本發(fā)明涉及一種移動裝置的觸覺反饋元件控制器和一種控制移動裝置的觸覺反饋元件的方法。

背景技術(shù)：

許多移動裝置(例如移動電話)將觸覺電機用作產(chǎn)生振動警告或更復(fù)雜的觸覺模式的觸覺反饋元件，以增強人-裝置的交互。用于移動電話的觸覺電機通常利用AC驅(qū)動的線性諧振致動器(LRA)或DC驅(qū)動的偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(ERM)電機。LRA和ERM兩者都使用操作的電動原理來工作。

對于LRA來說，磁場通常由音圈產(chǎn)生，所述音圈與連接到“質(zhì)量塊”的磁體交互，所述質(zhì)量塊通常由金屬形成，它們懸置在彈簧上。當(dāng)磁場隨著所施加的驅(qū)動信號變化時，磁體和質(zhì)量塊在與彈簧交互時上下移動。相對于其中移動的錐體(或膜)產(chǎn)生聲壓波的揚聲器，移動的質(zhì)量塊產(chǎn)生振動。LRA彈簧和質(zhì)量塊之間的交互產(chǎn)生諧振行為。諧振頻率通常在150Hz和250Hz之間的范圍內(nèi)，250Hz是人體皮膚敏感度頻率的峰值。所感知的觸覺力取決于驅(qū)動信號水平，其在諧振頻率下通常是正弦波。

ERM通常由包括電感線圈或音圈的DC電機構(gòu)成，所述電感線圈或音圈產(chǎn)生使電機軸旋轉(zhuǎn)的磁場。通常由金屬形成的偏心質(zhì)量塊連接到電機軸。因為質(zhì)量塊是偏心地安裝在電機軸上，所以旋轉(zhuǎn)將產(chǎn)生振動。用于移動裝置的ERM電機通常在高于10,000RPM的頻率下旋轉(zhuǎn)，并通常在約3伏的固定DC電壓下操作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在所附權(quán)利要求書中限定本發(fā)明的各個方面。在第一方面中，限定用于移動裝置的觸覺反饋元件控制器，其包括具有處理器輸出端、第一處理器輸入端和第二處理器輸入端的處理器，以及具有輸出端的控制狀態(tài)模塊，所述輸出端耦合到第二處理器輸入端，并被配置成確定觸覺反饋元件和觸覺反饋元件放大器中的至少一個的至少一個操作狀態(tài)參數(shù)，其中所述處理器被配置成根據(jù)所述至少一個操作狀態(tài)參數(shù)來更改第一處理器輸入端上接收到的輸入信號的一個或多個頻率分量的幅度，以及將處理后的信號輸出到觸覺反饋元件放大器，所述觸覺反饋元件放大器具有用于耦合到觸覺反饋元件的輸出端。

觸覺反饋控制器可基于觸覺反饋元件操作狀態(tài)參數(shù)和/或觸覺反饋元件放大器操作狀態(tài)來處理輸入驅(qū)動信號。處理器可被配置成通過將相應(yīng)的操作狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)保持在安全限度內(nèi)，保護觸覺反饋元件放大器和/或觸覺反饋元件或觸覺電機。

在實施例中，處理器可被配置成響應(yīng)于至少一個操作狀態(tài)參數(shù)小于第一預(yù)定值來增加輸入信號的一個或多個頻率分量的幅度，以及響應(yīng)于至少一個操作狀態(tài)參數(shù)大于第二預(yù)定值來減小輸入信號的一個或多個頻率分量的幅度。

處理器可通過將輸入信號增強到操作狀態(tài)參數(shù)中的一者或多者達到它們相應(yīng)的安全限度來最大化觸覺反饋元件輸出和/或觸覺反饋元件放大器輸出。處理器可施加時變增益或頻率依賴增益。在不減少觸覺反饋元件的壽命的情況下，觸覺反饋元件控制器可將驅(qū)動信號最大化到機械和熱限度。

在實施例中，觸覺反饋元件控制器可另外包括耦合到處理器的帶寬擴展模塊，其中帶寬擴展模塊被配置成擴展觸覺反饋元件的有效通帶，以包括高于和低于觸覺反饋元件的諧振頻率的頻率。

在觸覺反饋元件控制器的實施例中，帶寬擴展模塊可另外被配置成響應(yīng)于觸覺反饋元件的諧振頻率的改變來適應(yīng)有效通帶。

帶寬擴展模塊可施加濾波器以增加觸覺反饋元件(例如，線性諧振致動器)的有效帶寬，以便重新產(chǎn)生更廣范圍的頻率。濾波器可固定到或適應(yīng)到(例如)LRA機械參數(shù)，例如Q因數(shù)和諧振頻率。

在觸覺反饋元件控制器的實施例中，處理器可包括處理器聲換能器輸入端，并且其中處理器被配置成響應(yīng)于在經(jīng)由聲換能器接收到的信號中檢測到在觸覺反饋元件的有效通帶以外的頻率分量來更改輸入信號，所述聲換能器耦合到處理器聲傳感器輸入端。

實施例可包括失真檢測器，所述失真檢測器具有用于從觸覺反饋元件放大器接收信號的第一輸入端、用于從聲換能器接收信號的第二輸入端，以及耦合到處理器聲換能器輸入端的輸出端，并且其中失真檢測器可操作以根據(jù)聲換能器信號和觸覺反饋元件放大器信號之間的比較來產(chǎn)生輸出信號。

經(jīng)由聲換能器(例如，麥克風(fēng)或被配置成麥克風(fēng)的揚聲器)檢測的聲信號可由處理器使用，以調(diào)整濾波器響應(yīng)和/或保護閾值，從而說明(例如)裝置與其上放置有裝置的表面的可變機械耦合?？砂ㄊд鏅z測器，其比較聲換能器信號和觸覺反饋元件放大器信號，并根據(jù)比較來產(chǎn)生失真信號。

在實施例中，觸覺反饋元件控制器可包括電壓-電流傳感器，其具有耦合到控制狀態(tài)模塊的輸出端和用于感測來自觸覺反饋元件放大器輸出端的電壓和/或電流的輸入端，并且其中控制狀態(tài)模塊被配置成根據(jù)所感測的電壓和/或電流來確定至少一個操作狀態(tài)參數(shù)的值。

觸覺反饋元件(例如，觸覺電機)的狀態(tài)(例如，LRA或ERM和/或觸覺反饋元件放大器狀態(tài))可根據(jù)跨越觸覺電機終端作出的電測量來確定和更新。監(jiān)測驅(qū)動電壓和/或電流能夠：根據(jù)電機的反電動勢(BEMF)計算它的動生阻抗。這允許估計電機位移和對應(yīng)的力、測量可用于估計音圈溫度的音圈DC電阻、計算輸出電流和電壓以及對應(yīng)的驅(qū)動功率。還可使用輸入信號和(非)線性前饋模型來確定觸覺電機和/或放大器狀態(tài)。在此情況下，電壓和電流信號可用于更新模型參數(shù)。通過利用電壓和電流信號的值更新模型，模型可適應(yīng)于說明制造容限、環(huán)境條件(例如，環(huán)境溫度)以及老化效應(yīng)。例如，對于觸覺反饋元件(例如，線性諧振致動器)來說，實際諧振頻率可變化(例如)10％到20％。通過更新模型，根據(jù)電壓和/或電流測量，可確定精確的諧振頻率，并可調(diào)整其它參數(shù)(例如，驅(qū)動信號和濾波器系數(shù))，以說明實際諧振頻率。

在實施例中，至少一個操作狀態(tài)參數(shù)可包括以下各者中的至少一者：觸覺反饋元件諧振頻率、峰值放大器電流、峰值輸出電壓、峰值放大器功率、平均放大器功率、觸覺元件音圈溫度、在觸覺元件音圈中耗散的峰值功率、觸覺元件質(zhì)量塊位移，以及施加到觸覺元件質(zhì)量塊的力。

在觸覺反饋元件控制器的實施例中，控制狀態(tài)模塊可被配置成根據(jù)所確定的電壓和/或電流來確定觸覺元件質(zhì)量塊位移和施加到觸覺元件質(zhì)量塊的力中的至少一個。

在觸覺反饋元件控制器的實施例中，控制狀態(tài)模塊可被配置成根據(jù)所確定的電壓和/或電流來確定觸覺反饋元件的音圈DC電阻，以及根據(jù)音圈DC電阻來確定音圈溫度的值。

在觸覺反饋元件控制器的實施例中，處理器可被配置成產(chǎn)生恒定頻率和恒定幅度信號，所述信號具有除觸覺反饋元件的諧振頻率以外的頻率，并且其中控制狀態(tài)模塊被配置成根據(jù)所確定的電壓和/或電流來確定觸覺反饋元件的音圈DC電阻，以及根據(jù)音圈DC電阻來確定音圈溫度的值。

在觸覺反饋元件控制器的實施例中，處理器可被配置成更改第一處理器輸入端上接收到的輸入信號的一個或多個頻率分量的幅度，以將力限制成預(yù)定的最大值。

在觸覺反饋元件控制器的實施例中，控制狀態(tài)模塊可另外包括觸覺反饋元件放大器狀態(tài)模塊和觸覺反饋元件狀態(tài)模塊，所述觸覺反饋元件放大器狀態(tài)模塊被配置成確定以下各者中的至少一者的值：峰值放大器電流、峰值輸出電壓、峰值放大器功率和平均放大器功率，所述觸覺反饋元件狀態(tài)模塊被配置成確定以下各者中的至少一者的值：諧振頻率、音圈溫度、在音圈中耗散的峰值功率、質(zhì)量塊位移和施加到質(zhì)量塊的力。

在觸覺反饋元件控制器的實施例中，控制狀態(tài)模塊可耦合到第一處理器輸入端，并且另外包括觸覺反饋元件和觸覺反饋元件放大器中的至少一個的模型，以根據(jù)第一處理器輸入端上接收到的輸入信號來計算至少一個操作參數(shù)的估計值。

在實施例中，觸覺反饋元件控制器可并入到移動裝置中，所述移動裝置可另外包括觸覺反饋元件放大器和觸覺反饋元件，其中觸覺反饋元件控制器耦合到觸覺反饋元件放大器輸入端，并且觸覺反饋元件耦合到觸覺反饋元件放大器輸出端。

在第二方面中，描述控制觸覺反饋元件的方法，觸覺反饋元件是由觸覺反饋元件放大器可操作地驅(qū)動，所述方法包括確定至少一個操作狀態(tài)參數(shù)；根據(jù)所述至少一個操作狀態(tài)參數(shù)來更改第一處理器輸入端上接收到的輸入信號的一個或多個頻率分量的幅度；以及將處理后的信號輸出到觸覺反饋元件放大器。

附圖說明

在附圖和描述中，相同的附圖標(biāo)號是指類似特征。現(xiàn)在僅借助于通過附圖所示出的例子詳細地描述實施例，在附圖中：

圖1示出了根據(jù)實施例的觸覺反饋元件控制器，其并入到觸覺反饋系統(tǒng)中。

圖2示出了根據(jù)實施例的觸覺反饋元件控制器，其并入到觸覺反饋系統(tǒng)中。

圖3示出了根據(jù)實施例的觸覺反饋元件控制器，其并入到觸覺反饋系統(tǒng)中。

圖4示出了根據(jù)實施例的觸覺反饋元件控制器，其并入到觸覺反饋系統(tǒng)中。

圖5示出了根據(jù)實施例的觸覺反饋元件控制器，其并入到觸覺反饋系統(tǒng)中。

圖6示出了根據(jù)實施例的觸覺反饋元件控制器，其并入到觸覺反饋系統(tǒng)中。

圖7示出了根據(jù)實施例的包括觸覺反饋元件控制器的移動裝置。

圖8示出了根據(jù)實施例的控制移動裝置的觸覺反饋元件的方法。

具體實施方式

圖1示出了包括處理器104和控制狀態(tài)模塊106的觸覺反饋元件控制器100。第一處理器輸入端102可連接到處理器104。第一處理器輸入端102還可連接到控制狀態(tài)模塊106?？刂茽顟B(tài)模塊的輸出端可連接到處理器104的第二輸入端108。觸覺反饋元件控制器100可并入作為觸覺反饋元件系統(tǒng)的部分。在操作中，觸覺反饋元件控制器100可具有到觸覺反饋元件放大器112的輸入端的連接110。觸覺反饋元件放大器112的輸出端可具有到觸覺反饋元件116的連接114。觸覺反饋元件116可為(例如)偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量振動器電機、線性諧振致動器或其它電動觸覺反饋元件。在操作中，處理器可根據(jù)觸覺反饋元件116和觸覺反饋元件放大器112中的任一者的操作狀態(tài)，處理輸入驅(qū)動信號。通過使用觸覺反饋元件放大器112和觸覺反饋元件116中的任一者或兩者的模型來控制狀態(tài)模塊106，可預(yù)測操作狀態(tài)。

控制狀態(tài)模塊106可處理輸入信號102，并根據(jù)模型估計一個或多個操作狀態(tài)。模型可為(例如)線性或非線性的前饋模型。觸覺反饋元件可使用電氣等效模型來建模?？商鎿Q的是或另外，觸覺反饋元件可被建模成熱模型，以說明電機殼體內(nèi)的熱耗散，以及預(yù)測給定輸入功率水平下的音圈溫度增加。

觸覺反饋元件116的示例操作狀態(tài)包括音圈溫度、在音圈中耗散的峰值功率、在音圈中耗散的平均功率、質(zhì)量塊的位移，以及施加到質(zhì)量塊的力。這些操作狀態(tài)中的每一個可具有由觸覺反饋元件的制造者界定的限度。觸覺反饋元件放大器的示例操作狀態(tài)包括峰值驅(qū)動電流、峰值輸出電壓、峰值功率消耗量，以及平均功率消耗。如果這些操作狀態(tài)中的一者或多者超過最大所需值，那么處理器可(例如)衰減輸入信號的一個或多個頻率的幅度，直到操作狀態(tài)值處于或低于最大值。輸入信號的頻率可包括在零(DC)到數(shù)百赫茲范圍內(nèi)的任何頻率。可替換的是，如果全部監(jiān)測的操作狀態(tài)參數(shù)低于最大值，那么處理器可增加輸入信號的一個或多個頻率分量的幅度，以(例如)使由觸覺反饋元件116產(chǎn)生的觸覺力最大化。

本申請案的發(fā)明人已經(jīng)實現(xiàn)，通過監(jiān)測觸覺反饋元件116和/或觸覺反饋元件驅(qū)動器112的一個或多個操作狀態(tài)，在不減少觸覺反饋元件的壽命的情況下，可將觸覺反饋元件驅(qū)動到其機械和熱限度。這允許(例如)任一個較小的觸覺反饋元件用于產(chǎn)生給定水平的觸覺反饋。在其它例子中，這允許以不希望的方式使用某些類型的觸覺反饋元件。例如，觸覺反饋元件控制器100可允許將線性諧振致動器(LRA)用作音頻輸出裝置，以補充移動裝置的音頻系統(tǒng)中所包括的其它擴音器。觸覺反饋元件(例如，LRA)被有意地設(shè)計成在單驅(qū)動頻率下操作，所述頻率通常對應(yīng)于其中LRA效率(牛頓/瓦)是最高的機械諧振頻率。本發(fā)明的觸覺反饋元件控制器可允許在比預(yù)期的驅(qū)動電壓的標(biāo)稱設(shè)計高得多的驅(qū)動電壓下驅(qū)動LRA，這允許LRA用于(例如)產(chǎn)生更廣范圍的頻率。包括觸覺反饋元件控制器的LRA系統(tǒng)接著可(例如)能夠產(chǎn)生更復(fù)雜的觸覺模式，或根據(jù)揚聲器上再現(xiàn)的音樂產(chǎn)生低音音調(diào)，由此有效地充當(dāng)音頻系統(tǒng)中的低音炮。

在替代性例子中，控制狀態(tài)模塊106可耦合到處理器104的輸出端110和觸覺反饋元件放大器112的輸出端114中的任一者或兩者。在這些例子中，根據(jù)直接測量在那些點處而不是模型處的信號的電壓和/或電流，控制狀態(tài)模塊106可確定一個或多個操作狀態(tài)?？商鎿Q的是，電壓和/或電流的直接測量可用于更新前饋模型的參數(shù)，以提高估計值的精確度。

觸覺反饋控制器100可在硬件、軟件或硬件與軟件的組合中實施。例如，處理器104和控制狀態(tài)模塊106可在邏輯硬件、或?qū)嵤┰跀?shù)字信號處理器(DSP)上的軟件中實施。觸覺反饋元件放大器112可(例如)實施為D類放大器。

圖2示出了觸覺反饋元件控制器200，其包括處理器204、觸覺放大器狀態(tài)模塊220和觸覺電機狀態(tài)模塊222。觸覺放大器狀態(tài)模塊220和觸覺電機狀態(tài)模塊222可被視為控制狀態(tài)模塊206。第一處理器輸入端202可連接到處理器204。第一處理器輸入端202可連接到觸覺放大器狀態(tài)模塊220。第一處理器輸入端202可連接到觸覺電機狀態(tài)模塊222。觸覺電機狀態(tài)模塊222的輸出端可連接到處理器204的第二輸入端208。觸覺放大器狀態(tài)模塊220的輸出端可連接到處理器204的第三輸入端218。在一些例子中，第二處理器輸入端208和第三處理器輸入端218可被視為經(jīng)由總線連接而連接到相應(yīng)的狀態(tài)模塊的單個控制輸入端。觸覺反饋元件控制器200可并入為觸覺反饋元件系統(tǒng)的部分，所述觸覺反饋元件系統(tǒng)包括觸覺反饋元件放大器212和觸覺反饋元件216。在操作中，觸覺反饋元件控制器200可具有到觸覺反饋元件放大器212的輸入端的連接210。觸覺反饋元件放大器212的輸出端可具有到觸覺反饋元件216的連接214。觸覺反饋元件216可為(例如)偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量振動器電機、線性諧振致動器或其它電動觸覺反饋元件。在操作中，處理器202可根據(jù)觸覺反饋元件216和觸覺反饋元件放大器212中的任一者的操作狀態(tài)，處理輸入驅(qū)動信號。

處理器204可將處理后的信號輸出到觸覺反饋元件放大器212，所述觸覺反饋元件放大器212可為D類放大器。觸覺反饋元件放大器212可具有固定增益或可變增益。在一些例子中，觸覺反饋放大器212可具有單位增益。

觸覺放大器狀態(tài)模塊220可處理輸入信號202，并根據(jù)可為線性或非線性的觸覺放大器狀態(tài)前饋模型，估計一個或多個操作狀態(tài)。例如，觸覺放大器狀態(tài)模塊220可估計觸覺反饋元件放大器的一個或多個操作參數(shù)的值，包括觸覺反饋元件放大器212的峰值驅(qū)動電流、峰值輸出電壓、峰值功率消耗量，以及平均功率消耗。

觸覺電機狀態(tài)模塊222可處理輸入信號202，并根據(jù)可為線性或非線性的觸覺電機狀態(tài)前饋模型，估計一個或多個操作狀態(tài)。例如，觸覺電機狀態(tài)模塊222可估計觸覺反饋元件216的操作狀態(tài)參數(shù)中的一者或多者的值。操作參數(shù)可包括諧振頻率、音圈溫度、在音圈中耗散的峰值功率、在音圈中耗散的平均功率、質(zhì)量塊的位移，以及施加到觸覺反饋元件216的質(zhì)量塊的力。

如果這些操作狀態(tài)中的一者或多者超過最大所需值，那么處理器可(例如)衰減輸入信號的一個或多個頻率的幅度，直到操作狀態(tài)值處于或低于最大值。輸入信號的頻率可包括在零(DC)到數(shù)百赫茲范圍內(nèi)的任何頻率?？商鎿Q的是，如果全部監(jiān)測的操作狀態(tài)參數(shù)低于最大值，那么處理器204可增加輸入信號的一個或多個頻率分量的幅度，以(例如)使由觸覺反饋元件216產(chǎn)生的觸覺力最大化。包括觸覺反饋元件控制器200以及觸覺反饋元件放大器212的觸覺驅(qū)動器可最佳地將觸覺反饋元件驅(qū)動到其機械和熱限度，且不減少壽命。

圖3示出了觸覺反饋元件控制器300，其包括處理器304、觸覺放大器狀態(tài)模塊320、觸覺電機狀態(tài)模塊322，以及電壓和/或電流傳感器326。觸覺放大器狀態(tài)模塊320和觸覺電機狀態(tài)模塊322可被視為控制狀態(tài)模塊306。第一處理器輸入端302可連接到處理器304。電壓和/或電流傳感器326的輸出端324可連接到觸覺放大器狀態(tài)模塊320的輸入端。電壓和/或電流傳感器326的輸出端324可連接到觸覺電機狀態(tài)模塊322的輸入端。觸覺電機狀態(tài)模塊322的輸出端可連接到處理器304的第二輸入端308。觸覺放大器狀態(tài)模塊320的輸出端可連接到處理器304的第三輸入端318。在一些例子中，第二處理器輸入端308和第三處理器輸入端318可被視為經(jīng)由總線連接而連接到相應(yīng)的狀態(tài)模塊的單個控制輸入端。觸覺反饋元件控制器300可并入為觸覺反饋元件系統(tǒng)的部分，所述觸覺反饋元件系統(tǒng)包括觸覺反饋元件放大器312和觸覺反饋元件316。在操作中，觸覺反饋元件控制器300可具有到觸覺反饋元件放大器312的輸入端的連接310。觸覺反饋元件放大器312的輸出端可具有到觸覺反饋元件316與電壓和/或電流傳感器326的輸入端的連接314。觸覺反饋元件316可為(例如)偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量振動器電機、線性諧振致動器或其它電動觸覺反饋元件。在操作中，處理器302可根據(jù)觸覺反饋元件316和觸覺反饋元件放大器312中的任一者的操作狀態(tài)，處理輸入驅(qū)動信號。

處理器302可將處理后的信號輸出到觸覺反饋元件放大器312，所述觸覺反饋元件放大器312可為D類放大器。觸覺反饋元件放大器312可具有固定增益或可變增益。在一些例子中，觸覺反饋放大器312可具有單位增益。

在操作中，觸覺反饋元件控制器300可確定一個或多個操作狀態(tài)參數(shù)，所述操作狀態(tài)參數(shù)根據(jù)由電壓和/或電流傳感器326檢測到的電壓和/或電流的測量計算得出。例如，通過監(jiān)測跨越觸覺反饋元件316的終端的電壓和/或電流，由觸覺反饋元件316的運動產(chǎn)生的阻抗(其也可被稱作動生阻抗)可根據(jù)電壓以及因此由觸覺電機狀態(tài)模塊322產(chǎn)生的反電動勢(反EMF)來確定。通過確定反EMF，可確定用于觸覺反饋元件(例如，線性諧振致動器)的電機位移和所施加的對應(yīng)的力。反過來，這可得到線性諧振致動器中的彈簧的硬度K的估計值。K的估計值反過來可得到線性諧振致動器中的彈簧如何快速退化，也就是線性諧振致動器可如何快速老化的指示。如果K的測量值指示硬度相對于其預(yù)期標(biāo)稱值增加或降低，那么觸覺反饋元件控制器300可將額外的衰減施加到輸入信號，由此減小施加到線性諧振致動器中的彈簧的力，這可延長它的壽命。

還可根據(jù)反EMF來確定其它參數(shù)，例如觸覺反饋元件(例如，線性諧振致動器)的Q因數(shù)和諧振頻率。

可替換的是或此外，觸覺電機狀態(tài)模塊322可使用測得的電壓和/或電流，以確定觸覺反饋元件316的音圈DC電阻的值。測得的音圈DC電阻值反過來可用于估計音圈溫度。在一些例子中，通過測量參考信號的衰減或具有已知的恒定幅度和頻率的導(dǎo)頻音調(diào)，可確定音圈DC電阻，所述導(dǎo)頻音調(diào)可由處理器404產(chǎn)生并與處理器304接收到的輸入信號混合。在其中觸覺反饋元件316是線性諧振致動器的例子中，諧振頻率可為不同于線性諧振致動器的諧振頻率的頻率。由于在LRA的諧振頻率下的阻抗可顯著不同于DC電阻，所以通過使用顯著不同的頻率，例如超過低于或高于諧振頻率的倍頻程的頻率，可獲得音圈的DC電阻的值。

可替換的是或此外，觸覺放大器狀態(tài)模塊322可使用測得的電壓和/或電流，以計算觸覺反饋元件放大器312的輸出電流和輸出電壓，并因此確定觸覺反饋元件放大器312的功率消耗的值，其可為平均功率值或峰值功率值。

如果這些操作狀態(tài)中的一者或多者超過最大所需值，那么處理器304可(例如)衰減輸入信號的一個或多個頻率的幅度，直到操作狀態(tài)值處于或低于最大值。輸入信號的頻率可包括在零(DC)到數(shù)百赫茲范圍內(nèi)的任何頻率?？商鎿Q的是，如果全部監(jiān)測的操作狀態(tài)參數(shù)低于最大值，那么處理器304可增加輸入信號的一個或多個頻率分量的幅度，以(例如)使由觸覺反饋元件316產(chǎn)生的觸覺力最大化。包括觸覺反饋元件控制器300以及觸覺反饋元件放大器312的觸覺驅(qū)動器可最佳地將觸覺反饋元件驅(qū)動到其機械和熱限度，且不減少壽命。

觸覺反饋控制器300可在硬件、軟件或硬件與軟件的組合中實施。例如，處理器304、觸覺放大器狀態(tài)模塊320和觸覺電機狀態(tài)模塊322可實施在邏輯硬件、或?qū)嵤┰跀?shù)字信號處理器(DSP)上的軟件中。電壓和/或電流傳感器326可實施為硬線電路(hardwire ciucuit)。觸覺反饋元件放大器312可(例如)實施為D類放大器。

圖4示出了觸覺反饋元件控制器400，其包括處理器404、觸覺放大器狀態(tài)模塊420、觸覺電機狀態(tài)模塊422、電壓和/或電流傳感器426，以及帶寬擴展模塊428。觸覺放大器狀態(tài)模塊420和觸覺電機狀態(tài)模塊422可被視為控制狀態(tài)模塊406。用于接收輸入信號的輸入端402可連接到帶寬擴展模塊428。帶寬擴展模塊428的輸出端可連接到處理器404的第一輸入端430。電壓和/或電流傳感器426的輸出端424可連接到觸覺放大器狀態(tài)模塊420的輸入端。電壓和/或電流傳感器426的輸出端424可連接到觸覺電機狀態(tài)模塊422的輸入端。觸覺電機狀態(tài)模塊422的輸出端可連接到處理器404的第二輸入端408。觸覺放大器狀態(tài)模塊420的輸出端可連接到處理器404的第三輸入端418。在一些例子中，第二處理器輸入端408和第三處理器輸入端418可被視為經(jīng)由總線連接而連接到相應(yīng)的狀態(tài)模塊的單個控制輸入端。觸覺反饋元件控制器400可并入為觸覺反饋元件系統(tǒng)的部分，所述觸覺反饋元件系統(tǒng)包括觸覺反饋元件放大器412和觸覺反饋元件416。在操作中，觸覺反饋元件控制器400可具有到觸覺反饋元件放大器412的輸入端的連接410。觸覺反饋元件放大器412的輸出端可具有到觸覺反饋元件416與電壓和/或電流傳感器426的輸入端的連接414。觸覺反饋元件416可為(例如)偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量振動器電機、線性諧振致動器或其它電動觸覺反饋元件。在操作中，處理器404可根據(jù)觸覺反饋元件416和觸覺反饋元件放大器412中的任一者的操作狀態(tài)，處理輸入驅(qū)動信號。

處理器404可將處理后的信號輸出到觸覺反饋元件放大器412，所述觸覺反饋元件放大器412可為D類放大器。觸覺反饋元件放大器412可具有固定增益或可變增益。在一些例子中，觸覺反饋放大器412可具有單位增益。

類似于在其它實施例中所描述的，在操作中，觸覺反饋元件控制器400可確定一個或多個操作狀態(tài)參數(shù)，所述操作狀態(tài)參數(shù)根據(jù)由電壓和/或電流傳感器426檢測到的電壓和/或電流的測量計算得出。如果這些操作狀態(tài)中的一者或多者超過最大所需值，那么處理器404可(例如)衰減輸入信號的一個或多個頻率的幅度，直到操作狀態(tài)值處于或低于最大值。可替換的是，如果全部監(jiān)測的操作狀態(tài)參數(shù)低于最大值，那么處理器404可增加輸入信號的一個或多個頻率分量的幅度，以(例如)使由觸覺反饋元件416產(chǎn)生的觸覺力最大化。包括觸覺反饋元件控制器400以及觸覺反饋元件放大器412的觸覺驅(qū)動器可最佳地將觸覺反饋元件驅(qū)動到其機械和熱限度，且不減少壽命，并且因此可為觸覺反饋元件同時提供信號增強和保護功能兩者。

處理器404可將濾波或壓縮施加到輸入信號，以更改一個或多個頻率分量的幅度。帶寬擴展模塊428可將濾波施加到輸入端402上接收到的輸入信號，以有效地增加所連接的觸覺反饋元件416(例如，線性諧振致動器)的響應(yīng)的帶寬。帶寬擴展模塊428通?？稍诰€性諧振致動器的諧振頻率的兩側(cè)對稱地擴展帶寬。觸覺電機狀態(tài)模塊422可確定觸覺反饋元件416的諧振頻率，并且?guī)挃U展模塊428可響應(yīng)于測得的諧振頻率改變來適應(yīng)通帶。帶寬擴展模塊428可(例如)施加濾波，從而衰減諧振頻率下的頻率分量，并增強在諧振頻率以外的頻率分量。

如果沒有超過操作參數(shù)值或所預(yù)測的操作參數(shù)值，那么處理器404可施加進一步的增強。這個可造成以下影響：針對在觸覺反饋元件416的諧振頻率以外的頻率，觸覺反饋元件控制器400可將比標(biāo)稱控制電壓高得多的電壓施加到所連接的觸覺反饋元件416，由此增加有效帶寬，同時控制輸入信號以使得不超過最大安全參數(shù)限度。因此，觸覺反饋元件控制器400可擴展再現(xiàn)帶寬，以允許多個頻率分量的安全再現(xiàn)。這可允許觸覺反饋元件(例如，線性諧振致動器)除了其預(yù)期用于產(chǎn)生觸覺反饋的目的之外，還用于音頻再現(xiàn)，包括(例如)話語再現(xiàn)。

圖5示出了觸覺反饋元件控制器500，其包括處理器504、觸覺放大器狀態(tài)模塊520、觸覺電機狀態(tài)模塊522，以及帶寬擴展模塊528。觸覺放大器狀態(tài)模塊520和觸覺電機狀態(tài)模塊522可被視為控制狀態(tài)模塊506。帶寬擴展模塊528可具有用于接收信號的輸入端502。帶寬擴展模塊528的輸出端可連接到處理器504的第一輸入端530。處理器504的輸出端510可連接到觸覺放大器狀態(tài)模塊520。處理器504的輸出端510可連接到觸覺電機狀態(tài)模塊522。觸覺電機狀態(tài)模塊522的輸出端可連接到處理器504的第二輸入端518。觸覺放大器狀態(tài)模塊520的輸出端可連接到處理器504的第三輸入端508。處理器504可具有麥克風(fēng)輸入端534。在一些例子中，第二處理器輸入端518和第三處理器輸入端508可被視為經(jīng)由總線連接而連接到相應(yīng)的狀態(tài)模塊的單個控制輸入端。觸覺反饋元件控制器500可并入為觸覺反饋元件系統(tǒng)的部分，所述觸覺反饋元件系統(tǒng)包括觸覺反饋元件放大器512、觸覺反饋元件516和麥克風(fēng)532。

在操作中，觸覺反饋元件控制器500可具有到觸覺反饋元件放大器512的輸入端的連接510。觸覺反饋元件放大器512的輸出端可具有到觸覺反饋元件516的連接514。麥克風(fēng)532可連接到處理器麥克風(fēng)輸入端534。觸覺反饋元件516可為(例如)偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量振動器電機、線性諧振致動器或其它電動觸覺反饋元件。在操作中，根據(jù)由觸覺電機狀態(tài)模塊522確定的觸覺反饋元件516和由觸覺放大器狀態(tài)模塊520確定的觸覺反饋元件放大器512中的任一者或兩者的操作狀態(tài)，處理器502可處理輸入驅(qū)動信號。

處理器504可將處理后的信號輸出到觸覺反饋元件放大器512，所述觸覺反饋元件放大器512可為D類放大器。觸覺反饋元件放大器512可具有固定增益或可變增益。在一些例子中，觸覺反饋放大器512可具有單位增益。

觸覺放大器狀態(tài)模塊520可處理輸入端502上接收到的信號，并根據(jù)基于處理器輸出端510上輸出的處理后的信號的觸覺放大器狀態(tài)前饋模型(其可為線性或非線性的)，估計一個或多個操作狀態(tài)。例如，觸覺放大器狀態(tài)模塊520可估計觸覺反饋元件放大器的一個或多個操作參數(shù)的值，包括觸覺反饋元件放大器512的峰值驅(qū)動電流、峰值輸出電壓、峰值功率消耗量，以及平均功率消耗。

觸覺電機狀態(tài)模塊522可處理輸入信號502，并根據(jù)基于處理器輸出端510上輸出的處理后的信號的觸覺電機狀態(tài)前饋模型(其可為線性或非線性的)，估計一個或多個操作狀態(tài)。例如，觸覺電機狀態(tài)模塊522可估計觸覺反饋元件516的操作狀態(tài)參數(shù)中的一者或多者的值。操作參數(shù)可包括諧振頻率、音圈溫度、在音圈中耗散的峰值功率、在音圈中耗散的平均功率、質(zhì)量塊的位移，以及施加到觸覺反饋元件516的質(zhì)量塊的力。

處理器504可將濾波或壓縮施加到輸入信號，以更改一個或多個頻率分量的幅度。帶寬擴展模塊528可將濾波施加到輸入端502上接收到的輸入信號，以有效地增加所連接的觸覺反饋元件516(例如，線性諧振致動器)的響應(yīng)的帶寬。帶寬的有效增加可在(例如)100和400Hz之間。帶寬擴展模塊528通?？稍诰€性諧振致動器的諧振頻率的兩側(cè)對稱地擴展帶寬。觸覺電機狀態(tài)模塊522可確定觸覺反饋元件516的諧振頻率，并且?guī)挃U展模塊528可響應(yīng)于測得的諧振頻率改變來適應(yīng)通帶。帶寬擴展模塊528可(例如)施加濾波，從而衰減諧振頻率下的頻率分量，并增強在諧振頻率以外的頻率分量。

如果沒有超過操作參數(shù)值或所預(yù)測的操作參數(shù)值，那么處理器504可另外施加增強。這個可造成以下影響：針對在觸覺反饋元件516的諧振頻率以外的頻率，觸覺反饋元件控制器500可將比標(biāo)稱控制電壓高得多的電壓施加到所連接的觸覺反饋元件516，由此增加有效帶寬，同時控制輸入信號以使得不超過最大安全參數(shù)限度。因此，觸覺反饋元件控制器500可擴展再現(xiàn)帶寬，以允許多個頻率分量的安全再現(xiàn)。這可允許觸覺反饋元件(例如，線性諧振致動器)除了其預(yù)期用于產(chǎn)生觸覺反饋的目的之外，還用于音頻再現(xiàn)，包括(例如)話語再現(xiàn)。

如果這些操作狀態(tài)中的一者或多者超過最大所需值，那么處理器可(例如)衰減輸入信號的一個或多個頻率的幅度，直到操作狀態(tài)值處于或低于最大值。輸入信號的頻率可包括在零(DC)到數(shù)百赫茲范圍內(nèi)的任何頻率?？商鎿Q的是，如果全部監(jiān)測的操作狀態(tài)參數(shù)低于最大值，那么處理器504可增加輸入信號的一個或多個頻率分量的幅度，以(例如)使由觸覺反饋元件516產(chǎn)生的觸覺力最大化。包括觸覺反饋元件控制器500以及觸覺反饋元件放大器512的觸覺驅(qū)動器可最佳地將觸覺反饋元件驅(qū)動到其機械和熱限度，且不減少壽命。

處理器504可另外對麥克風(fēng)輸入端進行取樣，并確定包含于麥克風(fēng)信號中的任何頻率，所述麥克風(fēng)信號是經(jīng)由麥克風(fēng)532接收，所述頻率在通帶或觸覺反饋元件516的有效通帶以外。如果存在任何此類頻率，那么這可指示不需要的諧波分量，也就是驅(qū)動觸覺反饋元件516時所引起的失真。在觸覺反饋元件516用作音頻輸出元件的情況下，這可使所感知的音頻的質(zhì)量降低。如果檢測到這些不需要的諧波，那么處理器504可因此(例如)衰減輸入信號。可替換的是或此外，如果這些不需要的諧波高于某一最小閾值，那么處理器可施加衰減。可替換的是或此外，處理器504可選擇性地衰減可產(chǎn)生不需要的諧波的輸入信號的頻率。

圖6示出了觸覺反饋元件控制器550，其包括處理器554、觸覺放大器狀態(tài)模塊570、觸覺電機狀態(tài)模塊572、帶寬擴展模塊578，以及失真檢測器586。觸覺放大器狀態(tài)模塊570和觸覺電機狀態(tài)模塊572可被視為控制狀態(tài)模塊556。帶寬擴展模塊578可具有用于接收信號的輸入端554。處理器554可具有用于從帶寬擴展模塊578的輸出端接收信號的第一輸入端580。處理器554的輸出端560可連接到觸覺放大器狀態(tài)模塊570。處理器554的輸出端560可連接到觸覺電機狀態(tài)模塊572。觸覺電機狀態(tài)模塊572的輸出端可連接到處理器554的第二輸入端568。觸覺放大器狀態(tài)模塊570的輸出端可連接到處理器554的第三輸入端558。在一些例子中，第二處理器輸入端518和第三處理器輸入端508可被視為經(jīng)由總線連接而連接到相應(yīng)的狀態(tài)模塊的單個控制輸入端。處理器554可具有連接到失真檢測器586的輸出端的麥克風(fēng)輸入端588。麥克風(fēng)輸入端588可適合于從麥克風(fēng)或其它聲換能器接收信號。

觸覺反饋元件控制器550可并入為觸覺反饋元件系統(tǒng)的部分，所述觸覺反饋元件系統(tǒng)包括觸覺反饋元件放大器562、觸覺反饋元件566和麥克風(fēng)582。

在操作中，觸覺反饋元件控制器550可具有到觸覺反饋元件放大器562的輸入端的連接560。觸覺反饋元件放大器562的輸出端可具有到觸覺反饋元件566和到失真檢測器586的第一輸入端的連接564。麥克風(fēng)582可連接到第二失真檢測器輸入端584。應(yīng)了解，還可使用不是麥克風(fēng)582的其它聲換能器。例如，揚聲器可被配置成麥克風(fēng)，并連接到第二失真檢測器輸入端584。通過使用被配置成麥克風(fēng)的揚聲器，可通過隨后使用麥克風(fēng)捕獲由機械振動產(chǎn)生的更多的噪聲，因為作為麥克風(fēng)的揚聲器在較低頻率下可具有更高的響應(yīng)性。觸覺反饋元件566可為(例如)偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量振動器電機、線性諧振致動器或其它電動觸覺反饋元件。在操作中，根據(jù)由觸覺電機狀態(tài)模塊572確定的觸覺反饋元件566和由觸覺放大器狀態(tài)模塊570確定的觸覺反饋元件放大器562中的任一者或兩者的操作狀態(tài)，處理器552可處理輸入驅(qū)動信號。

失真檢測器586可確定經(jīng)由麥克風(fēng)582接收到的信號584和觸覺反饋元件562的信號輸出之間的差值。此差值可為由觸覺反饋元件566產(chǎn)生的信號失真的測量值。當(dāng)觸覺反饋元件566是(例如)除了預(yù)期用于產(chǎn)生觸覺反饋的目的之外還可用于音頻輸出的線性諧振致動器時，此失真可導(dǎo)致所感知的音頻的質(zhì)量的降低。處理器554可響應(yīng)于失真程度超出預(yù)定義閾值來衰減輸入端580上接收到的輸入信號。在其它方面中，觸覺反饋控制器550的操作類似于針對觸覺反饋控制器500所描述的操作。

所描述的觸覺反饋元件控制器可并入到移動裝置中，例如移動電話、智能手表、膝上型計算機、個人數(shù)字助理、便攜式醫(yī)療裝置，或其它便攜式音頻裝置。

這類移動裝置的例子在圖7中示出，圖7示出了并有圖6中所描述的觸覺反饋控制器550的移動電話600。移動電話600可包括系統(tǒng)處理器602。系統(tǒng)處理器可具有到音頻信號路由的數(shù)據(jù)連接606和到音頻信號路由器608的控制連接604。系統(tǒng)處理器602可具有到觸覺反饋控制器550的第二數(shù)據(jù)連接620。系統(tǒng)處理器602可具有到觸覺反饋控制器550的控制連接622。音頻信號路由器608可具有到揚聲器612的連接610。音頻信號路由器608可具有到麥克風(fēng)614的連接616。音頻信號路由器608可具有到觸覺反饋控制器550的輸出端618。觸覺反饋控制器的輸出端624可具有到觸覺反饋元件放大器626的連接。觸覺反饋元件放大器626的輸出端628可連接到觸覺反饋元件630。移動電話的系統(tǒng)處理器602可為移動電話600的主要應(yīng)用程序處理器，其執(zhí)行技術(shù)人員將了解的主要音頻和視頻處理功能。系統(tǒng)處理器602還可控制移動電話600的各種操作模式。在第一操作模式中，系統(tǒng)處理器602可實現(xiàn)觸覺反饋控制器550，并將數(shù)據(jù)線620上的觸覺反饋信號發(fā)射到觸覺反饋控制器550。觸覺反饋控制器550可處理輸入信號，并在輸出端624上輸出處理后的信號。此操作模式可(例如)用于實現(xiàn)振動模式或靜音模式中移動電話600的外殼(未示出)的振動。如先前所解釋，觸覺反饋控制器可使驅(qū)動信號最大化，以將觸覺反饋元件630驅(qū)動到其最大可能限度，同時確保不超過最大操作狀態(tài)參數(shù)。系統(tǒng)處理器602還可控制音頻信號路由器608，以將麥克風(fēng)輸入信號從麥克風(fēng)614經(jīng)由輸出端618路由到觸覺反饋控制器?？商鎿Q的是，系統(tǒng)處理器602可將信號從揚聲器612(當(dāng)被配置成麥克風(fēng)時)經(jīng)由音頻信號路由器608路由到音頻信號路由器608的輸出端618。當(dāng)在此模式中操作時，如先前描述，根據(jù)經(jīng)由麥克風(fēng)614接收到的信號或經(jīng)由揚聲器612(當(dāng)被配置成麥克風(fēng)時)接收到的信號中的任一者或兩者，觸覺反饋控制器550可確定由觸覺反饋元件630產(chǎn)生的信號失真的測量值。

圖8示出了控制觸覺反饋元件700的方法。在步驟702中，可接收用于驅(qū)動觸覺反饋元件的輸入信號。在步驟704中，可確定至少一個操作狀態(tài)參數(shù)，所述操作狀態(tài)參數(shù)與觸覺反饋元件和觸覺反饋元件放大器中的任一者或兩者相關(guān)。在步驟706中，可處理輸入信號，以根據(jù)操作狀態(tài)參數(shù)來更改至少一個頻率分量的幅度。在步驟708中，可將處理后的信號輸出到觸覺反饋元件放大器。使用方法700控制的觸覺反饋元件可允許將觸覺反饋元件驅(qū)動到超出其正常操作參數(shù)，且不減少觸覺反饋元件的壽命。

盡管所附權(quán)利要求書是針對特定特征組合，但應(yīng)理解，本發(fā)明的公開內(nèi)容的范疇還包括本文中明確地或隱含地公開的任何新穎特征或任何新穎特征組合或其任何一般化，而不管其是否涉及與當(dāng)前在任何權(quán)利要求中主張的本發(fā)明相同的發(fā)明或其是否緩解與本發(fā)明所緩解的任一或全部技術(shù)問題相同的技術(shù)問題。

在不同的實施例的上下文中描述的特征也可以組合地提供于單一實施例中。相反，為了簡潔起見，在單個實施例的上下文中描述的多種特征也可以分開提供或以任何合適的子組合形式提供。

申請人特此提醒，在審查本申請案或由此衍生的任何另外的申請案期間，可根據(jù)此類特征及/或此類特征的組合而制訂新的權(quán)利要求。

為完整性起見，還規(guī)定術(shù)語“包括”不排除其它元件或步驟，術(shù)語“一”不排除多個，單個處理器或其它單元可滿足在權(quán)利要求中所述的若干構(gòu)件的功能，且權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)解釋為限制權(quán)利要求的范疇。