專利名稱：用于驅(qū)動壓電致動器的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大體上涉及平滑像素DLP投影系統(tǒng)，更具體地，涉及壓電致動器驅(qū)動器。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的背景技術(shù)屬于數(shù)字光處理或DLP領(lǐng)域，DLP是一種將圖像投影到大型屏幕上以用于演示的顯示技術(shù)。DLP使用設(shè)置在微芯片上的多個非常小的反射鏡，選擇性地控制顯示器上的多個獨立像素的幅度。其上設(shè)置有反射鏡的微芯片通常被稱作數(shù)字微反射鏡器件(DMD)。在其最簡單的形式中，首先通過旋轉(zhuǎn)色輪透射白光，以交替產(chǎn)生紅、綠和藍光。將彩色光投影到DMD上，控制DMD上的各個反射鏡的角度，以確定與特定反射鏡相關(guān)聯(lián)的像素是否看起來在顯示屏幕上是照亮的。
本領(lǐng)域公知的DLP的增強版本有時稱作“平滑像素(smoothpixel)”DLP。采用平滑像素DLP，改變了處于DLP圖像光路上的“抖動”反射鏡的角度，以提高有效分辨率。參考圖1，通過以第一角度放置“抖動”反射鏡，產(chǎn)生第一像素陣列10。相似地，如圖2所示，通過以第二角度放置“抖動”反射鏡，可以產(chǎn)生第二像素陣列20。通過選擇“抖動”反射鏡的角度，第二像素集的菱形像素相對第一像素集向下移動了半個像素。這導致第二像素集以第一像素集的間隙為中心。圖3中的陣列30示出了這種效果。典型地，有時被稱作壓電電動機的壓電致動器用于放置上述“抖動”反射鏡的角度。
圖4示出了采用平滑像素DLP的典型投影系統(tǒng)40的電氣和光學路徑的方框圖。來自光源42的光透射通過光學元件44、48和旋轉(zhuǎn)色輪46。色輪46交替地產(chǎn)生紅、綠和藍光。彩色光投影到DMD 50上。處理器72控制DMD上的各個反射鏡52的角度和每個反射鏡的停留時間，以確定與特定微反射鏡相關(guān)聯(lián)的像素看起來在顯示屏幕58上照亮的程度。通過由致動器56改變抖動反射鏡54與光路的角度Θ1和Θ2，將菱形像素10向下移動半個像素，導致如圖3所示的第二像素陣列20以前一像素集的間隙為中心。在濾波器66-70中操縱輸入視頻信號64，并將其發(fā)送到處理器72，以控制DMD 50中的微反射鏡。
壓電致動器的操作原理是，通過利用電流驅(qū)動壓電晶體并利用其膨脹和收縮，可以使用壓電晶體來產(chǎn)生運動。晶體通常安裝在鋁質(zhì)支架中，從而晶體的膨脹使支架偏斜。這種偏斜可以移動反射鏡，或者甚至可以轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動。在特定投影TV應用中，只需要將抖動鏡旋轉(zhuǎn)0.013度，以使像素移動所需的半個像素的高度。在壓電致動器的制造中，必須通過使相對高的電壓沿斜線變化(ramp)幾秒，來使晶體“極化”。這種電壓典型的是45伏特，持續(xù)時間是60秒。當在超過20伏特的峰峰電壓的應用中驅(qū)動壓電晶體時，如果允許電壓反向擺動，則可能發(fā)生“去極化”。
圖5示出了驅(qū)動致動器56的簡單方式，可以稱作“半橋”驅(qū)動器。在半橋驅(qū)動器中，致動器56連接在地與開關(guān)76之間，從而致動器56交替地也連接在電壓源74與地之間。這在致動器56兩端施加電壓VM，在本示例中表示為80’。圖9中示出了產(chǎn)生的波形，從中可以看出包含0到+12伏特，即電壓源74的值。這可以是驅(qū)動致動器56的有效方法，除了典型的致動器要求大約24伏特來操作，典型的視頻系統(tǒng)操作在12伏特的電源下。
圖6示出了可以稱作“全橋”驅(qū)動器的電路。這種電路通過添加另一開關(guān)82，以差分模式驅(qū)動致動器。開關(guān)82與開關(guān)76在相位上相差180度而進行操作，即當開關(guān)76將致動器56的一個端子連接到+12伏特時，開關(guān)82將第二端子接地，相反，當開關(guān)82將致動器接地時，開關(guān)76將致動器連接到+12伏特。將在本示例中稱作80”的差分驅(qū)動電壓VM施加到致動器56兩端。圖10示出了驅(qū)動電壓80”從-12伏特變到+12伏特。這提供了要求的24伏特峰峰電壓，但是問題在于將負電壓施加到致動器56兩端。很明顯需要不同的解決方案來同時滿足必需的驅(qū)動電壓，而不會將負電壓施加到致動器兩端。

發(fā)明內(nèi)容
總之，實施例提供了設(shè)備和方法。在一個實施例中描述了設(shè)備，所述設(shè)備包括用于產(chǎn)生第一、第二和第三信號的裝置，第一信號包含第一范圍，第二信號包含第二范圍并且具有與第一信號不同的相位，通過將第二信號電平移動到與第一和第二信號的DC偏置不同的電平上的DC偏置來產(chǎn)生第三信號；以及用于從第一信號和第三信號對負載進行差分驅(qū)動的裝置。在一些實施例中，所述負載可以是致動器或電動機。在相關(guān)實施例中，第一信號和第二信號可以是二元脈沖序列，通常是占空比調(diào)制脈沖序列，或者第一信號和第二信號可以是模擬信號。在一些實施例中，第二信號的電平移動可以采用峰值鉗位，這可以是參考與第二信號的正向最大振幅(excursion)相同的電平的負向峰值鉗位。另一實施例是一種提供差分輸出信號的方法，所述方法包括步驟產(chǎn)生第一信號；產(chǎn)生第二信號，第二信號與第一信號相位不同；電平移動第二信號以產(chǎn)生第三信號，與第二信號不同地偏置第三信號；以及提供第一信號和第三信號作為差分輸出。另一實施例是一種用于產(chǎn)生差分驅(qū)動信號的設(shè)備，所述設(shè)備包括第一開關(guān)，被配置成將差分信號對的第一信號交替地連接在第一電平和第二電平之間；第二開關(guān)，被配置成交替地連接到第二電平和第一電平，以產(chǎn)生中間信號；DC恢復器，與第二開關(guān)的輸出相連以電平移動中間信號，產(chǎn)生差分信號對的第二信號，對第二信號進行電平移動以操作在第三電平和第四電平之間。在一些應用中，第四電平等于第二電平。另一實施例描述了一種差分信號源，包括信號源；反相放大器，其輸入與信號源的輸出相連，其輸出與差分信號對的第二輸出相連。另一實施例是一種設(shè)備，所述設(shè)備包括電源電壓源；第一信號和第二信號源，第一信號具有第一DC電平和第一相位，第二信號具有不同于第一相位的第二相位和不同于第一DC電平的第二DC電平；以及第一和第二信號路徑，用于向負載分別提供所述第一信號和第二信號，以在負載處產(chǎn)生大于電源電壓幅度的驅(qū)動電平，并基本上防止負載處的極性反向。


以下將參考附圖更加詳細地描述本發(fā)明實施例，每幅圖中的相同元件具有相同的參考表示符圖1代表第一像素集陣列；圖2代表第二像素集陣列；圖3代表第一與第二像素集的交迭；圖4是使用平滑像素處理的DLP投影儀的方框圖；圖5是“半橋”電動機驅(qū)動器的方框圖；圖6是“全橋”電動機驅(qū)動器的方框圖；圖7是用于驅(qū)動壓電致動器的可選設(shè)備的方框圖；圖8是帶DC偏置的“全橋”電動機驅(qū)動器的方框圖；圖9示出了圖5驅(qū)動器的電動機驅(qū)動電壓的波形；圖10示出了圖6驅(qū)動器的電動機驅(qū)動電壓的波形；圖11到14示出了圖7驅(qū)動器的多個節(jié)點處的波形；圖15到18示出了圖8驅(qū)動器的多個節(jié)點處的波形；圖19是圖8的優(yōu)選實施例的示意圖；以及圖20是詳細描述方法實施例的流程圖。
具體實施例方式
首先參考圖7，詳細描述對于如下問題的解決方案利用低于所要求的驅(qū)動電壓的電源電壓驅(qū)動壓電致動器，并且仍然不會在致動器兩端施加負電勢。在本實施例中，信號源84向反相放大器86和由電容器88和二極管90形成的負向峰值鉗位電路提供信號。可用的電源電壓89向放大器86供電，并提供鉗位參考電壓。如圖11所示，S1代表來自源84的信號，S1a和S1b代表S1在連續(xù)時間間隔處的電平。在圖12中，S2代表由鉗位電路88和90進行了電平移動的信號S1，S2a和S2b代表S2在連續(xù)時間間隔處的電平。相似地，圖13描述了作為反相的信號S1的S3，S3a和S3b代表S3在相繼時間間隔處的電平。應該注意，除了將S1反相之外，反相放大器86還對S1進行放大或衰減操作，以產(chǎn)生S3。至致動器56的驅(qū)動是差分信號VM，在本示例中表示為“80”，可以表達為S2減S3。圖14中示出了產(chǎn)生的至致動器56的驅(qū)動，在時間間隔“a”和“b”期間的電平VM可以表達為VMa＝S2a-S3a并且VMb＝S2b-S3b如果放大器86是單位(unity)增益反相器S1a＝S3b并且S1b＝S3a如果S1a＝0則S3b＝0如果VREF設(shè)為與大于信號S1的正向最大振幅的一個二極管電壓相等，則由于負向峰值鉗位S2a＝S1b并且S2b＝S1b+S1b-S1a＝2S1b則驅(qū)動“80”將是VMa＝S2a-S3a＝S1b-S1b＝0并且VMb＝S2b-S3b＝S2b-0＝2S1b因此，如圖14所示，致動器驅(qū)動可以是可用電源電壓89的兩倍，而不會經(jīng)歷任何負向驅(qū)動電勢。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，應該明顯可見的是通過選擇非單位增益的反相器86、和/或不同電平的鉗位參考VREF、和/或信號S1a上的不同DC分量，可以將致動器驅(qū)動縮放，以具有特定正向或負向偏移量，即VMa＜＞0，或者具有除了2之外的其他值的“增益因子”(在上述示例中是2)。
圖8示出了致動器驅(qū)動設(shè)備的另一實施例。本實施例具有一些與圖6的“全橋”驅(qū)動器的相似之處，但是避免了針對圖6而提及的負電勢問題。圖8的“帶DC偏置的全橋”驅(qū)動器以由電容器88和二極管90形成的負向峰值鉗位電路的形式，在開關(guān)82與致動器56之間插入DC恢復器。通過將鉗位二極管90的陽極與施加于開關(guān)76和82上的相同電源電壓源74相連，獲得了只具有二極管電壓負分量的驅(qū)動電壓80””，驅(qū)動電壓80””是可用電源電壓的兩倍。這種負分量很小，足以忽略。圖8的電路采用了單刀雙擲開關(guān)76和82，兩者受到相反相位的制動，即，當開關(guān)76閉合到+12伏特V1時，開關(guān)82閉合到地電勢V0。交替地，當開關(guān)76閉合到地電勢V0時，開關(guān)82閉合到+12伏特V1。圖15到18示出了圖8電路中節(jié)點處的代表波形。圖15示出了開關(guān)82的代表輸出S4，圖17示出了開關(guān)76的代表輸出S6。包括電容器88和二極管90的鉗位電路對信號S4進行電平移動，使其在大約+12伏特與+24伏特之間擺動，產(chǎn)生圖16所示的波形S5。施加到致動器56的驅(qū)動信號是信號S6與S5之間的算術(shù)差，在圖18中示為VM(80””)。
圖19詳細描述了致動器驅(qū)動器的優(yōu)選實施例。微處理器105產(chǎn)生兩個反相位的驅(qū)動信號S7和S8。驅(qū)動信號S7和S8是脈寬調(diào)制數(shù)字脈沖序列，其平均值是最終將用于提供驅(qū)動信號S4、S5和S6的近似梯形波形。信號S7通過柵極驅(qū)動電阻器140驅(qū)動n溝道FET開關(guān)160導通或截止，S7也通過柵極驅(qū)動電阻器150驅(qū)動n溝道FET開關(guān)170導通或截止。信號S8通過柵極驅(qū)動電阻器145驅(qū)動n溝道FET開關(guān)165導通或截止，S8也通過柵極驅(qū)動電阻器155驅(qū)動n溝道FET開關(guān)175導通或截止。包括有電阻器140、145、150和155，以減少FET的快速開關(guān)可能引起的電磁干擾EMI。FET 170用作反相器，通過包括有電阻器190、195和205的電阻分壓器驅(qū)動p溝道FET 240。FET 165用作反相器，通過包括有電阻器180、185和200的電阻分壓器驅(qū)動p溝道FET 245。配置串聯(lián)電阻器組合180-185和190-195，作為各自分壓器的輸入臂，以減少分壓器的串聯(lián)臂中的功率耗散。n溝道FET 160和p溝道FET 245的組合包括圖8的單刀雙擲開關(guān)82。n溝道FET 175和p溝道FET 240的組合包括圖8的單刀雙擲開關(guān)76。因為信號S7和S8是占空比調(diào)制脈沖序列，互補FET 160和245的輸出由電阻器210和220累加在一起，并經(jīng)過電容器215的低通濾波，以產(chǎn)生模擬驅(qū)動波形S4?；パaFET 175和240的輸出由電阻器225和235累加在一起，并經(jīng)過電容器230的低通濾波，以產(chǎn)生模擬驅(qū)動波形S6。同步輸入信號S9是由微處理器105使用的垂直同步信號，以使驅(qū)動信號S7和S8，按照垂直速率交替變換相位。信號S10是由未示出的系統(tǒng)控制器產(chǎn)生的占空比調(diào)制波形，電阻器110和115對其幅度進行縮放，并且電容器120對其進行濾波，變成DC值。微處理器105使用該DC電壓調(diào)整驅(qū)動信號S7和S8的幅度，這允許調(diào)整致動器56的偏斜(由此由致動器驅(qū)動反射鏡)。電容器260是對電源電壓V1進行濾波的旁路電容器。
圖20示出了詳細描述驅(qū)動致動器或電動機的方法步驟的流程圖300。初始步驟310是產(chǎn)生第一信號。下一步驟320是產(chǎn)生與第一信號不同相位的第二信號。接著在步驟330電平移動第二信號，最終步驟340是用經(jīng)電平移動的第二信號和第一信號對負載進行差分驅(qū)動。
雖然參考優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是明顯可見，在不背離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍的前提下，可以對實施例進行多種修改。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括用于產(chǎn)生第一(S6)、第二(S4)和第三(S5)信號的裝置(74，76，82，88，90)，所述第一信號(S6)包含第一范圍，所述第二信號(S4)包含第二范圍并且具有與所述第一信號(S6)不同的相位，所述第三信號(S5)是通過將所述第二信號(S4)電平移動到與所述第一信號(S6)和所述第二信號(S4)的直流偏置不同的電平上的直流偏置來產(chǎn)生的；以及用于根據(jù)所述第一信號(S6)和所述第三信號(S5)對負載(56)進行差分驅(qū)動的裝置(S5，S6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中用于產(chǎn)生所述第一信號和所述第二信號的所述裝置產(chǎn)生作為二元脈沖序列的所述第一信號和所述第二信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中用于產(chǎn)生所述第一信號和所述第二信號的所述裝置產(chǎn)生作為模擬信號的所述第一信號和所述第二信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述產(chǎn)生裝置采用峰值鉗位電路(88，90)對所述第二信號進行電平移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述負載包括致動器(56)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述產(chǎn)生裝置產(chǎn)生作為占空比調(diào)制脈沖序列的所述第一信號和所述第二信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述產(chǎn)生裝置采用負向峰值鉗位電路對所述第二信號進行電平移動，所述負向峰值鉗位電路參考與所述第二信號的正向最大振幅相同的電平。
8.一種提供差分輸出信號的方法，包括步驟產(chǎn)生第一信號；產(chǎn)生第二信號，所述第二信號的相位與所述第一信號不同；電平移動所述第二信號以產(chǎn)生第三信號，與所述第二信號不同地偏置所述第三信號；以及提供所述第一信號和所述第三信號作為差分輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的提供差分輸出信號的方法，其中所述第一信號和所述第二信號是占空比調(diào)制脈沖序列。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的提供差分輸出信號的方法，其中所述第一信號和所述第二信號是模擬信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的提供差分輸出信號的方法，其中所述第二信號的所述電平移動采用了峰值鉗位電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的提供差分輸出信號的方法，其中所述第二信號的所述電平移動采用了負向峰值鉗位電路，所述負向峰值鉗位電路參考正向極性參考電平。
13.一種用于產(chǎn)生差分驅(qū)動信號的設(shè)備，包括第一開關(guān)(74)，被配置成將差分信號對(S6，S5)的第一信號(S6)交替地連接在第一電平(V0)和第二電平(V1)之間；第二開關(guān)(82)，被配置成交替地連接到所述第二電平(V1)和所述第一電平(V0)，以產(chǎn)生中間信號(S4)；直流恢復器(88，90)，與所述第二開關(guān)(82)相連，以電平移動所述中間信號(S4)，產(chǎn)生所述差分信號對(S6，S5)的第二信號(S5)，對所述第二信號進行(S5)電平移動以便操作在第三電平和第四電平之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述第四電平等于所述第二電平。
15.一種差分信號源，包括信號源(84)；反相放大器(86)，其輸入與所述信號源(84)的輸出相連，其輸出與差分信號對(S3，S2)的第一輸出(S3)相連；電平移動器(88，90)，其輸入與所述信號源(84)的輸出相連，其輸出與所述差分信號對(S3，S2)的第二輸出(S2)相連。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的差分信號源，其中所述電平移動器是直流恢復器。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的差分信號源，其中所述差分信號對的所述第一信號和所述第二信號中一個的負向峰值等于所述差分信號對的所述第一信號和所述第二信號中另一個的正向峰值。
18.一種設(shè)備，包括電源電壓源(89)；第一信號(S1)和第二信號(S2)源，所述第一信號(S1)具有第一直流電平和第一相位，所述第二信號(S2)具有不同于所述第一相位的第二相位和不同于所述第一直流電平的第二直流電平；以及第一和第二信號路徑，用于向負載(56)分別提供所述第一和第二信號，以在所述負載處產(chǎn)生大于所述電源電壓(89)幅度的驅(qū)動電平，并基本上防止所述負載處的極性反向。
全文摘要
公開了一種用于對“平滑像素”DLP投影儀(40)中的壓電致動器(56)進行差分驅(qū)動的設(shè)備和方法。對致動器(56)進行差分驅(qū)動，以獲得大于可用電源電壓(74)的驅(qū)動電平(V
文檔編號H02M7/5387GK101069294SQ200580025351
公開日2007年11月7日 申請日期2005年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者杰弗里·巴茲爾·倫達羅 申請人:湯姆森許可貿(mào)易公司