本發(fā)明涉及壓電輸入傳感器和其中采用這類壓電傳感器的裝置。

背景技術(shù)：

本申請人以公開號為ep2770638a1公布的歐洲專利申請（該申請的內(nèi)容以引用方式包含在此，以下稱為’638公開）描述了一種具有至少一個壓電傳感器元件的壓電開關(guān)電路。該申請的圖10被重新繪制為本申請的圖1并且示出了具有兩個壓電傳感器元件的壓電開關(guān)電路。

‘637公開中的并且也在圖1中示出的壓電開關(guān)電路的壓電傳感器元件不僅可用于檢測因為壓電傳感器元件彎曲而產(chǎn)生的信號（彎曲源于壓電傳感器元件受到（例如由人的手指）施加于表面的壓力或力而引起的力，其中壓電傳感器元件附接于該表面之下），而且還可用于產(chǎn)生通過所述表面而被（例如人的手指）感測到的觸覺信號。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目標(biāo)

壓電開關(guān)電路被配置為檢測作為電路一部分的至少一個壓電傳感器元件因為彎曲而產(chǎn)生的信號并且還產(chǎn)生觸覺信號，就像在’638公開中揭示的壓電開關(guān)電路那樣，其中，通過在壓電傳感器元件之上開關(guān)升壓變換器，由該升壓變換器產(chǎn)生觸覺信號（參見圖1：升壓變換器1101產(chǎn)生高壓，該高壓可以是從電壓的某些區(qū)域至200-400伏的范圍內(nèi)的任何電壓，并且優(yōu)選地為100-200伏）。當(dāng)開關(guān)（參見圖1：開關(guān)1105，i或開關(guān)1105，ii）斷開時，各個壓電傳感器元件（參見圖1：分別為壓電傳感器元件20，i或20，ii）可用作觸摸開關(guān)。當(dāng)其中一個開關(guān)閉合時，各個壓電傳感器元件可被用作觸覺信號發(fā)送裝置。開關(guān)由微控制器（參見圖1：微控制器26）通過經(jīng)由管腳（參見圖1：分別為管腳52，i或管腳52，ii）的信號（參見圖1：分別為信號drven1或信號drven2）控制。

應(yīng)該理解的是，由于每個壓電傳感器元件都需要一個微控制器通道來讀取傳感器輸入并且用于產(chǎn)生觸覺信號的每個壓電傳感器元件都需要另外的微控制器通道來開關(guān)觸覺信號，因此微控制器處所需的通道數(shù)量隨著用于產(chǎn)生觸覺信號的壓電傳感器元件的數(shù)量的增加而快速增加。這被視為一個缺點。

本發(fā)明的一個目標(biāo)是簡化下列場景下的電路設(shè)計：在包含多個壓電傳感器（其中至少兩個可用于產(chǎn)生觸覺信號發(fā)送）的壓電傳感器中產(chǎn)生觸覺信號發(fā)送。

該目標(biāo)可借助于按照權(quán)利要求1的壓電傳感器、按照權(quán)利要求6的包含壓電傳感器的裝置和按照權(quán)利要求7的方法實現(xiàn)。

發(fā)明優(yōu)點

壓電傳感器包含微控制器和多個壓電傳感器元件，多個壓電傳感器元件的至少兩個：a）可用于利用升壓變換器生成的電壓產(chǎn)生觸覺信號，所述升壓變換器經(jīng)相應(yīng)的開關(guān)與每個壓電傳感器元件相連，以及b）連接至微控制器的壓電通道。

壓電傳感器進一步包含用于單獨控制每個開關(guān)的多路復(fù)用器，如果出現(xiàn)來自升壓管腳的信號，則用于每個開關(guān)的信號出現(xiàn)在連接至各個壓電通道的數(shù)字選擇線上。

微控制器被配置為：

i）將每個壓電通道用作傳感器通道以從各個壓電傳感器元件讀取傳感器輸入；以及

ii）響應(yīng)于在至少一個壓電通道內(nèi)檢測到傳感器輸入，在升壓管腳上設(shè)置信號和/或在使能信號管腳上設(shè)置該信號，并且還將信號設(shè)置到其內(nèi)檢測到傳感器輸入的至少一個壓電通道，從而借助各個壓電傳感器元件產(chǎn)生觸覺信號，使得以相對于傳感器輸入的時間交織方式設(shè)置信號。

壓電傳感器使得相對于微控制器而言提供簡化的電路設(shè)計成為可能，其中壓電通道可同時用于從壓電傳感器元件采集傳感器輸入和將信號設(shè)置為使多路復(fù)用器作用于開關(guān)的閉合，從而在同一壓電傳感器上產(chǎn)生觸覺反饋。

如果壓電通道被連接至壓電傳感器元件以用于讀取因為壓電傳感器元件彎曲而產(chǎn)生的信號，則同一壓電通道可以被共享，從而既用于采集因為壓電傳感器彎曲而產(chǎn)生的信號，并且也用于將信號設(shè)置為使多路復(fù)用器作用于開關(guān)的閉合，從而在同一壓電傳感器上產(chǎn)生觸覺反饋。

升壓變換器可被配置為：如果在微控制器的升壓管腳上和/或使能信號管腳上出現(xiàn)微控制器產(chǎn)生的信號，則產(chǎn)生電壓?？蛇x地，升壓變換器可被配置為：如果出現(xiàn)由多路復(fù)用器內(nèi)的多路復(fù)用器功能生成的信號，則產(chǎn)生電壓。該信號可以由來自于微控制器的升壓管腳的信號得到，在該情況下，使能信號管腳上的信號在微控制器輸出處就不再是必要的。

優(yōu)選地，微控制器被配置為以時間交織的方式利用壓電通道，該方式用于從壓電傳感器元件接收傳感器輸入和為通往多路復(fù)用器的數(shù)字選擇線提供輸出。

所述裝置包含一表面，按照本發(fā)明第一方面的至少一個壓電傳感器附接于該表面之下，使得至少一個壓電傳感器可經(jīng)該表面用作觸摸傳感器和經(jīng)該表面產(chǎn)生觸覺反饋。

在利用微控制器的壓電通道的方法中，壓電通道被用作從多個壓電傳感器元件的至少一個讀取傳感器輸入的傳感器通道，并且還被用作通往多路復(fù)用器的數(shù)字選擇線，從而利用由升壓變換器產(chǎn)生的電壓在同一壓電傳感器元件上產(chǎn)生觸覺信號，該升壓變換器經(jīng)由相應(yīng)的開關(guān)連接至每個壓電傳感器元件。

附圖說明

以下參照附圖中的圖3和4所示的實施例，更為詳盡地描述本發(fā)明，其中：

圖1為顯示按照現(xiàn)有技術(shù)的壓電傳感器的某些單元的簡化電路；

圖2為顯示按照現(xiàn)有技術(shù)的壓電傳感器的單元的詳細電路

圖3為顯示按照本發(fā)明第一實施例的壓電傳感器的某些單元的簡化電路；以及

圖4為顯示按照本發(fā)明第二實施例的壓電傳感器的某些單元的簡化電路。

在所有的圖中，相同的標(biāo)號指代相同或相似的結(jié)構(gòu)單元。

具體實施方式

以下將詳細描述按照本發(fā)明的壓電裝置2’的示例性實施例，其相對于’638公開中揭示的壓電裝置2作了增加和修改。出于簡潔性的考慮，對于下面未被明確描述的任何單元和各個電路，請讀者參照’638公開中關(guān)于這些單元和電路的詳細描述。

此外，關(guān)于裝置1的更為詳盡的結(jié)構(gòu)和壓電裝置2’在裝置1內(nèi)的布置，請讀者參照’638公開的圖1和說明書的各個部分。應(yīng)該理解的是，壓電裝置2’替代壓電裝置2被布置在裝置1中。最優(yōu)地，除了以下明確描述的單元和各個電路以外，壓電裝置2’的結(jié)構(gòu)與壓電裝置2的其它功能和實施方式的任何方面都是一致的。

圖2示出’638公開中揭示的壓電裝置2的圖12，但是圖2中現(xiàn)有三個觸覺輸出開關(guān)1105?？梢岳斫獾氖?，隨著觸覺開關(guān)1105的數(shù)量增加，將需要更多的微控制器線（現(xiàn)在ch1用于pzf1，ch2用于pzf2，并且ch3用于pzf3）。實際上，可以將觸覺輸出通道的數(shù)量選擇為有一個或更多個觸覺輸出通道。在按照’638公開的實施方式中，觸覺輸出開關(guān)1105的數(shù)量等于觸覺輸出通道的數(shù)量。

從圖1可以更為容易地看出，每個觸覺輸出開關(guān)1105（例如觸覺輸出開關(guān)1105，i或觸覺輸出開關(guān)1105，ii）都必須是可控的，這需要在微控制器26處有專用通道。當(dāng)觸覺輸出開關(guān)1105閉合時，升壓變換器1101產(chǎn)生的高電壓（在背景技術(shù)部分中已經(jīng)作了定義）被連接到各個壓電傳感器元件20之上，從而使得各個壓電傳感器元件振動以產(chǎn)生觸覺反饋。

需要更少的微控制器26的通道來控制觸覺信號的開關(guān)和用來檢測來自壓電傳感器元件20的信號，因而在現(xiàn)有的微控制器26的配置下，有更多的通道可用。

參照圖1來更為詳盡地描述操作升壓變換器1101以產(chǎn)生觸覺信號的原理。電壓受控的觸覺輸出開關(guān)1105（例如雙極晶體管或fet）由微控制器26（例如pz端口管腳）與板上生成電壓（例如hven）之間的電壓差控制。在典型的應(yīng)用中，對于單個觸覺通道，其中一個pz<i>管腳被拉低至0v，而其余的管腳被拉抬至vdd（3.3v）。通過將產(chǎn)生的電壓hven取值為高于雙極晶體管的vbeon閾值電壓（0.6v）來實現(xiàn)使能選擇，其中，hevn被施加于基極節(jié)點上。發(fā)射極被拉低至0v的晶體管是導(dǎo)電的，而發(fā)射極電壓為vdd的晶體管是不導(dǎo)電的。hven的電壓值可以是vbeon與vdd（3.3v）之間的任何值以確保被選擇的通道導(dǎo)電而未選擇的通道不導(dǎo)電。未選擇通道的拉抬并非絕對必要：管腳的hz（模擬輸入模式）狀態(tài)足以阻止電流流動，但是在噪聲環(huán)境下，強制拉抬更為安全。

優(yōu)選地，當(dāng)drvp具有開關(guān)活躍性并且借助邏輯單元81（參見圖2）在下電壓和上電壓之間切換時，僅激活hevn信號。由諸如二極管之類的開關(guān)元件8101對電壓進行整流以僅提供對晶體管基極的正向控制，從而增強導(dǎo)電性。當(dāng)在drvp上結(jié)束開關(guān)時，選擇晶體管的基極節(jié)點的電流經(jīng)電阻器被汲取至接地，并且無論pz管腳的電壓如何，所有的選擇晶體管都變得不導(dǎo)電。

觸覺通道選擇僅在觸覺升壓器向上驅(qū)動期間才是需要的，因為晶體管1107的向下驅(qū)動利用觸覺輸出開關(guān)1105內(nèi)部的hv開關(guān)二極管1106從phz<i>節(jié)點抽取電荷。

壓電傳感器2’包括微控制器26和多個壓電傳感器元件20，多個壓電傳感器元件20的至少兩個：

--可用于利用升壓變換器1101生成的電壓hv產(chǎn)生觸覺信號，所述升壓變換器1101經(jīng)相應(yīng)的開關(guān)1105與每個壓電傳感器元件20相連，以及

--連接至微控制器26的壓電通道（分別為pzf1；pzf2；pzf3）。

壓電傳感器2’進一步包含用于單獨控制每個開關(guān)1105的多路復(fù)用器80，如果出現(xiàn)來自升壓管腳（53）的信號drvp，則用于每個開關(guān)1105的信號出現(xiàn)在連接至各個壓電通道（pzf1；pzf2；pzf3）的數(shù)字選擇線上。

多路復(fù)用器80可以實現(xiàn)為開關(guān)單元82內(nèi)的單獨可控開關(guān)的陣列。邏輯單元81電連接至微控制器26的升壓管腳53，其被配置為單獨控制開關(guān)單元82內(nèi)的開關(guān)，如果升壓管腳53處出現(xiàn)信號drvp，則在各個壓電通道（pzf1；pzf2；pzf3）內(nèi)會出現(xiàn)用于這些開關(guān)的信號。因此各個壓電通道（pzf1；pzf2；pzf3）內(nèi)的信號隨后控制相應(yīng)的開關(guān)1105。

微控制器26被配置為：

i）將每個壓電通道（pzf1；pzf2；pzf3）用作傳感器通道以從各個壓電傳感器元件20讀取傳感器輸入；

ii）響應(yīng)于在至少一個壓電通道（pzf1；pzf2；pzf3）內(nèi)檢測到傳感器輸入，

iia）在升壓管腳53上設(shè)置信號drvp和在使能信號管腳54上設(shè)置信號hven，以及

iib）將信號設(shè)置到其內(nèi)檢測到傳感器輸入的至少一個壓電通道（pzf1；pzf2；pzf3），從而借助各個壓電傳感器元件20產(chǎn)生觸覺信號。信號將以短暫的延遲進行設(shè)置，使得以相對于傳感器輸入的時間交織方式在至少一個壓電通道（pzf1；pzf2；pzf3）處設(shè)置信號。

微控制器26被配置為以時間交織的方式利用壓電通道（pzf1；pzf2；pzf3），該方式用于從壓電傳感器元件20接收傳感器輸入和為通往多路復(fù)用器80的數(shù)字選擇線提供輸出。

優(yōu)選地，壓電通道（pzf1；pzf2；pzf3）連接至壓電傳感器元件20，以讀取因為壓電傳感器元件20的彎曲而產(chǎn)生的信號。

圖3示出壓電傳感器2’的第一實施例。多路復(fù)用器80的邏輯單元81連接至微控制器26的升壓管腳53。升壓管腳53進一步連接至升壓變換器1101。

微控制器26的使能信號管腳54連接至升壓變換器1101。當(dāng)使能信號管腳52上出現(xiàn)信號hven并且升壓管腳53上出現(xiàn)信號drvp時，升壓變換器1101產(chǎn)生高壓。

多路復(fù)用器80被配置為操作其開關(guān)單元82，從而響應(yīng)于各個輸入線上信號的出現(xiàn)（分別來自于pzf1、pzf2、pzf3），在同時出現(xiàn)升壓（drvp）信號時觸發(fā)其輸出線（分別通向觸覺輸出開關(guān)1105，i；1105，ii；1105，iii）。

在圖3所示的實施例中，升壓變換器1101被配置為：如果出現(xiàn)由微控制器26生成的信號drvp和/或信號hven，則產(chǎn)生電壓hv。

圖4顯示壓電傳感器2’的可選實施例?，F(xiàn)在微控制器26的使能信號管腳52不再需要，而是還采用多路復(fù)用器80的邏輯單元81，從來自微控制器26的升壓管腳53的信號drvp得到信號en。信號en從多路復(fù)用器的邏輯單元81的輸出連接到升壓變換器1101。升壓變換器1101被配置為：如果出現(xiàn)信號en，則產(chǎn)生電壓hv。

圖4所示方式的優(yōu)點在于，由于微控制器26處的一個數(shù)字輸出可用于其它用途，因此可以減少微控制器26處的資源需求。

在還有一個實施例中，可以借助于微控制器26的適當(dāng)配置產(chǎn)生同時用于升壓變換器1101和多路復(fù)用器80的信號drvp。信號hven在向上驅(qū)動期間于使能信號管腳54上產(chǎn)生。該情形下，信號hven可被同時送往變換器1101和多路復(fù)用器80。

在利用微控制器26的壓電通道（pzf1；pzf2；pzf3）的方法中，壓電通道（pzf1；pzf2；pzf3）被用作：

-用于從多個壓電傳感器元件20的至少一個讀取傳感器輸入的傳感器通道，以及

-通往多路復(fù)用器80的數(shù)字選擇線，從而利用由升壓變換器1101產(chǎn)生的電壓hv在同一壓電傳感器元件20上產(chǎn)生觸覺信號，該升壓變換器1101經(jīng)由相應(yīng)的開關(guān)1105連接至每個壓電傳感器元件20。

本發(fā)明的諸多特征和優(yōu)點在書面描述之后變得明確。而且由于眾多的修改和變化對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，因此本發(fā)明不受限于所示例和描述的精確構(gòu)造和操作。因此所有合適的修改和等同替換都歸屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。

特別是，壓電傳感器2’的數(shù)量可以不同于3個。而且沒有必要將每個壓電傳感器2’都配置為能夠在其之上產(chǎn)生觸覺信號。

標(biāo)號列表

1裝置

2、2’壓電傳感器

20壓電傳感器元件

26微控制器

52驅(qū)動通道

53升壓管腳

54使能信號管腳

80多路復(fù)用器

81邏輯單元

82開關(guān)單元

132安全性&衰減網(wǎng)絡(luò)

134測量（輸入）濾波器

135led輸出

136i²c總線連接器

137音頻輸出

1101升壓變換器

1105觸覺輸出開關(guān)

1107晶體管

1108電阻器

1109電阻器

8101開關(guān)元件（例如二極管）