控來自該驅動器電路系統的該一個或多個處理器的多個控制訊號及/或資料訊號,該預看控制器被配置為基於一供應電壓位準及受監控的該控制訊號及/或資料訊號,調整該輸出換能器的一輸出功率。
- 如請求項1之驅動器電路系統,其中該預看控制器被配置為調整該換能器輸出功率,以:減輕或避免一暫時低壓狀況;及/或提供一穩定輸出位準;及/或降低一累積輸出功率需求。
- 一種驅動器電路,包括:一個或多個訊號路徑,每一該等訊號路徑被配置為承載一訊號,用於驅動一負載;以及一控制器電路,被配置為自該等訊號路徑中至少一者接收一資料,並輸出一控制資料至該等訊號路徑中之一者或多者,以控制該等訊號路徑中之該一者或多者所承載的該訊號的一個或多個特徵;其中每一該等訊號路徑包括一換能器驅動器電路。
- 如請求項3之驅動器電路,其中該控制器電路自該等訊號路徑中之該一者或多者所接收的該資料包括一電壓資料及/或一熱量資料及/或一訊號資料。
- 如請求項3之驅動器電路,其中該控制器電路包括一預看控制器電路。
- 如請求項3之驅動器電路,其中該一個或多個訊號路徑包括一類比訊號路徑及/或一數位訊號路徑。
- 如請求項3之驅動器電路,其中該控制器電路被配置為輸出一控制資料,以限制關聯於該等訊號路徑中之該一者或多者的該負載的一訊號功率。
- 如請求項7之驅動器電路,其中該控制資料被配置為造成該等訊號路徑中之該一者或多者所承載的該訊號衰減。
- 如請求項3之驅動器電路,其中該控制器電路被配置為輸出一控制資料,以延遲該等訊號路徑中之一者或多者中的一訊號。
- 一種驅動器電路,包括:一個或多個驅動器訊號路徑,每一該等驅動器訊號路徑關聯於一負載,用於供應一驅動訊號至該負載;以及一預看電路,被配置為:自一驅動器訊號路徑接收一訊號資料;基於該訊號資料及/或耦接至該驅動器訊號路徑的一負載的 一特徵,估計該負載的一功率需求;至少部分基於估計的該功率需求及一電源供應器參數,預測一未來供應電壓;以及基於預測的該未來供應電壓,調整該等驅動器訊號路徑中之一者或多者中的一訊號的一參數。
- 如請求項10之驅動器電路,其中該電源供應器參數包括下列之一者或多者:一當前電池供應位準的一測量值;一供應解耦電容;以及一電池電阻-電容動態特性。
- 如請求項11之驅動器電路,其中該電池電阻-電容動態特性是基於一電池參數而決定的,該電池參數包括下列之一者或多者:一充電狀態;一健康狀態;以及一溫度。
- 一種驅動器電路,接收來自一電源供應器的一電壓,以控制一個或多個訊號路徑,該驅動器電路包括一控制器,被配置為接收:一電壓資料,至少關聯於該驅動器電路;及/或一熱量資料,至少關聯於該驅動器電路;及/或 一訊號資料,來自該一個或多個訊號路徑,其中每一該等訊號路徑包括一個別換能器驅動器;其中該驅動器電路被配置為輸出一控制資料至該一個或多個訊號路徑,以控制該一個或多個個別訊號路徑中的個別訊號的一個或多個特徵,其中該控制器為一預測控制器,基於接收的該電壓資料、該熱量資料及/或該訊號資料中之一者或多者,在該一個或多個個別訊號路徑中的該等個別訊號自其個別換能器驅動器輸出之前,控制該等個別訊號的一個或多個特徵,以減輕或避免至少關聯於該驅動器電路的一不利電壓狀況及/或一不利熱量狀況及/或一不利訊號狀況。
- 如請求項13之驅動器電路,其中該不利電壓狀況為一電壓供應暫時低壓(brownout)狀況。
- 如請求項14之驅動器電路,其中該不利熱量狀況為該驅動器電路或包括該驅動器電路的一主機裝置中的其他部件或系統的一不理想發熱狀況。
- 如請求項14之驅動器電路,其中該電壓資料是自一電池監控器及/或一電壓監控器獲取的。
- 如請求項16之驅動器電路,其中該電池監控器被配置為監控一電池參數。
- 如請求項17之驅動器電路,其中該電池參數包括下列之一者或多者:一電池的一充電狀態、該電池的一健康狀 態、及/或該電池的及/或關聯於該電池的一寄生元件。
- 如請求項14之驅動器電路,其中該熱量資料是自一個或多個熱量監控器獲取的。
- 如請求項14之驅動器電路,其中該訊號資料是自該一個或多個訊號路徑上的一個或多個點獲取的。
- 如請求項14之驅動器電路,其中該控制資料控制:一個別訊號路徑中的至少一訊號參數,其中受控制的該至少一訊號參數被輸入至該控制器;或一個別訊號路徑中的至少一訊號的增益。
- 如請求項14之驅動器電路,其中該驅動器電路提供一穩定功率輸出。
- 如請求項14之驅動器電路,其中該控制器輸出一總預測功率需求訊號。
- 如請求項23之驅動器電路,其中該總預測功率需求訊號被輸入至一電池控制器。
- 一種驅動器電路系統,包括:多個驅動器電路,每一該等驅動器電路被配置為輸出一驅動訊號,用於驅動一負載;一電源供應器,用於提供一供應電壓至該等驅動器電路;以及一預測控制器,被配置為基於該供應電壓的一位準,調節、控 制或調整該等驅動器訊號中之一者或多者的一參數。
- 一種驅動器電路系統,包括:一驅動器電路,用於驅動一第一換能器及一第二換能器,其中該第一換能器包括一音效換能器,且該第二換能器包括一觸覺致動器;一電源供應器,用於提供一供應電壓至該驅動器電路;以及一預測控制器,被配置為基於該供應電壓的一位準,調節、控制或調整由該驅動器電路輸出的一個或多個驅動訊號的一參數。
- 一種主機裝置,包括如請求項3至24中任一者之驅動器電路或請求項1至2或25至26中任一者之驅動器電路系統,其中該主機裝置包括一電腦遊戲控制器、一虛擬實境(VR)或擴增實境(AR)裝置、一眼鏡、一行動電話、一平板電腦或筆記型電腦、一輔助裝置、一耳罩式耳機、一耳塞式耳機、一耳機-麥克風組合或一電池供電裝置。
- 一種積體電路,包括如請求項3至24中任一者之驅動器電路或請求項1至2或25至26中任一者之驅動器電路系統,其中該積體電路包括一積體電路或多個積體電路。
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2021
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