[發明專利]壓電觸覺反饋中的零功率喚醒感測電路

在審

• 申請號: 201910880959.1
• 申請日: 2019-09-18
• 公開（公告）號: CN110928405A
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 西蒙·查普特;馬丁·雷諾
• 申請（專利權）人: 波瑞阿斯技術公司
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;H03K17/96
• 代理公司: 成都超凡明遠知識產權代理有限公司 51258
• 代理人: 王暉;吳莎

提供了一種壓電電路，包括：壓電致動器，用于響應于力施加產生感測信號，并且響應于觸覺電壓信號產生觸覺響應；驅動器電路，用于響應于喚醒信號產生觸覺電壓信號；喚醒電路，該喚醒電路在力沒有被施加到壓電致動器時不汲取功率，包括電容器、晶體管和輸出，電容器耦接到壓電制動器，晶體管包括第一端子、第二端子和第三端子，第一端子通過電容器電容地耦接到壓電致動器以接收感測信號，第二端子連接到電壓源，第三端子連接到地，其中，晶體管在感測信號有效時導通，輸出連接到第二端子以用于在晶體管導通時向致動器電路提供喚醒信號；以及反饋，包括在電容器和第一端子之間提供接地路徑的開關，其中，開關在晶體管導通時被閉合。

技術領域

本發明涉及一種喚醒電路，并且特別地涉及一種用于包括壓電致動器的觸覺反饋系統的喚醒電路。

背景技術

壓電效應是可逆過程，由此當向壓電材料施加力時，產生電荷，并且當向壓電材料施加電荷時，產生力。電荷可以被測量為電流或電壓，并且提供一種估計施加在材料上的機械應變的好方式。一個示例應用是使用壓電材料來代替機械開關。因此，當用戶按壓在包括壓電材料的按鈕上時，產生電壓/電流，由此電壓/電流的這種變化可以被電子設備檢測到，該電子設備通知系統用戶按壓在按鈕上。

反向壓電效應具有相反的結果。當向壓電材料施加電壓時，在壓電材料中產生機械應變。根據應用，應變將產生力和/或壓電材料的移位。示例應用是在觸覺致動器中，其中期望產生感覺，例如振動，以用于向用戶提供傳感反饋。設備將電壓波形施加到觸覺致動器以產生期望的感覺。一般而言，對于有用的移動或力，需要將數十至數百伏施加到壓電致動器以產生可辨別的感覺。

對于需要感測和致動的系統而言，壓電致動器是有吸引力的，因為系統可以使用將充當傳感器和致動器兩者的單個元件，即壓電致動器。雙功能元件可以實現應用，諸如機械按鈕更換，其中，需要感測來向系統提供命令，并且需要觸覺反饋來向系統提供自然用戶接口。

不幸的是，當試圖在簡單系統中組合致動和感測功能時出現問題。首先，當用戶按壓在致動器上時的輸入信號可能限于僅個位數的電壓，例如，1V至10V，而產生良好觸覺感覺所需的電壓可能是幾十到幾百伏。這提出了兩個挑戰：1)感測電子設備需要能夠安全地接受高壓信號，例如，100V或以上；2)足夠敏感以檢測僅具有1V幅度的信號。因此，許多感測前端電子設備具有電阻路徑以按比例減小電壓以使得能夠例如使用ADC或其他類似裝置讀取電壓。然而，電阻路徑通過連續地使壓電致動器放電并降低信號幅度來降低系統的靈敏度。第二個問題是需要有源電路來讀取傳感器，并且該電路需要幾微安到幾毫安的靜態電流和/或動態電流來操作。在按鈕每天被使用數次的系統中，對過電流的這種需求導致大量的功率浪費。

發明內容

本發明的目的是通過提供一種喚醒電路來克服現有技術的缺點，該喚醒電路在不施加壓力時不汲取功率但能夠檢測施加到壓電致動器的壓力，向致動電路產生加電信號，并以低延遲啟動觸覺反饋。

因此，本發明涉及一種壓電電路，包括：

壓電致動器，該壓電致動器用于響應于力施加產生感測信號，并且用于響應于觸覺電壓信號產生觸覺響應；

驅動器電路，該驅動器電路用于響應于喚醒信號產生觸覺電壓信號；

喚醒電路，該喚醒電路在力沒有被施加到壓電致動器時不汲取功率，該喚醒電路包括：電容器，該電容器耦接到壓電致動器；晶體管，該晶體管包括第一端子、第二端子和第三端子，該第一端子通過電容器電容地耦接到壓電致動器以接收感測信號，第二端子連接到電壓源，第三端子連接到地，其中，晶體管在感測信號有效時導通；輸出，該輸出連接到第二端子，以用于在晶體管導通時向致動器電路提供喚醒信號；以及

反饋，該反饋包括在電容器和第一端子之間提供接地路徑的開關，其中，當晶體管導通時該開關被閉合，保護晶體管免受觸覺電壓信號或任何高到足以損壞晶體管的電壓信號。

本發明的另一方面涉及一種壓電電路，包括：