專利名稱：維持振動設(shè)備振蕩的方法及實(shí)施該方法的振動設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及振動設(shè)備和其它無聲報(bào)警器，用于安裝在人體近距離攜帶的裝置上，如時(shí)鐘。更具體地說，本發(fā)明涉及維持振動設(shè)備振蕩的方法及實(shí)施該方法的振動設(shè)備。
在許多情況中，能夠不通過聽覺或視覺裝置來給一個(gè)人傳送信息是很有用的。特別當(dāng)一個(gè)人希望秘密警告一群人中的一個(gè)時(shí)，情況更是這樣。這樣傳送信息的觸覺裝置提供了一種有利的選擇使某人攜帶在身邊的裝置例如手表振動，以局部地刺激皮膚，從而表明特定的時(shí)間或事件的發(fā)生(消息，電話或約會等等的到達(dá))。這種觸覺信息傳送手段可以在用于向視力敏銳度下降或不存在的人指示時(shí)間、警報(bào)或其它事件的發(fā)生的設(shè)備中。作為信息，可參考?xì)W洲專利申請EP0 710 899和EP0 884663，其也屬于本申請人，公開了帶有振動設(shè)備的時(shí)鐘。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道安裝在轉(zhuǎn)子上的不平衡式振動設(shè)備。典型地，在這些設(shè)備中，每秒鐘幾十轉(zhuǎn)的不平衡旋轉(zhuǎn)由電子馬達(dá)驅(qū)動，該馬達(dá)由幾十毫瓦功率的電源供電，并在需攜帶者察覺的事件發(fā)生時(shí)啟動。
這些設(shè)備有耗費(fèi)許多能源的主要缺點(diǎn)，該缺點(diǎn)和鐘表領(lǐng)域中遇到的要求電池和元件微型化的需要相矛盾。
本申請人的歐洲專利申請EP 0 625 738公開了一種設(shè)備，用于使諸如手表的裝置振動。該設(shè)備包括與運(yùn)動物質(zhì)電磁耦合的線圈。
該專利申請沒有公開線圈激勵(lì)裝置的特征。說到這里，本領(lǐng)域的技術(shù)人員就知道必須將頻率等于所述物質(zhì)的自然機(jī)械振蕩頻率的脈沖作用于線圈，以獲得給定供應(yīng)能量的最大振動幅度。
可是，在實(shí)踐中很難嚴(yán)格測定自然頻率。首先，因?yàn)榭蛇_(dá)到15％的制造容差，一個(gè)運(yùn)動物質(zhì)和另一個(gè)運(yùn)動物質(zhì)的自然頻率不同。它還隨著線圈運(yùn)動物質(zhì)裝置攜帶的方式和離攜帶者身體遠(yuǎn)近程度而變化。典型地，攜帶條件引起裝置自然頻率5％的變化還引起能源耗散的變化。這些變化減低了被設(shè)計(jì)為在固定頻率下工作的激勵(lì)裝置的輸出，并且導(dǎo)致了顯著的能量浪費(fèi)。
本發(fā)明的主要目的是克服這些缺點(diǎn)。
應(yīng)當(dāng)注意，從美國專利文獻(xiàn)US 5,436,622，本領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)知道包括線圈運(yùn)動物質(zhì)裝置的振動設(shè)備，在第一階段，該設(shè)備在基本與所述運(yùn)動物質(zhì)的額定自然振蕩頻率相等的頻率下激活，然后在第二階段，該裝置處于自由振蕩，以測定裝置的自然振蕩頻率，該頻率取決于用戶攜帶設(shè)備的環(huán)境。一旦測定了自然振蕩頻率，則在剩下的全部振動過程中，該運(yùn)動物質(zhì)在該頻率下被驅(qū)動。
根據(jù)該文獻(xiàn)，需要注意，在使運(yùn)動物質(zhì)振動的整個(gè)過程中，該振動設(shè)備由與測定的自然頻率相等頻率的周期矩形信號使其振動。例如，在美國專利文獻(xiàn)US 5,436,622的圖3中，可以清楚地看到這一點(diǎn)。根據(jù)該文獻(xiàn)，該振動設(shè)備這樣連續(xù)驅(qū)動，并且在設(shè)備振動的過程中從不處于自由振蕩狀態(tài)。
假定該裝置的自然振蕩頻率取決于攜帶條件，那么在設(shè)備振動過程中該頻率可能變化相當(dāng)大。因此，在上述美國文獻(xiàn)US 5,436,622中公開的設(shè)備的主要缺點(diǎn)在于，它不能對振動設(shè)備振動期間自然振蕩頻率的變化做出反應(yīng)，只有在設(shè)備下一次被激活時(shí)才進(jìn)行測量。這樣，設(shè)備的能量輸出不是最理想的，所以必須尋找一種替換方案。根據(jù)該美國文獻(xiàn)US5,436,622，特別建議振動設(shè)備安裝額外的傳感器以測量振蕩頻率，如該文獻(xiàn)的圖5所示，以允許在在振蕩過程中適應(yīng)振動設(shè)備的振蕩頻率。
本申請人的歐洲專利申請?zhí)朎P 0 938 034公開了一種有利的解決方案，根據(jù)該方案，在上述運(yùn)動物質(zhì)振蕩的每個(gè)周期(或半周期)中，測定振動設(shè)備的自然振蕩頻率。和上述美國專利公開的解決方案不同，該方案允許在使設(shè)備振動時(shí)，考慮自然諧振頻率的變化，而不需使用額外的傳感器。這里，該設(shè)備不是依靠測定頻率的周期矩形信號，而是依靠在時(shí)間間隔的末端，在每個(gè)振蕩半周期內(nèi)生成的一個(gè)正負(fù)脈沖序列驅(qū)動振動，該時(shí)間間隔是在前一周期內(nèi)測量的上述運(yùn)動物質(zhì)的瞬間振蕩頻率的函數(shù)。在驅(qū)動脈沖之間該設(shè)備自由振蕩，使得可以測量瞬間自然頻率。
申請人可以預(yù)見在特定條件下，該方案會有缺點(diǎn)。如果沒有足夠的控制裝置，該方案特別可能出現(xiàn)測量誤差，該誤差將導(dǎo)致在不適當(dāng)?shù)念l率下驅(qū)動振動器。實(shí)際上，如果發(fā)生測量誤差，則在隨后的振蕩中該測量誤差重復(fù)出現(xiàn)，使得該設(shè)備很快變得不穩(wěn)定。為了避免這種危險(xiǎn)，該設(shè)備必須被這樣設(shè)計(jì)，使之避免這種不穩(wěn)定。
該問題的一種解決方案在于變換在其中測量自然振蕩頻率的周期，和在其中維持振動設(shè)備的振蕩的周期，以便使振動設(shè)備自由振動，并允許自然振蕩頻率的可靠測量?？墒且?yàn)檎袷幍目焖偎p，該方案是不合適的，其包含產(chǎn)生更大強(qiáng)度的驅(qū)動脈沖以便維持該裝置的振蕩，因此，產(chǎn)生更高的能耗。
因此本發(fā)明的另一個(gè)目的是對歐洲專利文獻(xiàn)EP 0 938 034中特別公開的方案提出一種替換方案，該方案允許對設(shè)備的自然振蕩頻率的變化做出合適的反應(yīng)，同時(shí)易于實(shí)施。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種方案，該方案比現(xiàn)有技術(shù)的方案更魯棒，更穩(wěn)定。
因此本發(fā)明涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1的特征的驅(qū)動振動設(shè)備的方法，該設(shè)備用于安裝在攜帶在靠近人體的裝置上。
該方法有利的實(shí)現(xiàn)形成了從屬權(quán)利要求的主題。
本發(fā)明也涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求4的特征的振動設(shè)備，該設(shè)備用于安裝在攜帶在靠近人體的裝置上。
該振動設(shè)備有利的實(shí)施例形成了附屬權(quán)利要求的主題。
根據(jù)該發(fā)明，在設(shè)備激活之初，徹底測定振動設(shè)備的自然諧振頻率。在固定不變的時(shí)間間隔的末端，產(chǎn)生驅(qū)動脈沖，該時(shí)間間隔特別取決于在激活之初進(jìn)行的測量，并且從線圈兩端產(chǎn)生的運(yùn)動感應(yīng)電壓超過它的平均電壓的時(shí)刻開始考慮。該不變時(shí)間間隔可以預(yù)定，并且不需要預(yù)先測量該設(shè)備的自然振蕩頻率。因此，盡管運(yùn)動感應(yīng)電壓超過平均電壓和下個(gè)驅(qū)動脈沖生成之間的時(shí)間間隔是固定的，但是進(jìn)行產(chǎn)生驅(qū)動脈沖的頻率適應(yīng)，因?yàn)樵隍?qū)動脈沖生成后，感應(yīng)電壓達(dá)到平均電壓所花的時(shí)間是瞬間自然振蕩頻率的函數(shù)。需要注意，運(yùn)動感應(yīng)電壓是運(yùn)動物質(zhì)的速度的反映，該運(yùn)動物質(zhì)的振蕩頻率對應(yīng)該運(yùn)動物質(zhì)的自然機(jī)械振蕩頻率。
另外，就該設(shè)備對在振蕩的前一周期中自然頻率的測量誤差不敏感而言，該方案比上述歐洲專利文獻(xiàn)EP 0 938 034中推薦的方案更魯棒，該誤差可在設(shè)備中產(chǎn)生不穩(wěn)定性。實(shí)際上，自然振蕩頻率是在設(shè)備開始振動時(shí)徹底測量的，該自然振蕩頻率決定從運(yùn)動感應(yīng)電壓超過平均電壓時(shí)起，到產(chǎn)生驅(qū)動脈沖止之間的測定時(shí)間間隔。
根據(jù)本發(fā)明，可以理解達(dá)成一種妥協(xié)。實(shí)際上，盡管當(dāng)設(shè)備開始振動時(shí)徹底測量自然振蕩頻率，但是在一定程度上仍要考慮由于攜帶環(huán)境的變化造成的頻率變化，因?yàn)槊總€(gè)驅(qū)動脈沖都在一個(gè)固定時(shí)間間隔的末端產(chǎn)生，該時(shí)間間隔從線圈兩端產(chǎn)生的運(yùn)動感應(yīng)電壓超過它的平均電壓的時(shí)刻開始。這樣，在線圈端子上產(chǎn)生的運(yùn)動感應(yīng)電壓和驅(qū)動脈沖的產(chǎn)生之間存在密切的關(guān)系。根據(jù)攜帶條件，驅(qū)動脈沖將稍早或稍晚出現(xiàn)，但是在任何情況下都不會在可能引起系統(tǒng)不穩(wěn)定的不合適的時(shí)刻出現(xiàn)。
通過閱讀以下的詳細(xì)論述，將更清楚地看到本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，該詳述參考附圖以非限制實(shí)例的方式給出，其中

圖1示出實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動方法的振動設(shè)備的驅(qū)動電路的方框圖；圖2示出線圈兩端的運(yùn)動感應(yīng)電壓Uind隨時(shí)間變化的波形圖，和隨時(shí)間變化產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖波形圖；和圖3示出當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施接通該振動設(shè)備時(shí)，隨時(shí)間變化進(jìn)行的不同周期的示意圖；圖4A到4C分別示出在頻率分別等于，大于和小于額定振蕩頻率f0時(shí)，線圈兩端出現(xiàn)的電壓VB12隨時(shí)間變化的第一，第二和第三個(gè)波形圖；圖5圖示了原理上允許對每個(gè)驅(qū)動脈沖的末端出現(xiàn)的過壓進(jìn)行濾波的實(shí)施例。
在一種優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)該發(fā)明的設(shè)備包括與上述歐洲專利申請EP 0 625 738中公開的結(jié)構(gòu)元件相類似的結(jié)構(gòu)元件。因此，它包含一個(gè)外殼(未示出)，外殼內(nèi)的運(yùn)動物質(zhì)(未示出)，用于傳送振動到該外殼，和與運(yùn)動物質(zhì)電磁耦合的線圈。
該線圈在圖1中示意性示出，并以參考符號L標(biāo)明。根據(jù)四個(gè)晶體管Q1，Q2，Q3和Q4的狀態(tài)，該線圈的第一端子B1和第二端子B2能夠被置為零電壓(地VSS)或電壓VBAT。
該四個(gè)晶體管Q1，Q2，Q3和Q4形成H橋電路，用來以兩極方式控制該振動設(shè)備。該H橋電路包括第一和第二分支，分別包括晶體管Q1和Q2及晶體管Q3和Q4，串聯(lián)安裝在電壓VBAT和VSS之間。更具體地說來，晶體管Q1和Q3是p型MOS晶體管，而晶體管Q2和Q4是n型MOS晶體管。如圖1中可看到的，該線圈的第一端子B1連接至晶體管Q1和Q2的連接點(diǎn)，而第二端子B2被連接至晶體管Q3和Q4的連接點(diǎn)。
晶體管Q1，Q2，Q3和Q4的柵極分別由邏輯電路3產(chǎn)生的信號A，B，C和D控制。根據(jù)控制信號A，B，C和D，晶體管Q1，Q2，Q3和Q4及線圈L分別處于以下真值表中指示的狀態(tài)，其中標(biāo)志“NC”和“C”分別意味著該晶體管處于非導(dǎo)通或?qū)顟B(tài)
線圈L的第一和第二端子B1，B2還分別連接至比較器2的正相輸入端(正端)和反相輸入端(負(fù)端)，該比較器2由差分放大器構(gòu)成，負(fù)責(zé)放大和在輸出端返回線圈L的B1，B2兩端測量出的運(yùn)動感應(yīng)電壓Uind。運(yùn)動感應(yīng)電壓Uind被施加到邏輯電路3的輸入端，該邏輯電路一方面負(fù)責(zé)產(chǎn)生H橋電路中的晶體管Q1，Q2，Q 3和Q4所需的控制信號A，B，C，D，以保證振動設(shè)備的啟動信號和振動驅(qū)動信號的產(chǎn)生，另一方面負(fù)責(zé)測量來自比較器2的感應(yīng)電壓Uind的頻率。
我們不再過多討論邏輯電路3的組成，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可參考上述歐洲專利申請EP 0 938 034，該申請?jiān)诖艘鲄⒖?，從而獲得信息，使他們在下文提供的指示的基礎(chǔ)上，在實(shí)踐中制作出依照本發(fā)明的設(shè)備。
如圖1中所示，該設(shè)備最好還包括能接通的分壓器，總體上以標(biāo)號4表明，負(fù)責(zé)在比較器2的倒相輸入端(負(fù)端)施加以確定電壓。只有當(dāng)線圈L處于高阻狀態(tài)(Q1，Q2，Q3，Q4處于非導(dǎo)通狀態(tài))時(shí)，在兩個(gè)連續(xù)驅(qū)動脈沖之間發(fā)現(xiàn)運(yùn)動感應(yīng)電壓Uind時(shí)，分壓器4，這里以電阻分壓器的形式出現(xiàn)，才形成將比較器2的負(fù)輸出固定在一確定電壓的裝置。在其它狀態(tài)下，該電阻分壓器斷開。
更具體地說，電阻分壓器4包括在電壓VBAT和VSS之間的一個(gè)串聯(lián)裝置，該串聯(lián)裝置包括第一晶體管Q10(p型MOS晶體管)，第一和第二電阻R1，R2，和第二晶體管Q11(n型MOS晶體管)。電阻R1和R2的連接點(diǎn)連接至比較器2的倒相輸入端，而晶體管Q10和Q11的柵極連接至邏輯電路3。
在該實(shí)施例中，可選擇例如使用大約相等數(shù)值的電阻R1和R2，將比較器2的倒相輸入端的電壓固定在等于VBAT/2的電壓上。當(dāng)線圈L處于高阻狀態(tài)時(shí)，即當(dāng)H橋電路中的晶體管Q1，Q2，Q3和Q4都處于非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，通過激活晶體管Q10和Q11，電阻分壓器4被接通，一個(gè)大約等于VBAT/2的電壓被施加到比較器2的倒相輸入端。從而，感應(yīng)電壓的平均值被固定在電壓VBAT/2上。
邏輯電路3特別使用電壓VBAT/2，以便及時(shí)檢測必須開始產(chǎn)生驅(qū)動脈沖的瞬間。通過對應(yīng)電壓VBAT/2引用運(yùn)動感應(yīng)電壓Uind，也能保證運(yùn)動感應(yīng)電壓Uind總是正的，它的峰-峰值小于電壓VBAT。在本申請中描述的實(shí)施例中，可以了解到運(yùn)動感應(yīng)電壓Uind在特定頻率下被采樣。通過將運(yùn)動感應(yīng)電壓Uind的平均值固定在電壓VBAT/2上，所有的信號樣本都是正的。
容易理解，電阻分壓器的使用不是嚴(yán)格需要的。也要理解，可以通過電阻分壓器固定不同于VBAT/2的平均電壓。因?yàn)槠谕詳?shù)字的方式處理比較器輸出產(chǎn)生的信號，這里討論的實(shí)施例特別有利。
圖2示意性地示出兩個(gè)圖，分別是隨時(shí)間變化產(chǎn)生的運(yùn)動感應(yīng)電壓Uind和驅(qū)動脈沖的波形圖。如上文提到的，將運(yùn)動感應(yīng)電壓Uind的平均值固定在電壓VBAT/2上。該感應(yīng)電壓有周期T(或換句話說頻率f)，該周期一部分是由加有振動設(shè)備的物體的攜帶條件決定的。該信號的頻率f基本上對應(yīng)于該振動設(shè)備的機(jī)械諧振頻率。
如圖2中可以看到的，驅(qū)動脈沖和運(yùn)動感應(yīng)電壓同步產(chǎn)生。正負(fù)極性驅(qū)動脈沖21，22隨時(shí)間變化相互交替產(chǎn)生。更具體地說，驅(qū)動脈沖基本上和運(yùn)動感應(yīng)電壓Uind的極值同步產(chǎn)生。從能量的觀點(diǎn)來看，當(dāng)運(yùn)動物質(zhì)的運(yùn)動幅度為零時(shí)，即當(dāng)運(yùn)動感應(yīng)電壓Uind的幅度最大時(shí)，產(chǎn)生這些驅(qū)動脈沖確實(shí)是優(yōu)選的。容易理解，假如在其它時(shí)候產(chǎn)生驅(qū)動脈沖，那么能量平衡會相當(dāng)差。因此可以理解在運(yùn)動感應(yīng)電壓Uind和驅(qū)動脈沖的產(chǎn)生之間存在密切的關(guān)系。
參考圖2，該圖示出驅(qū)動脈沖的波形，應(yīng)當(dāng)注意，分隔兩個(gè)連續(xù)驅(qū)動脈沖的時(shí)間間隔T*將大體上決定驅(qū)動振動設(shè)備的頻率。脈寬Tpulse決定產(chǎn)生振動的強(qiáng)度。很容易理解脈寬越寬，振動的強(qiáng)度越大。但同樣很容易理解，要限制脈沖寬度以允許該裝置在兩個(gè)連續(xù)驅(qū)動脈沖之間的自由振蕩，并允許其在振動設(shè)備工作過程中采用振動頻率。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，首先要注意，兩個(gè)連續(xù)驅(qū)動脈沖之間的時(shí)間間隔T*用于該裝置的瞬間振蕩頻率，該頻率源于運(yùn)動感應(yīng)電壓Uind的波形。需要再指出的是，在上述歐洲專利申請EP 0 938 034中公開的設(shè)備以相類似的原理工作，但是就以下方面而言是不同的，即根據(jù)該歐洲申請，兩個(gè)連續(xù)脈沖之間的時(shí)間間隔嚴(yán)格地調(diào)節(jié)到振蕩周期，該振蕩周期是在前一振蕩周期(或半周期)中從運(yùn)動感應(yīng)電壓Uind測量出來的。根據(jù)該歐洲申請，兩個(gè)連續(xù)驅(qū)動脈沖之間的時(shí)間間隔T*大體上對應(yīng)于前一周期測量的運(yùn)動感應(yīng)電壓Uind的振蕩半周期。
相反，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，當(dāng)使設(shè)備振動時(shí)，進(jìn)行徹底測量，因此分隔兩個(gè)連續(xù)脈沖的時(shí)間間隔T*不是嚴(yán)格調(diào)節(jié)為設(shè)備的瞬間振蕩周期。廣義來說，該測量不是先驗(yàn)的，必須的，而且可以在標(biāo)準(zhǔn)或額定振蕩的基礎(chǔ)上，預(yù)先確定定義驅(qū)動脈沖何時(shí)必須產(chǎn)生的時(shí)間參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，下文中可以清楚地看到，該時(shí)間間隔T*仍作為瞬間振蕩頻率的函數(shù)而變化，而不需要在每次振蕩過程中都進(jìn)行精確的頻率測量。假定只在振動設(shè)備啟動時(shí)進(jìn)行一次測量或者預(yù)先確定，則可避免由瞬間振蕩頻率測量中的誤差引起的潛在問題，而根據(jù)上述歐洲專利申請EP 0 938 034中公開的原理工作的振動設(shè)備卻可能引起這樣的問題。
圖3示意性地說明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的振動設(shè)備的啟動。更具體地說，圖3示出在振動設(shè)備啟動的時(shí)候，線圈L兩端的電壓VB12隨時(shí)間的變化圖。在第一階段，稱為啟動階段，連續(xù)產(chǎn)生兩個(gè)相反極性的啟動脈沖31，32，使設(shè)備開始振動。
第一階段之后是第二階段，稱為頻率測量階段，在此期間設(shè)備處于自由振蕩。在第二階段中，該設(shè)備將開始根據(jù)它的自然振蕩頻率振蕩，該頻率在下文中稱為額定振蕩頻率，以參考符號f0表示。該額定頻率f0例如通過在第二階段中，測定運(yùn)動感應(yīng)電壓的振蕩周期T0，稱為額定振蕩周期，根據(jù)運(yùn)動感應(yīng)電壓與平均電壓的交點(diǎn)測量?？蛇x地，我們可以只測量信號振蕩的半周期。如上面提到的那樣，該第二測量階段不是嚴(yán)格需要的，因?yàn)榭梢灶A(yù)先確定額定周期T0。
一旦確定或測定好額定周期T0，該設(shè)備進(jìn)入第三階段，稱為驅(qū)動階段，該階段一直延伸到該設(shè)備振動結(jié)束。在第三階段中，根據(jù)參考圖2闡述的原理，產(chǎn)生交變極性的驅(qū)動脈沖21，22，該脈沖基本上與運(yùn)動感應(yīng)電壓的極值同相。
在驅(qū)動階段，在每個(gè)施加到該振動設(shè)備線圈上的驅(qū)動脈沖的末端，應(yīng)當(dāng)注意，H橋電路的四個(gè)晶體管Q1，Q2，Q3和Q4的同時(shí)關(guān)斷導(dǎo)致相反極性的過壓的出現(xiàn)，標(biāo)為40，該過壓的時(shí)間常數(shù)取決于線圈L的特性，特別是它的電阻抗和電感。隨后我們將回到該過壓的問題上。
參考圖4A到4C，將詳細(xì)論述依照本發(fā)明的振動設(shè)備的驅(qū)動原理。應(yīng)當(dāng)注意，為簡單起見，剛才提到的過壓沒有在這些圖上表示出來。同樣為簡單起見，線圈兩端的電壓VB12被表示為具有零平均電壓，而不是與由電阻分壓器4施加的VBAT/2相等的平均電壓。在原理上，這些基本上不會改變?nèi)魏吻闆r。
圖4A，4B和4C分別示出在驅(qū)動階段，即圖3中示出的第三和最后階段，線圈L兩端的電壓VB12隨時(shí)間的變化。更明確地，圖4A以曲線表示在一種情況下電壓VB12的變化，在該種情況下，在頻率測量階段(圖3中的第二階段)中振動設(shè)備的自然振蕩頻率對應(yīng)于振動設(shè)備的額定頻率，即該振動設(shè)備的自然振蕩頻率不會因用戶攜帶的條件而變化。
在這種情況下，假定在頻率上沒有任何變化，則分隔兩個(gè)連續(xù)驅(qū)動脈沖的時(shí)間T*基本上等于測量或確定的額定周期T0的一半，即T0/2，因此該振動設(shè)備在和測量的額定頻率f0基本相等的頻率下工作。
根據(jù)本發(fā)明，無論正負(fù)極性，每個(gè)驅(qū)動脈沖都在確定時(shí)間間隔末端產(chǎn)生，該時(shí)間間隔標(biāo)為Tto-pulse，從平均電壓和電壓VB12的相交處開始考慮，在圖中以符號O表示(在該情況下，為電壓VB12過零處)。通過測定額定周期T0，徹底確定時(shí)間間隔Tto-pulse。更具體地，該時(shí)間間隔Tto-pulse的數(shù)值為額定周期T0的四分之一減去脈寬Tpulse的一半，即Tto-pulse＝T0/4-Tpulse/2 (1)可以理解分隔兩個(gè)連續(xù)驅(qū)動脈沖21，22的時(shí)間間隔T*部分由時(shí)間間隔Tto-pulse決定。時(shí)間間隔T*還由運(yùn)動物質(zhì)回到相對于線圈的中間(或停止)位置所花的時(shí)間決定，換句話說，即運(yùn)動感應(yīng)電壓落到零幅度(相對于于平均電壓)所花的時(shí)間決定。在圖中，該時(shí)間由符號Tfrom-pulse表示。因此，可以理解兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔T*取決于兩個(gè)因素，一個(gè)是固定不變的時(shí)間間隔Tpulse，另一個(gè)是取決于振動設(shè)備攜帶狀況的可變時(shí)間間隔Tfrom-pulse。
因此要注意，根據(jù)本發(fā)明，盡管頻率測量只有當(dāng)設(shè)備啟動時(shí)才發(fā)生(或可選地預(yù)先確定)，但是產(chǎn)生驅(qū)動脈沖的頻率仍作為該振動設(shè)備瞬時(shí)振蕩頻率的函數(shù)變化。通過對圖4B和4C的討論，可以清楚地看到這一點(diǎn)。
圖4B說明了另一種情況，在該種情況下，振動設(shè)備攜帶狀況的變化引起振蕩頻率相對于額定頻率f0增加。這導(dǎo)致運(yùn)動感應(yīng)電壓頻率的變化，并導(dǎo)致線圈兩端電壓VB12的變化。在圖4B中以曲線b示意性地說明了該變化。為了比較，在圖4B中也示出了圖4A中的曲線。
在圖4B所示情況下，可以這樣理解，相對于圖4A中示出的情況，運(yùn)動感應(yīng)電壓落到相對于平均電壓零幅度處所花的時(shí)間Tfrom-pulse隨之減少。因?yàn)闀r(shí)間間隔Tto-pulse仍然是固定的，在該時(shí)間間隔的末端產(chǎn)生下一驅(qū)動脈沖，因此，施加的驅(qū)動脈沖(圖中的22)相對于運(yùn)動感應(yīng)電壓極值存在輕微的相位誤差(滯后)，如通過在時(shí)間上比較曲線b*和驅(qū)動脈沖22的位置可以看到的那樣，曲線b*示出沒有脈沖產(chǎn)生的情況下運(yùn)動感應(yīng)電壓的變化。但是從能量的觀點(diǎn)看，可以看到能量平衡要比現(xiàn)有技術(shù)方案中驅(qū)動脈沖在固定時(shí)間間隔周期產(chǎn)生的情況更好。
圖4C示出了相反的情況，在該情況下，振動設(shè)備攜帶狀況的變化引起振蕩頻率相對額定頻率f0減小。這也導(dǎo)致運(yùn)動感應(yīng)電壓頻率的變化，并導(dǎo)致線圈兩端電壓VB12的變化，在圖4C中以曲線c示意性地說明了該變化。為了比較，在圖4C中也示出了圖4A中的曲線。
在圖4C所示情況下，可以這樣理解，相對于圖4A中示出的情況，運(yùn)動感應(yīng)電壓落到相對于平均電壓零幅度處所花的時(shí)間Tfrom-pulse隨之增加。因?yàn)闀r(shí)間間隔Tto-pulse仍然是固定的，在該時(shí)間間隔的末端產(chǎn)生下一驅(qū)動脈沖，因此，施加的驅(qū)動脈沖(圖中的22)相對于運(yùn)動感應(yīng)電壓極值存在輕微的相位誤差(超前)，如通過在時(shí)間上比較曲線c*和驅(qū)動脈沖22的位置可以看到的那樣，曲線c*示出沒有脈沖產(chǎn)生的情況下運(yùn)動感應(yīng)電壓的變化。在該種情況下，能量平衡也要比現(xiàn)有技術(shù)方案中驅(qū)動脈沖在固定時(shí)間間隔周期產(chǎn)生的情況更好。
如果我們將根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動原理和上述歐洲專利申請EP 0 938034中公開的驅(qū)動原理相比較，可以理解從能量的觀點(diǎn)看，根據(jù)本發(fā)明的方案較差一些。但是就某些方面而言，根據(jù)本發(fā)明的方案更魯棒更穩(wěn)定，如不會有該振動設(shè)備在相對于它的真實(shí)自然振蕩頻率存在誤差的頻率下驅(qū)動的危險(xiǎn)和從而使該設(shè)備變得不穩(wěn)定的危險(xiǎn)，而這些危險(xiǎn)在依照上述歐洲專利申請工作的振動設(shè)備中是存在的。
相對于現(xiàn)有技術(shù)的其他方案，特別是那些以固定頻率驅(qū)動振動設(shè)備的方案，該發(fā)明的特別的優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)生驅(qū)動脈沖的頻率作為用戶攜帶振動設(shè)備的狀況的函數(shù)變化。
我們回到當(dāng)每個(gè)驅(qū)動脈沖中斷時(shí)出現(xiàn)過壓的問題上。該過壓的時(shí)間常數(shù)基本上由線圈的特性，特別是電阻和電感決定。每次過壓的出現(xiàn)導(dǎo)致電壓VB12連續(xù)兩次越過平均電壓，這兩次在時(shí)間上相當(dāng)近。因此，該過壓最好由合適的裝置進(jìn)行濾波，或者在比較器2的輸入由合適的模擬濾波裝置濾波，或者在比較器2的輸出由數(shù)字濾波裝置濾波，以便防止因過壓引起的與平均電壓的交叉被檢測成期望的平均值交叉，即決定驅(qū)動脈沖產(chǎn)生時(shí)間的特定瞬間。
除該模擬方案之外，一種方案還在于例如在驅(qū)動脈沖中斷后，在確定的時(shí)間間隔內(nèi)禁止比較器2，選擇的這個(gè)時(shí)間間隔比產(chǎn)生過壓的時(shí)間長。
依照另一方案，為了實(shí)施過壓的“數(shù)字濾波”，最好檢查在比較器輸出產(chǎn)生的幾個(gè)連續(xù)的信號樣本。圖5示意性地示出了線圈兩端電壓VB12和在驅(qū)動脈沖21產(chǎn)生的末端出現(xiàn)的過壓40。如圖所示，在標(biāo)為TH的定時(shí)間隔采樣，使得產(chǎn)生一系列的信號樣本。要注意的是，樣本的比例和數(shù)量在這里僅為舉例說明。
更具體地，在過壓的瞬間40，產(chǎn)生四個(gè)數(shù)值小于運(yùn)動感應(yīng)電壓平均值的樣本。該四個(gè)樣本被標(biāo)為符號1到4。第四個(gè)樣本后的樣本高于運(yùn)動感應(yīng)電壓平均值。在運(yùn)動感應(yīng)電壓的過平均電壓點(diǎn)之后，該交點(diǎn)由符號0表示，產(chǎn)生了超過十個(gè)數(shù)值小于運(yùn)動感應(yīng)電壓平均值的樣本。例如，前十個(gè)樣本由符號1到10表示。在檢查負(fù)極性驅(qū)動脈沖的末端產(chǎn)生的過壓的情況與此正好相反。
因此通過檢查N個(gè)連續(xù)樣本(例如在圖5的圖例中是10個(gè))，并檢查該十個(gè)連續(xù)樣本都有比運(yùn)動感應(yīng)電壓的平均值(在例中該平均值為零)更低的數(shù)值(或者在相反的情況下更高)，這樣過壓可以清楚地與正常的過平均電壓點(diǎn)O區(qū)分開來。我們可以選擇比過壓后產(chǎn)生的數(shù)值低于平均值的樣本數(shù)更高的樣本數(shù)。我們也可以考慮在過平均電壓點(diǎn)O測定過程中引起的延遲，即數(shù)值等于N倍樣本周期TH的延遲TN，并從時(shí)間Tto-pulse中減去該延遲，直到上文表達(dá)式(1)中定義的下個(gè)驅(qū)動脈沖的產(chǎn)生，如圖5所示。
應(yīng)當(dāng)理解，可以對本說明書描述的驅(qū)動方法和振動設(shè)備進(jìn)行不同的變化和/或改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的，而不會背離由所附權(quán)利要求定義的范圍。特別地，不需要對振動設(shè)備的振蕩頻率進(jìn)行預(yù)先測量，定義驅(qū)動脈沖何時(shí)產(chǎn)生的時(shí)間參數(shù)可以預(yù)先測定或?qū)⒃搮?shù)確定為名義值，該參數(shù)特別命名為時(shí)間間隔Tto-pulse。但是預(yù)先測量是優(yōu)選的，因?yàn)橥ㄟ^盡可能地靠近振動設(shè)備激活時(shí)的自然頻率，我們可以優(yōu)化振動設(shè)備的工作。
權(quán)利要求
1.維持振動設(shè)備振蕩的方法，該振動設(shè)備往往安裝在靠近人體攜帶的裝置如時(shí)鐘上，該設(shè)備包括外殼，外殼內(nèi)用于傳送振動到該外殼的運(yùn)動物質(zhì)，與該運(yùn)動物質(zhì)電磁耦合以便使其振蕩的線圈(L)，和激勵(lì)該線圈(L)的激勵(lì)電路，該方法包括通過上述激勵(lì)電路產(chǎn)生一組交變極性和固定脈寬(Tpulse)的驅(qū)動脈沖(21，22)，該脈沖基本上與上述線圈(L)兩端(B1，B2)產(chǎn)生的運(yùn)動感應(yīng)電壓(Uind，VB12)的極值一致，特征在于，每個(gè)驅(qū)動脈沖(21，22)在固定不變的時(shí)間間隔(Tto-pulse)的末端產(chǎn)生，該時(shí)間間隔從上述運(yùn)動感應(yīng)電壓(Uind，VB12)的過平均電壓點(diǎn)(O)開始考慮，在每個(gè)驅(qū)動脈沖(21，22)的末端，上述運(yùn)動感應(yīng)電壓(Uind，VB12)到達(dá)上述過平均電壓點(diǎn)(O)所花的時(shí)間間隔(Tfrom-pulse)由該振動設(shè)備的瞬間自然振動頻率決定，使之進(jìn)行產(chǎn)生上述驅(qū)動脈沖的頻率適應(yīng)。
2.依照權(quán)利要求1的方法，特征在于，當(dāng)上述振動設(shè)備被激活或在上述靠近人體攜帶的裝置遭到突然干擾后，至少產(chǎn)生一個(gè)啟動脈沖以引起上述振動設(shè)備振蕩。
3.依照權(quán)利要求2的方法，特征在于，在上述振動設(shè)備被迫振蕩后，進(jìn)行自然振蕩頻率測量，以便從上述運(yùn)動感應(yīng)電壓的平均電壓交點(diǎn)確定上述不變時(shí)間間隔(Tto-pulse)，在該時(shí)間間隔的末端產(chǎn)生每個(gè)驅(qū)動脈沖(21，22)。
4.用于安裝在靠近人體攜帶的裝置如時(shí)鐘上的振動設(shè)備，該設(shè)備包括外殼，外殼內(nèi)用于傳送振動到該外殼的運(yùn)動物質(zhì)，與該運(yùn)動物質(zhì)電磁耦合以便使其振蕩的線圈(L)，和激勵(lì)該線圈(L)的激勵(lì)電路(1)，上述激勵(lì)電路被安排產(chǎn)生一組交變極性和固定時(shí)間(Tpulse)的驅(qū)動脈沖(21，22)，該脈沖基本上與上述線圈(L)兩端(B1，B2)產(chǎn)生的運(yùn)動感應(yīng)電壓(Uind，VB12)的極值一致，特征在于，上述激勵(lì)電路(1)被安排在固定不變的時(shí)間間隔(Tto-pulse)的末端產(chǎn)生每個(gè)驅(qū)動脈沖，該時(shí)間間隔從上述運(yùn)動感應(yīng)電壓(Uind，VB12)的過平均電壓點(diǎn)(O)開始考慮，在每個(gè)驅(qū)動脈沖(21，22)的末端，上述運(yùn)動感應(yīng)電壓(Uind，VB12)到達(dá)上述過平均電壓點(diǎn)(O)所花的時(shí)間間隔(Tfrom-pulse)由該振動設(shè)備的瞬間自然振動頻率決定，使之進(jìn)行產(chǎn)生上述驅(qū)動脈沖的頻率適應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，特征在于所述激勵(lì)電路(1)包括包括第一和第二分支的H橋電路，每個(gè)分支包括串聯(lián)在兩電壓(VBAT，VSS)之間的一對晶體管(Q1，Q2，Q3，Q4)，所述線圈的兩端(B1，B2)連接到每個(gè)分支的晶體管的連接點(diǎn)之間；包括第一和第二輸入的比較器(2)，第一和第二輸入連接到所述線圈(L)的兩端(B1，B2)，用于放大所述線圈(L)兩端的電壓VB12；和邏輯電路(3)，特別用于控制所述H橋電路的晶體管(Q1，Q2，Q3，Q4)的狀態(tài)，以便在所述線圈的兩端(B1，B2)提供交變的正負(fù)電壓以產(chǎn)生驅(qū)動脈沖(21，22)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，特征在于，當(dāng)所述振動設(shè)備被激活或在靠近人體攜帶的所述裝置遭到突然干擾后，所述邏輯電路(3)還允許至少產(chǎn)生一個(gè)啟動脈沖(31，32)，以便使所述振動設(shè)備振蕩。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，特征在于所述邏輯電路(3)還允許測量振動設(shè)備的自然振蕩頻率，以便從所述運(yùn)動感應(yīng)電壓的過平均電壓點(diǎn)O開始，確定所述不變時(shí)間間隔(Tto-pulse)，在該時(shí)間間隔的末端產(chǎn)生每個(gè)驅(qū)動脈沖(21，22)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，特征在于所述設(shè)備還包括濾波裝置，以過濾在每個(gè)驅(qū)動脈沖(21，22)產(chǎn)生的末端出現(xiàn)的過壓(40)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，特征在于所述比較器輸出端產(chǎn)生的信號由所述邏輯電路(3)采樣，還在于過濾裝置包括檢查N個(gè)連續(xù)信號樣本的裝置，選擇該數(shù)量N使能夠區(qū)分所述過壓(40)和所述運(yùn)動感應(yīng)電壓(Uind，VB12)的過平均電壓點(diǎn)(O)，并從不變時(shí)間間隔中減去等于N倍取樣周期(TH)的時(shí)間間隔(TN)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，特征在于所述濾波裝置包括用于在特定時(shí)間間隔內(nèi)禁止所述比較器(2)輸出的裝置，該時(shí)間間隔大于所述過壓(40)的持續(xù)時(shí)間。
11.根據(jù)權(quán)利要求5-10的任意一項(xiàng)的設(shè)備，特征在于該設(shè)備還包括能夠被接通的分壓器(4)，用于當(dāng)振動設(shè)備自由振蕩時(shí)，在兩個(gè)連續(xù)脈沖(21，22)之間將所述比較器(2)的輸入固定在規(guī)定電壓(VBAT/2)上，以便將所述運(yùn)動感應(yīng)電壓(Uind，VB12)的平均電壓固定在該規(guī)定電壓(VBAT/2)上。
全文摘要
公開了一種用于維持振動設(shè)備振蕩的方法及實(shí)施該方法的振動設(shè)備。該振動設(shè)備用于安裝在靠近人體攜帶的裝置如時(shí)鐘上，包括外殼，外殼內(nèi)傳送振動到該外殼的運(yùn)動物質(zhì)，與該運(yùn)動物質(zhì)電磁耦合以便使其振動的線圈(L)，和激勵(lì)該線圈(L)的激勵(lì)電路。根據(jù)該方法，產(chǎn)生交變極性和特定的持續(xù)時(shí)間(T
文檔編號G04G99/00GK1479886SQ00820057
公開日2004年3月3日 申請日期2000年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月5日
發(fā)明者S·羅塔, S 羅塔, S·屈恩茨, 鞔 申請人:伊塔瑞士鐘表制造股份有限公司