[发明专利]压电触觉反馈中的零功率唤醒感测电路

说明书

提供了一种压电电路，包括：压电致动器，用于响应于力施加产生感测信号，并且响应于触觉电压信号产生触觉响应；驱动器电路，用于响应于唤醒信号产生触觉电压信号；唤醒电路，该唤醒电路在力没有被施加到压电致动器时不汲取功率，包括电容器、晶体管和输出，电容器耦接到压电制动器，晶体管包括第一端子、第二端子和第三端子，第一端子通过电容器电容地耦接到压电致动器以接收感测信号，第二端子连接到电压源，第三端子连接到地，其中，晶体管在感测信号有效时导通，输出连接到第二端子以用于在晶体管导通时向致动器电路提供唤醒信号；以及反馈，包括在电容器和第一端子之间提供接地路径的开关，其中，开关在晶体管导通时被闭合。

技术领域

本发明涉及一种唤醒电路，并且特别地涉及一种用于包括压电致动器的触觉反馈系统的唤醒电路。

背景技术

压电效应是可逆过程，由此当向压电材料施加力时，产生电荷，并且当向压电材料施加电荷时，产生力。电荷可以被测量为电流或电压，并且提供一种估计施加在材料上的机械应变的好方式。一个示例应用是使用压电材料来代替机械开关。因此，当用户按压在包括压电材料的按钮上时，产生电压/电流，由此电压/电流的这种变化可以被电子设备检测到，该电子设备通知系统用户按压在按钮上。

反向压电效应具有相反的结果。当向压电材料施加电压时，在压电材料中产生机械应变。根据应用，应变将产生力和/或压电材料的移位。示例应用是在触觉致动器中，其中期望产生感觉，例如振动，以用于向用户提供传感反馈。设备将电压波形施加到触觉致动器以产生期望的感觉。一般而言，对于有用的移动或力，需要将数十至数百伏施加到压电致动器以产生可辨别的感觉。

对于需要感测和致动的系统而言，压电致动器是有吸引力的，因为系统可以使用将充当传感器和致动器两者的单个元件，即压电致动器。双功能元件可以实现应用，诸如机械按钮更换，其中，需要感测来向系统提供命令，并且需要触觉反馈来向系统提供自然用户接口。

不幸的是，当试图在简单系统中组合致动和感测功能时出现问题。首先，当用户按压在致动器上时的输入信号可能限于仅个位数的电压，例如，1V至10V，而产生良好触觉感觉所需的电压可能是几十到几百伏。这提出了两个挑战：1)感测电子设备需要能够安全地接受高压信号，例如，100V或以上；2)足够敏感以检测仅具有1V幅度的信号。因此，许多感测前端电子设备具有电阻路径以按比例减小电压以使得能够例如使用ADC或其他类似装置读取电压。然而，电阻路径通过连续地使压电致动器放电并降低信号幅度来降低系统的灵敏度。第二个问题是需要有源电路来读取传感器，并且该电路需要几微安到几毫安的静态电流和/或动态电流来操作。在按钮每天被使用数次的系统中，对过电流的这种需求导致大量的功率浪费。

发明内容

本发明的目的是通过提供一种唤醒电路来克服现有技术的缺点，该唤醒电路在不施加压力时不汲取功率但能够检测施加到压电致动器的压力，向致动电路产生加电信号，并以低延迟启动触觉反馈。

因此，本发明涉及一种压电电路，包括：

压电致动器，该压电致动器用于响应于力施加产生感测信号，并且用于响应于触觉电压信号产生触觉响应；

驱动器电路，该驱动器电路用于响应于唤醒信号产生触觉电压信号；

唤醒电路，该唤醒电路在力没有被施加到压电致动器时不汲取功率，该唤醒电路包括：电容器，该电容器耦接到压电致动器；晶体管，该晶体管包括第一端子、第二端子和第三端子，该第一端子通过电容器电容地耦接到压电致动器以接收感测信号，第二端子连接到电压源，第三端子连接到地，其中，晶体管在感测信号有效时导通；输出，该输出连接到第二端子，以用于在晶体管导通时向致动器电路提供唤醒信号；以及

反馈，该反馈包括在电容器和第一端子之间提供接地路径的开关，其中，当晶体管导通时该开关被闭合，保护晶体管免受触觉电压信号或任何高到足以损坏晶体管的电压信号。

本发明的另一方面涉及一种压电电路，包括：