具体实施方式

以下描述阐述了根据本公开的示例实施例。另外的示例实施例和实施方式对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。进一步，本领域普通技术人员将认识到，可以应用各种等同技术来代替下面讨论的实施例，或者与下面讨论的实施例相结合，并且所有这些等同物应当被认为包含在本公开中。

各种电子设备或智能设备可以具有换能器、扬声器和声学输出换能器，例如用于将合适的电驱动信号转换成诸如声压波或机械振动的声学输出的任何换能器。例如，许多电子设备可以包括一个或多个扬声器或扩音器用于声音生成，例如用于音频内容的回放、语音通信和/或用于提供听觉通知。

这种扬声器或扩音器可以包括电磁致动器(例如音圈马达)，该电磁致动器机械耦合到柔性振膜(例如常规扬声器锥盆)，或者机械耦合到设备的表面，例如移动设备的玻璃屏幕。一些电子设备还可以包括能够生成超声波的声输出换能器，例如用于在接近检测类型的应用和/或机器对机器的通信中使用。

许多电子设备可以附加地或替代性地包括更专门的声音输出换能器(例如触觉换能器)，其被定制为用于生成振动以用于给用户的触觉控制反馈或通知。附加地或替代性地，电子设备可以具有连接器(例如插座)用于与附件装置的相对应的连接器形成可移除的配合连接，并且可以被设置为向连接器提供驱动信号，以便在连接时驱动附件装置的以上提及的类型中的一种或多种的换能器。这样的电子设备因此将包括驱动电路系统，用于利用合适的驱动信号驱动主机设备或所连接的附件的换能器。对于声学或触觉换能器，驱动信号通常将是模拟时变电压信号，例如时变波形。

图1示出了根据本公开的实施例的用于与换能器101一起使用的示例控制系统100。在一些实施例中，系统100可以集成到包括系统100和触觉换能器101的主机设备中。这种设备可以包括但不限于移动设备、家用电器、车辆和/或包括人机界面的任何其他系统、设备或装置。如下文更详细描述的那样，系统100可以实施负阻抗块124以施加到原始换能器驱动信号，这可以降低换能器的有效品质因数q，这又可以最小化在原始换能器驱动信号已经结束之后发生的振铃。

因此，系统100可以最小化品质因数q的一种方式是有效地降低换能器的DC电阻Re。在一些实施例中，系统100可以理想地将有效DC电阻Re减小到触觉换能器101中出现临界阻尼的点。为了降低有效DC电阻Re，系统100可以通过负阻抗块124施加与DC电阻Re串联的负阻抗Re_neg。负阻抗Re_neg可以与串联电阻Re相加，以产生较低的有效串联电阻。如下文更详细描述的那样，系统100可以实施负阻抗Re_neg作为触觉换能器101周围的反馈回路。

例如，在通过触觉换能器101施加波形信号x(t)而产生的电流I(t)和端子电压V_T(t)的度量容易获得的情况下，则系统100可以在负阻抗块124处以将数学乘积Re x R_{e_cancel}x I(t)添加到原始波形信号x′(t)上的形式实施负反馈回路，以生成用于驱动触觉换能器101的波形信号x(t)。乘积因子R_{e_cancel}可以是0和1之间的值(例如，0.97)，其设置要在负阻抗块124处消除的DC电阻Re的部分(例如，通过在乘法器116处将DC电阻Re(R_{e_est})的估计乘以乘积因子R_{e_cancel})。电阻估计R_{e_est}可以是真实串联电阻Re的估计。如图1所示，热保护和电阻估计块110可以生成电阻估计R_{e_est}，如下面更详细描述的那样。此外，如下文更详细描述的那样，热保护和电阻估计块110可以生成可以应用于原始波形信号x′(t)(例如，通过在乘法器120处将原始波形信号x′(t)乘以增益GAIN)的增益GAIN。

在操作中，脉冲发生器122可以生成原始波形信号x′(t)。原始波形信号x′(t)可以包括用于驱动触觉换能器101的任何合适的信号(例如，具有在触觉换能器101处生成期望的触觉效果的特性)。例如，原始波形信号x′(t)可以具有基于触觉换能器101的谐振频率、品质因数和/或其他参数的特性。乘法器120可以对原始波形信号x′(t)施加增益GAIN,并且系统100的负阻抗块124可以根据增益的原始波形信号x′(t)生成波形信号x(t)。波形信号x(t)又可以被放大器106放大，以生成用于驱动触觉换能器101的驱动信号V(t)。尽管图1描绘了触觉换能器101，但是在一些实施例中，可以存在另一电磁负载(例如，扬声器、微型扬声器、压电换能器)来代替触觉换能器101。

响应于驱动信号，触觉换能器101的所感测的端子电压可以由第一模数转换器(ADC)103转换成数字表示V_T。类似地，所感测的电流I(t)可以由ADC104转换成数字表示。可以感测分流电阻器102上的电流I(t)，该分流电阻器具有电阻R_s、耦合到触觉换能器101的端子。端子电压V_T(t)可以由端子电压感测块107(例如电压表)感测。

可以使所感测的端子电压V_T(t)和所感测的电流I(t)的实时数字估计可用于系统100，该系统可以全部或部分地由中央处理单元、数字信号处理器或其他数字电路实施。系统100又可以为触觉换能器101执行热保护和电阻估计，如在本公开的其他地方更详细描述的那样。

图2示出了根据本公开的实施例的示例热保护和电阻估计块110。如图2所示，热保护和电阻估计块110可以包括阻抗估计器202、电阻-温度转换器204、输入功率估计器206、热模型208、温度-电阻转换器210、热保护子块212和混合器214。

阻抗估计器202可以包括配置为生成触觉换能器101的实际串联电阻Re的电测量串联电阻Re_em的任何合适的系统、设备或装置。例如，在一些实施例中，阻抗估计器202可以简单地将电测量的串联电阻Re_em计算为等于端子电压V_T的幅值除以电流I的幅值的量。在其他实施例中，阻抗估计器202可以通过将电压和(例如，具有5到100毫秒之间的序列长度的)电流序列拟合到串联电阻性阻抗和电感性阻抗的最小二乘法来更精确地估计电测量的阻抗。

电阻-温度转换器204可以包括被配置为计算触觉换能器101的所测量的线圈温度Tc_em的任何合适的系统、设备或装置。例如，在一些实施例中，电阻-温度转换器204可以通过基于串联电阻Re的温度系数将电阻转换为温度来计算所测量的线圈温度Tc_em。

输入功率估计器206可以包括被配置为计算被驱动到触觉换能器101的所估计的输入功率P_in的任何合适的系统、设备或装置。例如，在一些实施例中，输入功率估计器206可以将所估计的输入功率P_in计算为端子电压V_T的幅值和电流I的幅值的乘积。在其他实施例中，输入功率估计器206可以以另一方式估计功率输入，诸如将所估计的输入功率P_in计算为电流I的幅值的平方乘以电测量的串联电阻Re_em，或者计算为端子电压V_T的幅值的平方除以电测量的串联电阻Re_em。

热模型208可以包括任何合适的系统、设备或装置，该系统、设备或装置被配置为接收估计的输入功率P_in(该输入功率表示由触觉换能器101响应于驱动信号V(t)而生成的热量的量)，并基于此计算所估计的线圈温度Tc_tm和所估计的磁温度Tm。如图2所示，热模型208可以包括建模的线圈温度Tc、建模的磁温度Tm和建模的环境温度Ta作为模型的状态变量，其中这些变量被建模为等效电路模型的电压节点、作为由建模为电源的所估计的输入功率P_in驱动的电阻和电容(例如，表示热质量和其他热参数)。例如，触觉换能器101的线圈的热参数可以被建模为等效电阻Rc和电容Cc，并且负载的磁参数可以被建模为等效电阻Rm和电容Cm。然而，热模型208可以包括不同于图2中描绘的模型的模型。例如，在一些实施例中，与图2中示出的二阶模型相反，热模型208可以被建模为三阶或更高阶模型。

如图2所示，热模型208可以接收测量的线圈温度Tc_em，使得建模的线圈温度Tc可以不时地利用由所测量的线圈温度Tc_em表示的实际测量的温度来更新，以便提高建模精度。同样如图2所示，热模型208可以接收实际环境温度Ta，使得建模的环境温度Ta可以不时地利用实际环境温度Ta更新，以便提高建模精度。在没有提供实际环境温度Ta的情况下，在一些情况下，热模型208可以假设建模的环境温度Ta等于建模的线圈温度Tc，如果触觉换能器101操作时间长度不足以使其因被驱动信号V(t)驱动而变热，就是这种情况。在其他情况下，热模型208可以假设建模的环境温度Ta代表不需要更新的标称环境温度。在其他情况下，建模的环境温度Ta可以是热模型208的输出。

在一些实施例中，热模型208可以由无限脉冲响应滤波器实施或者形成无限脉冲响应滤波器的一体部分。在其他实施例中，热模型208可以由Kalman滤波器实施或者形成Kalman滤波器的一体部分。

温度-电阻转换器210可以包括任何合适的系统、设备或装置，该系统、设备或装置被配置为基于估计的线圈温度Tc_tm，计算触觉换能器101的实际串联电阻Re的热建模的串联电阻Re_tm。例如，在一些实施例中，温度-电阻转换器210可以通过基于串联电阻Re的温度系数将温度转换成电阻来计算热建模的串联电阻Re_tm。

在一些实施例中，电阻-温度转换器204、热模型208和温度-电阻转换器210可以组合成单个模型，该单个模型接收估计的输入功率P_in、电测量的串联电阻Re_em和环境温度电阻Ra作为输入，该环境温度电阻Ra表示线圈在其已经稳定到环境温度Ta时的电阻。这种组合模型可以生成热模拟串联电阻Re_tm和热模拟的磁阻Rm_tm作为输出。在这样的组合模型中，热模型208的状态变量可以表示当线圈和磁体温度分别达到估计的线圈温度Tc_tm和建模的磁温度Tm时线圈和磁体将具有的电阻值。这种组合模型可以具有这样的益处，即组合模型不估计温度，其中这种温度估计可能以其他方式需要校准步骤来将至少一个电阻值精确地映射到温度值，并且其中热保护电路对照最坏情况电阻阈值测试其热建模的串联电阻Re_tm和热建模的磁电阻Rm_tm的输入，以决定是否采用热保护。与实际阈值温度相比，组合方法可能不太精确，但对于特定应用可能是足够的。

热模型208的输入和输出可以在时序状态机控制时随时间变化，并且这样的输入和输出可以适于基于外部信息(包括但不限于估计的输入功率P_in、测量的线圈温度Tc_em和外部测量的环境温度Ta_ext)的可用性，最佳地确定所建模的全部量：建模的线圈温度Tc、建模的磁温度Tm和建模的环境温度Ta。注意，建模的环境温度Ta可以不同于外部测量的环境温度Ta_ext(例如，其可以由外部温度传感器或一些其他手段确定)。当热模型208接收估计的输入功率P_in和测量的线圈温度Tc_em作为输入时，它可以估计和输出建模的磁温度Tm和/或估计的线圈温度Tc_tm(并且如果建模的环境温度Ta被假设为非恒定的，还可以输出建模的环境温度Ta)。当热模型208接收估计的输入功率P_in和建模的环境温度Ta作为输入时，它可以估计和输出建模的磁温度Tm和/或估计的线圈温度Tc_tm。

热保护子块212可以包括任何合适的系统、设备或装置，该系统、设备或装置被配置为基于与触觉换能器101相关联的一个或多个温度(例如，估计的线圈温度Tc_tm和/或建模的磁温度Tm)来确定这一个或多个温度是否超过触觉换能器101的热极限，并且如果这一个或多个温度超过触觉换能器101的热极限，则降低增益GAIN。在一些实施例中，热保护子块212可以使用其他方法来减少到触觉换能器101的热功率(例如，请求对放大器106的输出进行削波(clipping))。

混合器214可以包括任何合适的系统、设备或装置，该系统、设备或装置被配置为混合热建模的串联电阻Re_tm的所选择的部分和电测量的串联电阻Re_em的一部分，以混合在一起，从而生成估计的DC电阻R_{e_est}。在一些实施例中，混合器214可以操作为将热建模的串联电阻Re_tm或电测量串联电阻Re_em作为估计的DC电阻R_{e_est}传递的多路复用器。

在操作中，并且如下文更详细描述的那样，在第一触觉事件期间(例如，在用于向用户提供触觉反馈的实际触觉事件期间或者在由脉冲发生器122生成的用于表征估计的DC电阻Re_est的导频音期间)，热保护和电阻估计块110可以基于电测量的串联电阻Re_em确定估计的DC电阻R_{e_est}，并且基于从电测量的串联电阻Re_em转换的测量的线圈温度Tc_em，为热模型208的建模的线圈温度Tc、建模的磁温度Tm和/或建模的环境温度Ta设置状态变量。对于稍后发生的第二触觉事件，热保护和电阻估计块110可以确定估计的DC电阻R_{e_est}等于由热模型208基于估计的输入功率P_in计算的热建模的串联电阻Re_tm，从而允许DC电阻Re的估计，而不由阻抗估计器202生成测量。为了进一步示出这个操作，图3示出了根据本公开的在多个触觉事件上的估计的输入功率P_in和热建模的串联电阻Re_tm的示例波形。如图3所示，在第一触觉事件期间，热模型208可以估计触觉换能器101的线圈和磁体的热状态(包括建模的环境温度Ta)，从而以瞬态的方式增加建模的串联电阻Re_tm，这应该跟踪实际DC电阻Re方面的实际增加。休眠时段可以发生在第一触觉事件之后，其中实际DC电阻Re可以减小(并且其中建模的串联电阻Re_tm可以减小)。在第二触觉事件开始时，热模型208可以基于休眠之前的最后已知状态以及事件之间的持续时间(包括在第一触觉事件期间确定的建模的环境温度Ta在休眠时段期间保持恒定的假设)来预测触觉换能器101的线圈和磁体的热状态。例如，这种热状态可以基于对瞬态电和/或热效应的估计来预测，诸如在休眠时段期间以瞬态方式对建模的串联电阻Re_tm的估计的减少。这些状态可以被映射到第二触觉事件和任何后续触觉事件的建模的串联电阻Re_tm，除非并且直到可以确定实际DC电阻Re。

图4示出了根据本公开的实施例的用于热保护和电阻估计的示例方法400的流程图。根据一个实施例，方法400可以开始于步骤402。如上所述，本公开的教导可以以系统100以及热保护和电阻估计块110的各种配置实施。由此，方法400的优选初始化点和包括方法400的步骤的顺序可以取决于所选择的实施方式。

在步骤402处，包括系统100、触觉换能器101和放大器106的设备可以通电。在步骤404处，脉冲发生器122可以驱动用于原始波形信号x′(t)的导频音(例如，10Hz下)足够长的时间段，以测量端子电压V_T(t)和电流I。

在步骤406处，基于测量的端子电压V_T(t)和电流I，阻抗估计器202可以计算电测量的串联电阻Re_em。在步骤408处，电阻-温度转换器204可以基于电测量的串联电阻Re_em计算测量的线圈温度Tc_em。

在步骤410处，热保护和电阻估计块110可以初始化热模型208的状态变量。例如，建模的环境温度Ta可以被设置为用户设置、默认设置或指示触觉换能器101的环境温度的其他设置，建模的磁温度Tm可以被设置为建模的环境温度Ta，并且建模的线圈温度Tc可以被设置为测量的线圈温度Tc_em。在步骤412处，在状态变量被初始化之后，热保护和电阻估计块110可以使热模型208能够基于估计的输入功率P_in生成线圈温度Tc_tm和估计的磁温度Tm的热建模的估计。

在步骤414处，热保护和电阻估计块110可以启动看门狗定时器。在步骤416处，热保护和电阻估计块110可以监视触觉回放请求和看门狗定时器的期满，并且方法400可以在触觉回放请求出现或看门狗定时器期满时前进到步骤418。因此，看门狗定时器可以触发用于估计DC电阻Re的估计事件，并且在这种情况下，可以生成低于触觉换能器101的共振频率的导频音，其中这种导频音可能不会产生用户可感知的触觉响应。这种导频音的生成可以有助于跟踪建模的环境温度Ta的变化(例如，当没有提供外部环境温度输入(例如Ta_ext)时，从电测量的串联电阻Re_em和环境温度电阻Ra预测)。

在步骤418处，响应于看门狗定时器期满或触觉回放请求，温度-电阻转换器210可以基于从建模的线圈温度Tc生成的估计的线圈温度Tc_tm来计算热建模的串联电阻Re_tm，并且热保护子块212可以基于估计的线圈温度Tc_tm和/或建模磁温度Tm来确定增益GAIN。混合器214可以通过热建模的串联电阻Re_tm作为估计的直流电阻R_{e_est}，其可以被负阻抗块124用来向原始波形信号x′(t)施加负电阻。

在步骤420处，系统100可以回放波形信号x(t)(例如，导频音或触觉回放信号)。在步骤422处，在回放波形信号x(t)的同时，阻抗估计器202可以计算电测量的串联电阻Re_em，并且电阻-温度转换器204可以基于电测量的串联电阻Re_em计算测量的线圈温度Tc_em。在步骤424处，热保护和电阻估计块110可以基于新计算的测量的线圈温度Tc_em更新建模的线圈温度Tc、模拟环境温度Ta和/或其他热参数。直到随后的触觉事件(或基于看门狗定时器期满而触发的导频音)更新建模的环境温度Ta，建模的环境温度Ta可以被假设为保持恒定。因此，热模型208的参数可以基于电信号和温度的瞬时操作原理，基于自先前触觉事件以来的时间(其可以由看门狗定时器的状态指示)来估计。在完成步骤424之后，方法400可以再次前进到步骤414。

尽管图4公开了关于方法400要采取的特定数量的步骤，但是方法400可以利用比图4中描述的步骤更多或更少的步骤来执行。此外，尽管图4公开了关于方法400采取的步骤的特定顺序，但是包括方法400的步骤可以以任何合适的顺序完成。

方法400可以使用系统100、热保护和电阻估计块110或可操作来实施方法400的任何其他系统来实施。在某些实施例中，方法400可以部分或全部在实现在计算机可读介质中的软件和/或固件中实施。

如本文所使用的那样，当两个或更多元件被称为彼此“耦合”时，这个术语指示这两个或更多元件处于电子连通或机械连通(如适用的的话)，无论是间接连接还是直接连接、具有中间元件或没有中间元件。

本公开涵括本领域普通技术人员将理解的对本文中的示例实施例的所有改变、替换、变化、变更和修改。类似地，在适当的情况下，所附权利要求涵括本领域普通技术人员将理解的对本文中的示例实施例的所有改变、替换、变化、变更和修改。此外，在所附权利要求中对适配成、布置成、能够、配置为、使其能够、能够操作或可操作以执行特定功能的装置或系统或装置或系统的组件的引用涵括该装置、系统或组件，无论其或该特定功能是否被激活、开启或解锁，只要该装置、系统或组件如此适配、布置、能够、配置、使其能够、能够操作或可操作即可。因此，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对本文描述的系统、装置和方法进行修改、添加或省略。例如，系统和装置的组件可以是集成的或分离的。而且，本文公开的系统和装置的操作可以由更多、更少或其他组件来执行，并且所描述的方法可以包括更多、更少或其他步骤。附加地，步骤可以以任何合适的顺序执行。如本文所用，“每个”是指集合的每个成员或集合的子集的每个成员。

尽管示例性实施例在附图中示出并在下面描述，但是本公开的原理可以使用任何数量的技术(无论当前是否已知)来实施。本公开不应以任何方式限于附图中示出的和上文描述的示例性实施方式和技术。

除非另有特别说明，附图中描绘的物品不一定按比例绘制。

本文所引述的所有示例和条件性语言都是为了教学目的以帮助读者理解发明人为推进本领域所贡献的公开内容和构思，并且被解释为不限于这些具体引述的示例和条件。尽管已经详细描述了本公开的实施例，但是应当理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变、替换和变更。

虽然上面已经列举了具体的优点，但是各种实施例可以包括列举的优点中的一些、不包括列举的优点或者包括列举的优点中的全部。附加地，在阅读了前述附图和描述之后，其他技术优点对于本领域普通技术人员来说将变得显而易见。

为了有助于专利局和在本申请中发布的任何专利的任何读者解释所附权利要求，申请人希望注意，除非在特定权利要求中明确使用了词语“用于……装置”或“用于……步骤”，否则他们不旨在使所附权利要求或权利要求元素中的任何一个触发35 U.S.C.§112(f)。