專利名稱：用于改變設(shè)備的操作狀態(tài)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于改變設(shè)備的操作狀態(tài)的裝置，特別是從備用或掉電模式改變?yōu)榛?動狀態(tài)。
背景技術(shù)：
電子裝置即使在它們變?yōu)閭溆没虻綦娔Ｊ綍r也消耗電力，因此能量被不必要地浪 費。例如，具有諸如機(jī)械按鈕或觸敏界面之類的人機(jī)接口的電子裝置需要電力以便能夠喚 醒，使該裝置從備用模式進(jìn)入活動狀態(tài)。例如對于電容式觸摸屏，電容值的查詢可以感測表 面上的觸摸，產(chǎn)生用于喚醒系統(tǒng)的信號。這種機(jī)制需要電子元件，如專用微控制器。即使這 些元件處于掉電模式，它們在等待對應(yīng)的人機(jī)接口上的任何輸入時仍然消耗電力。而且，其 它觸敏表面裝置技術(shù)，如電阻式、表面聲波或紅外式，具有在它們處于備用模式時消耗電力 的喚醒能力。為什么需要電力的一個原因是，這些裝置的喚醒模塊包括復(fù)雜的信號處理，以能 夠在分析感測到的輸入信號之后作出喚醒系統(tǒng)的決定。為了進(jìn)行這種分析，消耗來自電源 的電力。對于遠(yuǎn)程受控的電子裝置，已經(jīng)提出采用從對應(yīng)的遠(yuǎn)程控制單元接收的電磁波的 能量，但對沒有遠(yuǎn)程控制的裝置，這種方案毫無疑義。此外，為了提供電磁波，遠(yuǎn)程控制單元 本身消耗電力。其它遠(yuǎn)程受控的裝置采用空中傳播的聲音中提供的能量喚醒低能耗元件。對于具 有人機(jī)接口的電子裝置，這種喚醒也不合適，因為在噪聲環(huán)境中，該裝置將變?yōu)榛顒訝顟B(tài)， 而用戶不想要這么做。而且，產(chǎn)生的能量水平對大多數(shù)應(yīng)用通常太低。

發(fā)明內(nèi)容
從此開始，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用于改變設(shè)備的操作狀態(tài)的裝置，其能夠降 低設(shè)備的備用或掉電模式中的持續(xù)能量消耗，并且對由環(huán)境噪聲引起的設(shè)備的無意喚醒的 影響降低。該目標(biāo)由根據(jù)權(quán)利要求1的裝置實現(xiàn)。因此，用于改變設(shè)備的操作狀態(tài)的裝置，特 別是從零功率或備用或掉電模式改變?yōu)榛顒訝顟B(tài)的裝置，包括至少一個轉(zhuǎn)換裝置，其用于 將特別是施加至該設(shè)備的表面的機(jī)械激勵轉(zhuǎn)換成電信號，以及供電裝置，其用于供給使得 能夠改變該設(shè)備的操作狀態(tài)所必需的電力的至少一部分，特別是全部，其中所述電力是從 所述電信號獲得的。通過這樣做，在轉(zhuǎn)換成電信號之后，可以使用例如由物理接觸設(shè)備表面的手指或 鐵筆提供的動能，以提供改變操作狀態(tài)所需要的能量，特別是如上所述從設(shè)備的零功率或 者備用模式改變至活動狀態(tài)。通過使用由使用者提供的能量，在這種能量備用或掉電狀態(tài) 期間，功耗可以進(jìn)一步降低或者甚至降低至零，在狀態(tài)的改變需要使用者的身體動作時，可 以防止意外的操作狀態(tài)改變。在本文中，“備用”或“休眠模式”或“掉電模式”是諸如計算機(jī)、電視和遠(yuǎn)程受控裝置之類的電子裝置的低功率模式。與使設(shè)備全開相比，這些模式節(jié)省電消耗，但處于休眠模 式的裝置仍消耗大量的能量。備用模式假設(shè)為使電子裝置進(jìn)入“等待上電”命令的狀態(tài)。與 此相對，在“零功率模式”，電子裝置消耗零能量，且完全關(guān)閉。在本文中，機(jī)械激勵可以為由使用者的身體或工具的一部分直接在設(shè)備的表面 上，如在設(shè)備的殼體上或者特別在設(shè)備的人機(jī)接口上，執(zhí)行的靜態(tài)的(如按壓)、動態(tài)的(如 敲擊)或移動的(如手指在表面上滑動)激勵。在使用多于一個的以電信號轉(zhuǎn)換機(jī)械激勵的轉(zhuǎn)換裝置的情況中，從這些信號中的 至少一個獲得電力，但優(yōu)選從所有的電信號獲得電力，以能夠優(yōu)化能量轉(zhuǎn)換。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換裝置可以包括感應(yīng)器。因此，通過使用感應(yīng)效應(yīng)，動能可以轉(zhuǎn)換成隨 后用來給設(shè)備上電的電能。根據(jù)一種有利的變形，轉(zhuǎn)換裝置可以包括無源換能器，特別是壓電式換能器。該換 能器能夠?qū)⒗缬汕脫魟幽墚a(chǎn)生的物理信息轉(zhuǎn)換成電信號。作為不需要具有自身的電源的 無源裝置，壓電傳感器是有前途的，因為它具有比標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械按鈕高的效率度和長的壽命。優(yōu)選地，壓電式換能器可以構(gòu)造為以彎曲模式起作用。在彎曲模式中，通過壓電 元件實現(xiàn)優(yōu)化的能量傳輸，以便可以從由設(shè)備的使用者提供的交互作用能量獲取更多的電 力。因此變得能夠獲取用于改變操作狀態(tài)所需的所有功率，如從零功率模式改變?yōu)榛顒訝?態(tài)所需的所有功率。有利地，轉(zhuǎn)換裝置還可以包括用于放大所述激勵的裝置。甚至更優(yōu)選的是由換能 器的特定安裝實現(xiàn)的機(jī)械放大，這導(dǎo)致感測信號的改善，并且因此產(chǎn)生更高的電激勵。有利地，供電裝置可以包括峰值電壓防止裝置，特別是變阻器或低壓降(LDO)穩(wěn) 壓器。實際上，取決于機(jī)械激勵的強(qiáng)度和機(jī)械激勵施加在設(shè)備的表面或人機(jī)接口上的方式 的感測信號需要整形，以提供穩(wěn)定的能量輸出。在直接撞擊壓電傳感器上的情況中，輸出信 號可以相對高，特別是高于10伏，其例如不可以在沒有損害出現(xiàn)的情況下供給至允許5伏 或3. 3伏最大值的電子裝置。而諸如電容、電阻器或感應(yīng)器之類的無源元件也可以用來濾 出浪涌電壓，用使由高浪涌電壓產(chǎn)生的電流分流離開設(shè)備的敏感元件的變阻器可以實現(xiàn)改 善的結(jié)果。典型地，用在本發(fā)明的各實施方式中的變阻器選擇為將供電裝置的輸出鉗制為 約5伏的最大值。3. 3伏低壓降穩(wěn)壓器可以將輸出鉗制至約3. 3伏的最大值。與變阻器相 比，LDO穩(wěn)壓器的優(yōu)點在于，浪涌電壓信號中的功率不分流至地下。有利地，供電裝置還可以包括整流器，特別是橋式整流器。采用這種附加元件，能 夠進(jìn)一步優(yōu)化從換能器的電信號/多個電信號獲得的能量。整流器允許利用信號的正部分 和負(fù)部分。由于使用肖特基(Schottky) 二極管電橋(格雷茲電路)，獲得了更好的效率，該 肖特基二極管電橋具有對應(yīng)于二極管的導(dǎo)通電壓的非常低的內(nèi)建勢(從0. 15至0. 45伏) 的特性。根據(jù)優(yōu)選的實施方式，供電裝置還可以包括儲能裝置，特別是至少一個電容器。采 用這種存儲裝置，信號中提供的能量可以積聚，如在在電池中一樣，以便在供電裝置輸出 處，可以提供合適的輸出，以使得能夠改變操作狀態(tài)。存儲裝置的特性根據(jù)該設(shè)備的將使用 由供電裝置提供的輸出的那部分的功耗確定。例如在電容的情況中需要進(jìn)行平衡選擇，它 不應(yīng)當(dāng)太大，因為電壓將不大于給系統(tǒng)上電所需要的最大值。相反，如果電容太小，輸出將 不足夠平滑以恰當(dāng)?shù)亟o系統(tǒng)供電。
根據(jù)又一優(yōu)選實施方式，該裝置還可以包括喚醒裝置，該喚醒裝置構(gòu)造為產(chǎn)生用 于改變該設(shè)備的至少一個子系統(tǒng)(5)的操作狀態(tài)的喚醒信號。喚醒單元一旦已經(jīng)接收到供 電裝置需要的電力則產(chǎn)生喚醒信號，以喚醒設(shè)備的子系統(tǒng)或整個設(shè)備。在本文中，喚醒信號 可以為任何類型的模擬信號，如簡單的上升沿或下降沿信號，而且可以為任何波形。優(yōu)選地，喚醒裝置可以包括邏輯單元，特別是微控制器和/或邏輯門。微控制器通 常具有低功耗，以便由機(jī)械激勵提供的能量足以給它上電，使得它可以如經(jīng)由電力開關(guān)向 設(shè)備提供必要的喚醒信號。此外，微控制器具有低的成本。采用邏輯元件的優(yōu)點在于，使它 們準(zhǔn)備的時間較短，以便需要從備用或掉電模式非常地喚醒的應(yīng)用可以選擇這種替換。對 于兩種類型的元件，電源電壓為3伏的量級，微安培量級的電流是必要的。這些需要是可以 由使用者提供的機(jī)械激勵提供的能量可以滿足的。如今，微控制器還可以以納功率技術(shù)運 行，降低了給它們上電需要的能量，因此降低了必要的電源電壓，并增加了我們的系統(tǒng)的靈 敏性。有利地，該裝置還可以包括輔助電源，特別是光電管或二極管。在需要喚醒裝置的 電力超過通過可以由機(jī)械激勵(如人機(jī)接口上敲擊或按壓)實現(xiàn)的情況中，可以從輔助電 源其它必要的能量。在這種情況中，在備用或掉電模式期間仍然沒有必要提供連續(xù)的功率， 因為由機(jī)械撞擊提供的能量仍然足以能夠改變操作狀態(tài)和接通輔助電源。為了與可以出現(xiàn) 故障的諸如電池之類的電壓獨立，進(jìn)一步優(yōu)選的是采用光電管或二極管的功率。該目標(biāo)還由根據(jù)權(quán)利要求12的設(shè)備實現(xiàn)，該設(shè)備包括上述裝置以及連接至用于 轉(zhuǎn)換機(jī)械激勵的至少一個轉(zhuǎn)換裝置的人機(jī)接口或殼體。采用這種設(shè)備，可以實現(xiàn)不需要高 功率的備用或掉電模式，或者甚至可以實現(xiàn)具有零功率的備用或掉電模式。此外，可以防止 設(shè)備的意外喚醒，因為設(shè)備上的機(jī)械撞擊需要提供必要的能量來進(jìn)行喚醒。根據(jù)優(yōu)選的實施方式，該設(shè)備還可以包括感測信號處理裝置，該感測信號處理裝 置構(gòu)造為基于由用于轉(zhuǎn)換激勵的至少一個轉(zhuǎn)換裝置感測的信號識別撞擊的位置。在這種情 況中，可以提供觸摸設(shè)備，而不需要其它硬件，因為實際上在設(shè)備已經(jīng)再次上電之后由轉(zhuǎn)換 裝置提供信號，并且該信號傳遞了用來確定人機(jī)接口上的撞擊的位置的所有必要數(shù)據(jù)。有利地，感測信號處理裝置還可以構(gòu)造為確定其能量用來改變操作狀態(tài)的撞擊的 位置。實際上，如果設(shè)備喚醒得足夠快，以便可以分析電信號特性，則變得能夠識別撞擊的 位置，以便從剛啟動開始，設(shè)備可以喚醒到目標(biāo)模式，如娛樂系統(tǒng)以播放DVD開始，或以廣 播站開始。優(yōu)選地，設(shè)備還可以構(gòu)造為使得在處于備用或掉電模式時，電消耗基本上為零瓦 特。如上所述，是這種改變操作狀態(tài)的裝置提供了這種節(jié)能的優(yōu)勢可能性，并且可以獲得零 功率模式。在這種情況中，無論是在備用或掉電模式期間還是用于喚醒設(shè)備期間，如上所述 的裝置都不需要任何其它外部或內(nèi)部電壓。優(yōu)選地，信號處理裝置可以構(gòu)造成使得操作狀態(tài)改變，或操作狀態(tài)不取決于撞擊 的位置。因此，一旦采用撞擊的能量確定撞擊的位置，則不是如設(shè)備表面上的任何位置都將 實現(xiàn)上電，而是僅特定位置上電。根據(jù)優(yōu)選的實施方式，信號處理裝置可以構(gòu)造為多個不同操作狀態(tài)中的每一個歸 因于預(yù)定區(qū)域，并且一旦確定撞擊的位置，則改變對應(yīng)的操作狀態(tài)。因此，該裝置將以某種 作狀態(tài)喚醒，如取決于撞擊的位置，娛樂系統(tǒng)將以播放DVD、CD喚醒，或以無線電喚醒。
本發(fā)明的目標(biāo)還由根據(jù)權(quán)利要求21的方法實現(xiàn)。因此，這種用于改變設(shè)備的操作 狀態(tài)、特別是從備用或掉電模式改變?yōu)榛顒訝顟B(tài)的方法包括下述步驟在該設(shè)備的表面上， 特別是在該設(shè)備的人機(jī)接口上提供機(jī)械撞擊，將產(chǎn)生的機(jī)械激勵轉(zhuǎn)換成至少一種電信號， 以及從所述至少一種電信號獲得改變該設(shè)備的操作狀態(tài)必需的電力的至少一部分，特別是 全部。采用這種方法，所有的優(yōu)點如上文已經(jīng)關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的裝置和/或設(shè)備描述的那 樣起作用，特別是備用期間的零瓦特消耗。為了執(zhí)行這種獨創(chuàng)性的方法，可以使用上述裝置 和/或獨創(chuàng)性設(shè)備中的任一種。


有益的實施方式與從屬權(quán)利要求一致。在下文中，將詳細(xì)并結(jié)合附圖描述本發(fā)明 的各種實施方式，在附圖中圖1圖示了包括根據(jù)本發(fā)明的裝置的設(shè)備的第一實施方式，圖加和2b圖示了根據(jù)本發(fā)明的壓電式換能器的兩個支架，圖3a和北示意性地圖示了實現(xiàn)作為根據(jù)本發(fā)明的裝置的一部分的供電裝置的兩 種可行方式，圖4圖示了包括根據(jù)本發(fā)明的裝置的設(shè)備的第二實施方式，其中該設(shè)備具有觸敏 人機(jī)接口，圖5圖示了包括根據(jù)本發(fā)明的裝置的設(shè)備的第三實施方式，其中該設(shè)備還包括輔 助電源，以及圖6表示代表本發(fā)明的第四實施方式的框圖，即改變設(shè)備的操作狀態(tài)的方法。
具體實施例方式圖1示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備1，包括用于改變設(shè)備1的操作狀態(tài)的裝置 3。在該實施方式中，裝置3用來將設(shè)備1的子系統(tǒng)5從備用或掉電模式切換到活動狀態(tài)。 設(shè)備1可以為任何優(yōu)選電子裝置，包括但不限于手持電子裝置、自動售貨機(jī)、信息站、銷售 點、包括大型家用電器和小家電(brown goods)之類的家用器具、具有觸摸屏的設(shè)備、LED、 計算機(jī)、射頻收發(fā)器、或像空調(diào)和警報器之類的機(jī)器。子系統(tǒng)5可以對應(yīng)于沒有裝置3的設(shè) 備1或設(shè)備1的一部分。設(shè)備1還包括人機(jī)接口 7，其可以為任何材料，硬的或軟的，如皮革、橡膠、硅樹脂、 塑料、玻璃、金屬、木質(zhì)等，且可以為任何形狀，如板狀或曲面。人機(jī)接口 7例如可以為設(shè)置 在設(shè)備1的顯示器上方的觸敏面板，或者僅僅是設(shè)備1的殼體10。而且，設(shè)備1的裝置3包括轉(zhuǎn)換裝置11，其將如由指尖13在人機(jī)接口 7上敲擊、滑 動或按壓而在人機(jī)接口 7上施加的機(jī)械激勵轉(zhuǎn)換成電信號。典型地，但不限制本發(fā)明，轉(zhuǎn)換 裝置連接至人機(jī)接口 7的與由使用者施加激勵13的位置相對的一側(cè)15，以便從外面看不到 轉(zhuǎn)換裝置11。在這里，激勵為機(jī)械激勵-包括但不限于用于身體的一部分、工具、墜落硬幣 的觸摸，包括但不限于靜態(tài)的、動態(tài)的、移動激勵-由使用者在人機(jī)接口 7或殼體10上直接 或間接產(chǎn)生，以與設(shè)備1或子系統(tǒng)5交互作用。在圖1中，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備1的裝置3還包括第二轉(zhuǎn)換裝置17。然而，本發(fā)明不 限于此數(shù)量，可以包括或多或少的轉(zhuǎn)換裝置。
在該實施方式中，轉(zhuǎn)換裝置11為換能器，其可以為(但不將本發(fā)明限于這種選擇) 被動傳感器，如壓電傳感器，或聚偏二氟乙烯。然而，根據(jù)一種變形，可以使用感應(yīng)器。在這 種情況中，機(jī)械激勵相對于感應(yīng)器移動金屬部分，以便獲得感生電信號。如上所述，轉(zhuǎn)換裝置11、17用來將施加至人機(jī)接口 7的激勵轉(zhuǎn)換為電信號。根據(jù) 第一實施方式的變形，壓電傳感器用作轉(zhuǎn)換裝置11、17，并改善從激勵轉(zhuǎn)換的能量的大小， 壓電傳感器以彎曲模式使用。當(dāng)機(jī)械力或振動使壓電傳感器彎曲時，一層或一個電極被壓 縮，另一層或電極被拉伸。在每層上產(chǎn)生電荷，以努力抵消施加的應(yīng)變。因此，增加壓電傳 感器的彎曲增加了轉(zhuǎn)換的能量的大小。圖加圖示了對應(yīng)的安裝，其中轉(zhuǎn)換裝置11、17包括 夾在剛性激勵傳遞裝置23和環(huán)形剛性支架25之間的壓電傳感器21。代替環(huán)形，具有中心 凹陷區(qū)域27的任何適合的形狀也可以發(fā)現(xiàn)其用途。這種結(jié)構(gòu)又夾在人機(jī)接口 7和支承板 四之間。在這種配置中，壓電傳感器21以彎曲模式起作用，環(huán)形剛性支架25用作機(jī)械地放 大壓電傳感器21的彎曲的放大器，因此改善了傳遞的信號質(zhì)量和能量的大小。壓電傳感器 21還可以直接與人機(jī)接口 7接觸。圖2b以左手側(cè)的橫斷視圖和右手側(cè)的頂視示了另一種可行的配置。具有與 圖加中相同的附圖標(biāo)記的元件不再詳細(xì)描述，但通過引用將它們的描述結(jié)合于此。代替使 用環(huán)形剛性支架25，作為壓電傳感器21的支撐，使用多個點狀支柱30a、30b、30c。裝置3形成獨立的模塊，其實際上可以添加至任何類型的設(shè)備1。在下文中，將詳細(xì)描述用來將設(shè)備1的操作狀態(tài)如從備用模式改變至活動狀態(tài)的 裝置3的創(chuàng)造性角色。當(dāng)使用者觸摸設(shè)備1的人機(jī)接口 7或殼體10以與它交互作用時，裝置3可以經(jīng)由 轉(zhuǎn)換裝置11、17感測這種觸摸。在根據(jù)該設(shè)備的一種可行的變形的、其中人機(jī)接口 7與殼 體的剩余部分進(jìn)行聲音隔離的情況中，僅可以感測人機(jī)接口 7上的觸摸。感測到的信號由 供電裝置31接收，供電裝置31對感測到的電信號進(jìn)行整形-或者獨立地或者結(jié)合-以供 給能夠供給至裝置3的喚醒裝置33的電力的特定信號。一旦接收到這種特定信號，喚醒裝 置被通電并產(chǎn)生喚醒信號，以喚醒子系統(tǒng)5，這意味著某人想要使用設(shè)備1，如，該設(shè)備的電 子裝置功能。通過與過濾由表面7上的撞擊產(chǎn)生的能量的供電裝置31 —起使用被動換能器 11、17，如壓電傳感器21，變得能夠在不使用外部電源的情況下和通過簡單地碰擊人機(jī)接口 7(如殼體10)將操作狀態(tài)從備用改變至活動狀態(tài)。因此，激勵的能量用來給設(shè)備1上電。 除了在備用期間，必須要像現(xiàn)有技術(shù)中那樣供電以能夠喚醒。因此，變得能夠在備用或通電 完成(零瓦特)期間不必將裝置保持通電的情況下喚醒電子裝置。因此，采用這種獨創(chuàng)性 的裝置，對于具有備用狀態(tài)的任何類型的設(shè)備，都可以實現(xiàn)明顯的節(jié)能。更確切地，設(shè)備1的人機(jī)接口 7或殼體10上的任何機(jī)械激勵產(chǎn)生可以由換能器 (壓電傳感器21)感測的機(jī)械振動、能量或位移。事實上，轉(zhuǎn)換裝置11、17可以感測任何物 理參數(shù)，包括但不限于應(yīng)變、壓力、振動、加速度、位移和/或速度。轉(zhuǎn)換裝置11、17隨后將 機(jī)械能量轉(zhuǎn)換為電能量，并產(chǎn)生與激勵直接成比例的電信號。供電裝置31隨后過濾對應(yīng)的 電信號或多個電信號(在多個轉(zhuǎn)換裝置的情況中)，以將該信號轉(zhuǎn)換成能夠向喚醒裝置33 供給電力的特定信號，如3. 3V直流電壓。喚醒裝置33 —被供電就產(chǎn)生喚醒信號，以喚醒子 系統(tǒng)。這種喚醒信號可以為任何類型的模擬信號，如簡單的上升沿或下降沿信號，或任何特定的復(fù)雜波形。子系統(tǒng)5可以包括低壓降穩(wěn)壓器，其使能PIN連接至喚醒裝置33，或可以以邏輯命 令狀態(tài)或任何模擬信號從掉電模式切換至運行模式的任何其它子系統(tǒng)。子系統(tǒng)5的復(fù)雜性 可以從低至高，典型地從LED到基于微控制器的電子板。圖3a示意性地圖示供電裝置31的結(jié)構(gòu)。該實施方式的供電裝置31包括輸入連 接41和43，其連接到至少一個轉(zhuǎn)換裝置11 (未示出)，供電裝置31經(jīng)由輸入連接41和43 接收感測到的電信號。此外，供電裝置31包括耦接至輸入連接41和43的橋式整流器45。因此由轉(zhuǎn)換裝 置11、17傳遞的信號的正部分和負(fù)部分可以用來獲得用于改變設(shè)備1的操作狀態(tài)的必要電 力。在轉(zhuǎn)換裝置提供具有大于下游元件可以承受的電壓的電壓的信號的情況中，(如 肖特基型的)橋式整流器45的輸出連接至用作浪涌電壓的防護(hù)的變阻器47。典型地，使用 在橋式整流器的輸出電壓大于約5V時鉗制該輸出電壓的變阻器。代替變阻器47，可行的是采用適合用于限制輸出以防止浪涌電壓的任何元件。然 而，該元件優(yōu)選為無源元件，或至少不消耗比由轉(zhuǎn)換裝置傳輸?shù)亩嗟碾娏ΑＷ詈箅娙?9用作用于存儲來自轉(zhuǎn)換裝置11的能量的儲能裝置。此外，電容49可 以用來平滑用于提供電力31的裝置的輸出51、53處的信號。合適的電容為IOOnF的量級。 電容可以插在防護(hù)浪涌電壓的元件之前和/或之后。可以使用其它類型的儲能裝置，且本 發(fā)明不限于電容。代替僅采用一個電容，根據(jù)本發(fā)明，多個電容也可以發(fā)現(xiàn)它們的應(yīng)用。圖北圖示了供電裝置31’結(jié)構(gòu)的變形。在這里代替使用變阻器，使用與變阻器具 有相同功能的LDO調(diào)壓器55。而且代替一個電容49，兩個電容57a和57b得以應(yīng)用。供電 裝置31’的采用與圖3a中已經(jīng)使用的相同附圖標(biāo)記的其它元件對應(yīng)于供電裝置31的那些 元件，通過引用將它們的描述結(jié)合于此。在這種情況中，浪涌電壓中的功率也可以用于喚 醒。在多于一個的轉(zhuǎn)換裝置連接至供電裝置31或31’的情況中，與在圖1中圖示的實 施方式一樣，例如，通過復(fù)制至少從輸入連接41和43到橋式整流器45的結(jié)構(gòu)，可以相應(yīng)地 采用該結(jié)構(gòu)。該實施方式的供電裝置31或31’由無源電子元件構(gòu)成，但也可以采用有源元件實 現(xiàn)其功能，如低功率比較器或運算放大器，加上外部電壓，如電容、可再充電電池、能量捕獲 裝置、光電二極管、太陽能電池等。在這種情況中，檢測水平可以更精確更低，以增加裝置3 的靈敏性。這種情況例如可以在即使在弱機(jī)械激勵的情況中也期望喚醒設(shè)備1時出現(xiàn)。在 由轉(zhuǎn)換裝置11、17提供的信號的能量大于供給喚醒單位功率所需要的能量時也可以應(yīng)用 有源元件。多余的能量隨后可以給電源充電。該實施方式的喚醒裝置33包括微控制器，其具有低功耗，供給約15 μ A的源電流， 且成本低。直接連接至微控制器的輸入插頭的斷開命令使設(shè)備1進(jìn)入掉電模式，且優(yōu)選進(jìn) 入具有零功耗的狀態(tài)，也直接連接至微控制器的輸入插頭的接通命令可以強(qiáng)制設(shè)備1或其 子系統(tǒng)5改變操作狀態(tài)，并喚醒進(jìn)入活動狀態(tài)。喚醒裝置33還包括電源開關(guān)，如低壓降穩(wěn)壓器，用于接通設(shè)備1或其子系統(tǒng)5的 電源。作為替換，可以使用任何其它電力開關(guān)，如靜態(tài)繼電器，來接通電源供應(yīng)。
喚醒裝置33具有下述機(jī)制當(dāng)供電裝置31的輸出高于預(yù)定閾值時，如> 1. 8V時， 采用由供電裝置31提供的能量為微控制器上電，并且其程序開始運行。一旦微控制器的初始化完成，它向電源開關(guān)(在這里為LDO穩(wěn)壓器)發(fā)送喚醒信 號。結(jié)果，LDO喚醒并給連接在其輸出插頭處的整個設(shè)備1或子系統(tǒng)5上電。一旦穩(wěn)壓器 喚醒，它還向微控制器供電，以維持輸出電壓，直到斷開命令發(fā)送至微控制器。為了能夠改變操作狀態(tài)，因此必要的是，由供電裝置31提供的信號足夠長，持續(xù) 到電力開關(guān)喚醒，因此在該實施方式中，它必須覆蓋微控制器喚醒、微控制器執(zhí)行和LDO穩(wěn) 壓器喚醒。如果由外部機(jī)械激勵提供的能量不夠，則該設(shè)備將不上電。因此，裝置3具有一 種內(nèi)部閾值。在想要僅在超過內(nèi)部閾值的閾值處給該設(shè)備上電的情況中，可以使用另一個 閾值裝置(未圖示)，優(yōu)選可調(diào)節(jié)裝置，以適應(yīng)該閾值。對于上述具有約2. 5MHz的內(nèi)部頻率振蕩器的微控制器，該微控制器在執(zhí)行第一 指令之前的喚醒時間為1. S^isawg)。用于為微控制器上電的最小電壓為1.8V，電流為 500 μ A0基于這些值，可以確定變阻器47和電容器49參數(shù)。在另一種結(jié)構(gòu)中，可以使用 具有以32ΚΗζ或31ΚΗζ頻率運行的內(nèi)部頻率振蕩器的微控制器，其具有較低的電流，低至 15 μ Α，但具有較高的喚醒時間。根據(jù)一種變形，還可以僅以邏輯元件，如AND、0R、X0R門實現(xiàn)喚醒裝置。在這種情 況中，喚醒單元的喚醒時間可以低于給微控制器上電需要的時間，即在< 500ns的范圍內(nèi)。 因此，對應(yīng)需要快速喚醒的應(yīng)用，優(yōu)選使用邏輯元件。功耗取決于所使用的元件的類型，但 它可以類似于微控制器的數(shù)十微安培。這需要3V量級的電源電壓。圖4圖示了本發(fā)明的第二實施方式。第一和第二實施方式之間唯一的不同在于， 轉(zhuǎn)換裝置11和17現(xiàn)在也連接至作為該設(shè)備的子系統(tǒng)5的一部分的感測信號處理裝置61。 其它特征對應(yīng)于第一實施方式的特征，因此具有相同的附圖標(biāo)記以及相同的特性。因此將 不再重復(fù)它們的描述，但通過參考第一實施方式的描述將它們的描述結(jié)合于此。感測信號處理裝置61構(gòu)造為使得一旦操作狀態(tài)從備用(掉電)改變至活動狀態(tài)， 則由轉(zhuǎn)換裝置11和17感測到的信號用來識別人機(jī)接口 7的撞擊(即機(jī)械激勵)的位置， 以由此提供觸敏人機(jī)接口，其采用提供喚醒必需的能量的相同轉(zhuǎn)換裝置。在該實施方式的一種變形中，信號處理裝置61甚至構(gòu)造為以便確定人機(jī)接口 7上 的用來喚醒該設(shè)備的碰擊的位置。在至少信號處理裝置61上電足夠快以便仍然可以分析 喚醒碰擊的感測信號的情況中，這是可行的。通過確定如喚醒碰擊的xy坐標(biāo)，信號處理裝 置61可以向該設(shè)備的控制單元提供信號，該設(shè)備將在一定的條件下，如在取決于喚醒碰擊 的xy坐標(biāo)的娛樂系統(tǒng)的情況中喚醒，該系統(tǒng)以播放DVD或CD開始或以打開無線電開始。在 這種情況中，xy坐標(biāo)例如可以歸因于與某些活動相連的碰擊區(qū)域。圖5圖示了本發(fā)明的第三實施方式。第一和第三實施方式之間的唯一的差異在于 裝置3’還包括輔助電源71。其它特征對應(yīng)于第一實施方式的特征，因此具有相同的附圖 標(biāo)記以及相同的特性。因此將不再重復(fù)它們的描述，但通過參考第一實施方式的描述將它 們的描述結(jié)合于此。第三實施方式當(dāng)然也可以與根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的其它特征結(jié)
I=I O在該實施方式中，輔助電源71直接連接至喚醒裝置33，但它也可以連接至供電裝 置31。輔助電源可以為任何類型的電源，如電容、電池、壓電元件、如太陽能電池、熱電轉(zhuǎn)換器、靜電捕獲和環(huán)境輻射源，并且在設(shè)備處于備用或掉電模式時為零功耗。與在第一實施方式中一樣，轉(zhuǎn)換裝置11和17進(jìn)行觸摸檢測功能，由機(jī)械激勵提供 的能量用來提供喚醒信號，如由供電裝置31提供。喚醒信號用來接通輔助電源，以向喚醒 裝置33提供必要的電力。因此，執(zhí)行操作模式改變所需的能量由機(jī)械激勵的轉(zhuǎn)換和輔助電 源71的組合提供。當(dāng)電力開關(guān)要求更多的能量接通子系統(tǒng)5或該設(shè)備(如靜態(tài)繼電器或RF收發(fā)器) 時，該實施方式發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用。因此在這些情況中，由機(jī)械激勵，如敲擊或按壓提供能量不足 以移入活動狀態(tài)。根據(jù)一種變形，由供電裝置31提供的小于提供喚醒信號必需的閾值的能量可以 給輔助電源71的電容器或電池充電。圖6對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的一種方法的框圖，該方法用于改變?nèi)绲谝?至第三實施方式中任一種的設(shè)備的操作狀態(tài)，特別是從備用掉電模式改變?yōu)榛顒訝顟B(tài)。該方法的第一步驟81是在該設(shè)備的表面上提供機(jī)械撞擊，如在設(shè)備1的人機(jī)接口 7上提供機(jī)械撞擊。機(jī)械撞擊對應(yīng)于機(jī)械激勵，例如可以對應(yīng)于指尖或身體的任何其它部分 以及任何工具在如上文已經(jīng)描述的設(shè)備的表面上按壓、敲擊或滑動。隨后步驟83是將產(chǎn)生的機(jī)械激勵轉(zhuǎn)換成至少一種電信號。為了這樣做，優(yōu)選使用 無源元件，如上述無源換能器、如壓電傳感器。在下一個步驟85期間，從所述至少一種信號獲得改變該設(shè)備的操作狀態(tài)必須的 電力的至少一部分或全部。能量例如可以存儲在電容49中，如上所述。最后根據(jù)步驟87，提供喚醒信號，以改變該設(shè)備的操作狀態(tài)。用于產(chǎn)生喚醒信號且 特別是用于接通該設(shè)備的電源所需的能量從在步驟85中獲得的電力獲取。該步驟例如由 喚醒裝置33的低壓降穩(wěn)壓器執(zhí)行，其提供足以啟動可以給該設(shè)備上電的繼電器的電壓。通過這樣做，不再需要在備用模式期間連續(xù)提供能量，以便獲得明顯的節(jié)能。而 且，通過允許即在檢測到機(jī)械撞擊時改變操作階段，使得該方法在抵抗基于噪聲的無意上 電方面更省電。
權(quán)利要求
1.一種裝置，用于改變設(shè)備的操作狀態(tài)，特別是從零功率或備用或掉電模式改變?yōu)榛?動狀態(tài)，該裝置包括至少一個轉(zhuǎn)換裝置(11，17)，用于將特別是施加至該設(shè)備的表面的機(jī)械激勵轉(zhuǎn)換成電 信號，和供電裝置(31)，用于供給使得能夠改變該設(shè)備的操作狀態(tài)所必需的電力的至少一部 分，特別是全部，其中所述電力是從所述電信號獲得的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中轉(zhuǎn)換裝置(11，17)包括感應(yīng)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中轉(zhuǎn)換裝置(11，17)包括無源換能器，特別是壓電式 換能器01)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中壓電式換能器構(gòu)造為以彎曲模式起作用。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的裝置，其中轉(zhuǎn)換裝置(11，17)還包括用于放大所述激勵 的裝置(25)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中轉(zhuǎn)換裝置(11，17)的無源換能器，特別是壓電式換 能器夾在剛性激勵傳遞裝置和具有中心凹陷區(qū)域(XT)的支撐件0 之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述支撐件包括多個支柱(30a，30b，30c)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的裝置，其中供電裝置(31)包括峰值電壓防止裝 置(47)，特別是低壓降穩(wěn)壓器或變阻器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的裝置，其中供電裝置(31)還包括整流器05)， 特別是肖特基橋式整流器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的裝置，其中供電裝置(31)還包括儲能裝置 ( )，特別是至少一個電容器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的裝置，還包括喚醒裝置(33)，該喚醒裝置 (33)構(gòu)造為產(chǎn)生用于改變該設(shè)備的至少一個子系統(tǒng)(5)的操作狀態(tài)的喚醒信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中喚醒裝置(3 包括邏輯單元，特別是微控制器 和/或邏輯門。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的裝置，還包括輔助電源(71)，特別是光電管、 二極管、電容、電池、壓電元件、溫差電或熱電轉(zhuǎn)換器或靜電捕獲源或環(huán)境輻射源中的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，構(gòu)造為使得由供電裝置(31)提供的低于用于提供喚 醒信號的閾值的能量用來給輔助電源(71)充電，特別是給電容器或電池充電。
15.一種設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的裝置，以及連接至用于轉(zhuǎn)換機(jī) 械激勵的至少一個轉(zhuǎn)換裝置(11，17)的人機(jī)接口(7)或殼體(10)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，還包括感測信號處理裝置(61)，該感測信號處理裝 置(61)構(gòu)造為基于由用于轉(zhuǎn)換激勵的至少一個轉(zhuǎn)換裝置(11，17)感測的信號識別撞擊的 位置，由此提供具有觸敏人機(jī)接口(7)的設(shè)備。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中感測信號處理裝置還構(gòu)造為確定其能量用來改 變操作狀態(tài)的撞擊的位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17中任一項所述的設(shè)備，構(gòu)造為使得在處于備用或掉電模式時，電消耗基本上為零瓦特。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18中任一項所述的設(shè)備，其中信號處理裝置(61)構(gòu)造成使得 操作狀態(tài)改變，或操作狀態(tài)不取決于撞擊的位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至19中任一項所述的設(shè)備，其中信號處理裝置(61)構(gòu)造為使得 多個不同操作狀態(tài)中的每一個歸因于預(yù)定區(qū)域，并且一旦確定撞擊的位置，則改變對應(yīng)的 操作狀態(tài)。
21.一種方法，用于改變設(shè)備的操作狀態(tài)，特別是從備用或掉電模式改變?yōu)榛顒訝顟B(tài)， 該方法包括下述步驟在該設(shè)備的表面上，特別是在該設(shè)備的人機(jī)接口上，提供機(jī)械撞擊， 將產(chǎn)生的機(jī)械激勵轉(zhuǎn)換成至少一種電信號，從所述至少一種電信號獲得改變該設(shè)備的操作狀態(tài)必需的電力的至少一部分，特別是全部。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中該設(shè)備包括根據(jù)權(quán)利要求1至20中一項的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置，用于改變設(shè)備的操作狀態(tài)，特別是從零功率或備用或掉電模式改變?yōu)榛顒訝顟B(tài)，其用于降低備用模式期間的功耗，而且，其用于降低設(shè)備的意外上電，該裝置包括至少一個轉(zhuǎn)換裝置，其用于將特別是施加至該設(shè)備的表面的機(jī)械激勵轉(zhuǎn)換成電信號，以及供電裝置，其用于供給使得能夠改變該設(shè)備的操作狀態(tài)所必需的電力的至少一部分，特別是全部，其中所述電力是從所述電信號獲得的。而且，本發(fā)明涉及包括這種用于改變操作狀態(tài)的裝置的任何設(shè)備和對應(yīng)的方法。
文檔編號G06F1/32GK102089732SQ200980126623
公開日2011年6月8日 申請日期2009年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月7日
發(fā)明者塞巴斯蒂安·佩爾蒂埃 申請人:傳感器公司