一种基于Kaiser窗的LRA驱动脉冲波形设计方法技术

本申请公开了一种基于Kaiser窗的LRA驱动脉冲波形设计方法及装置。其优点表现在：可有效抑制由驱动脉冲信号过零点抖动引起的高频噪声和脉冲信号本身的高次谐波，从而改善对手持设备音频系统的干扰。可用于截短任意非因果、无限长的理想脉冲响应，满足LRA驱动脉冲信号宽度的半周期限制要求。具有对称性，满足线性相位系统脉冲响应要求，从而使LRA驱动信号过零点对应的基频相位不受高次谐波影响。具有可调参数β，方便在主瓣宽度和旁瓣衰减之间进行折衷。根据不同应用场合(LRA长振或短振)的需求不同，调节β可对噪声，效率和响应速度进行优化。

A design method of LRA driving pulse waveform based on Kaiser window

【技术实现步骤摘要】
一种基于Kaiser窗的LRA驱动脉冲波形设计方法
本申请涉及电子
，尤其是涉及一种LRA驱动脉冲波形设计方法。
技术介绍
线性谐振马达(LRA)驱动芯片通常采用在驱动信号过零点处检测反向电动势(BEMF)的方式获取LRA振子的加速度和相位信息，从而通过反馈进行驱动信号频率和幅度的控制，以达到快速精准的振动反馈效果。现有的驱动脉冲波形图如图1所示。图1中，1为LRA驱动芯片的输出信号波形，2为LRA驱动芯片的正向驱动脉冲信号，3为LRA驱动芯片的反向驱动脉冲信号，4、5、6为驱动信号过零点，7为LRA振子的BEMF波形。其工作原理是，在2处，驱动芯片产生正向脉冲信号，为LRA线圈提供励磁电流，推动LRA振子往正方向移动。在4处，断开驱动芯片的输出管，使LRA线圈电流为零，从而使线圈上的压降等于LRA振子的BEMF。此时LRA振子的BEMF信号正比于振子速度，其斜率正比于振子加速度。BEMF过零点与驱动信号过零点的延迟可用于表示LRA励磁电流与振子速度的相移。在下一半周期(图1中的3处)，LRA驱动芯片施加反向的驱动信号，并在下一过零点(图1中的5处)通过测量BEMF得到反向加速度。LRA驱动芯片在每个周期重复上述过程从而实时监测振子的加速度与相位。定义振子的峰值加速度与驱动芯片向LRA提供的平均功率之比为LRA的振动效率。当LRA励磁电流与振子速度相位一致时，驱动信号频率与LRA谐振频率相等，振动效率最高。LRA驱动芯片可利用BEMF的过零点相对驱动信号过零点的超前或者滞后时间作为反馈信号，调整下一周期驱动信号脉冲宽度，以使下一BEMF过零点与LRA驱动信号过零点对齐，从而获得相位一致的效果。此过程称为F0跟踪功能。此类LRA驱动控制方法对驱动脉冲信号有以下要求：1、驱动脉冲信号宽度必须小于LRA谐振周期的一半，半边剩余时间为BEMF检测窗口，此时间内励磁电流为零，以等待BEMF信号的建立和采集。2、驱动脉冲信号需具有对称性。此对称性满足I类或II类FIR线性相位系统脉冲响应的特点，从而保证驱动脉冲信号的过零点与信号基频分量的过零点相同，过零点基频分量相位不受脉冲信号高次谐波分量的影响。3、对于长振等应用场景，LRA驱动脉冲信号需具有尽可能少的高次谐波分量，以避免非谐振点处的高频能量在LRA线圈电阻上的额外损耗；同时也可避免高次谐波分量过多地落入音频带宽内从而通过振动或电子线路对手持设备的音频系统造成干扰。4、对于短振等对响应速度要求较高的场景，LRA驱动脉冲信号需具有尽可能高的基频及中低频谐波能量，以使短时间瞬态响应达到最佳。5、当LRA的F0跟踪功能开启时，其每个驱动脉冲的延迟依赖于前一周期BEMF过零点位置，由于BEMF检测电路噪声、LRA外部环境的随机变化，驱动脉冲信号也会因此出现抖动。抖动引起的高频噪声分量同样会造成额外的损耗和干扰，需要通过一些手段抑制。6、每个驱动脉冲幅度须与LRA振动效果库中预存的幅度序列一致。现有技术中的脉冲信号波形通常为方波、正弦波、以及经一阶IIR滤波后的方波信号(如图2所示)。方波信号具有较高的高频谐波能量和抖动产生的高频噪声。正弦波具有较低高频谐波能量，但由于低频谐波能量更高，峰值电压需要更高才能达到相同振子加速度。经一阶IIR滤波后的方波由于脉冲的非对称性，其高频分量会造成过零点处基频信号额外的相位误差。
技术实现思路
本申请提供一种基于Kaiser窗的LRA驱动脉冲波形设计方法及装置。本申请采用下述技术方案：一种LRA驱动脉冲波形的生成方法，所述生成方法使用Kaiser窗函数。进一步的，所述Kaiser窗为：式中α＝M/2,M为窗长，I0(·)是第一类零阶修正贝塞尔函数，β为用于贝塞尔函数的调制系数，用于对Kaiser窗的主瓣宽度和旁瓣抑制进行调节。进一步的，LRA驱动脉冲串信号表示为：式中n为脉冲串信号序数，T为LRA的谐振周期的一半，{ai}为正负相邻的脉冲幅度序列，{di}为脉冲延迟序列，其中|a2k|，d2k为第k个谐振周期产生的正脉冲幅度和抖动，|a2k+1|，d2k+1为第k个谐振周期产生的负脉冲幅度和抖动。进一步的，所述生成方法使用Kaiser窗抑制抖动噪声和/或调节脉冲信号高次谐波能量。进一步的，LRA驱动脉冲波形分为加速、保持、刹车三个阶段，不同阶段选择不同的振动效果幅度序列{an}和Kaiser窗参数序列{βn}。进一步的，加速阶段选择an为满幅，βn为0～2.35；保持阶段选择an为期望振幅所对应的电压，βn为2～10；刹车阶段选择an为70％～100％的满幅，相位相反，βn为0～2.35。一种LRA驱动脉冲波形的生成装置，所述生成装置设有存储振动效果幅度序列{an}和Kaiser窗参数序列{βn}的第一存储元件和存储多组不同β值的Kaiser窗函数波形的第二存储元件。进一步的，所述生成装置为LRA驱动芯片，第一存储元件为RAM，第二存储元件为ROM。进一步的，所述生成装置基于Kaiser窗生成LRA驱动脉冲波形。本申请采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：1、Kaiser窗可有效抑制由驱动脉冲信号过零点抖动引起的高频噪声和脉冲信号本身的高次谐波，从而改善对手持设备音频系统的干扰。2、Kaiser窗函数可用于截短任意非因果、无限长的理想脉冲响应，满足LRA驱动脉冲信号宽度的半周期限制要求。3、Kaiser窗函数具有对称性，满足线性相位系统脉冲响应要求，从而使LRA驱动信号过零点对应的基频相位不受高次谐波影响。4、Kaiser窗具有可调参数β，方便在主瓣宽度和旁瓣衰减之间进行折衷。根据不同应用场合(LRA长振或短振)的需求不同，调节β可对噪声，效率和响应速度进行优化。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为LRA控制方法示意图。图2为现有LRA驱动脉冲波形示意图。图3为基于Kaiser窗设计的LRA脉冲波形示意图。图4为Kaiser窗对高频抖动噪声抑制原理图。图5为Kaiser窗对高频谐波能量调节原理图。图6为传统LRA驱动脉冲生成方法与基于Kaiser窗的LRA驱动脉冲生成方法对比图。图7为连续(长振)脉冲抖动对功率谱密度的影响图。图8为连续(长振)信号脉冲波形图。图9为连续(长振)信号脉冲频谱图。图10为不同β下LRA加速度及驱动电流波形图。图11为不同β下LRA驱动芯片所需功耗图。图12为起振阶段LRA加速度及驱动电流波形图。图13为实施例中的LRA驱动脉冲波形图。图14为实施例中的LRA线圈电阻损耗波形图。图15为实施例中的LRA启动加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LRA驱动脉冲波形的生成方法，其特征在于，所述生成方法使用Kaiser窗函数。/n

【技术特征摘要】
1.一种LRA驱动脉冲波形的生成方法，其特征在于，所述生成方法使用Kaiser窗函数。


2.如权利要求1所述的生成方法，其特征在于，所述Kaiser窗为：



式中α＝M/2,M为窗长，I0(·)是第一类零阶修正贝塞尔函数，β为用于贝塞尔函数的调制系数，用于对Kaiser窗的主瓣宽度和旁瓣抑制进行调节。


3.如权利要求1所述的生成方法，其特征在于，LRA驱动脉冲串信号表示为：



式中n为脉冲串信号序数，T为LRA的谐振周期的一半，{ai}为正负相邻的脉冲幅度序列，{di}为脉冲延迟序列，其中|a2k|，d2k为第k个谐振周期产生的正脉冲幅度和抖动，|a2k+1|，d2k+1为第k个谐振周期产生的负脉冲幅度和抖动。


4.如权利要求1所述的生成方法，其特征在于，所述生成方法使用Kaiser窗抑制抖动噪声和/或调节脉冲信号高次谐波能量。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：石宏霄，
申请(专利权)人：厦门傅里叶电子有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35