關(guān)鍵字：手持設備 TI
不過(guò)，由于 ERM 的結構問(wèn)題，形成復雜波形的能力有限。每個(gè)波的頻率和振幅一起耦合至輸入控制電壓，讓設備僅能使用一個(gè)變量來(lái)產(chǎn)生不同的震動(dòng)效果。相比更新的技術(shù)，喚醒馬達讓其工作隨后再停止的這種方法存在一定的局限性，響應時(shí)間和制動(dòng)時(shí)間相對較慢。這種技術(shù)的優(yōu)勢在于已存在相當長(cháng)一段時(shí)間，是目前可以使用的高成本效益方案之一。
 TI中國區高性能模擬產(chǎn)品市場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)理信本偉 |
馬達技術(shù)也在延伸，新一代觸覺(jué)反饋技術(shù)是線(xiàn)性共振傳動(dòng)器(LRA)，也稱(chēng)為線(xiàn)性馬達。它已得到許多新型手持設備廠(chǎng)商的廣泛采用，也是廠(chǎng)商們下一代關(guān)心的產(chǎn)品方向之一。據初步估算，目前30%智能手機已經(jīng)采用線(xiàn)性馬達，包括蘋(píng)果。LRA是一款以線(xiàn)性運動(dòng)形式振動(dòng)的彈簧質(zhì)量塊。它以共振頻率工作的方式，讓驅動(dòng)器可以在更低功耗條件下運行，功耗比ERM低，但是會(huì )受限于這一頻率。
盡管在頻率方面沒(méi)有了靈活性，但是仍然可以對輸入信號的振幅進(jìn)行調整。發(fā)出該信號的作用是增加額外的自由度和獨特的波形，而這些是使用ERM無(wú)法達到的。關(guān)于響應時(shí)間，LRA也要勝過(guò)ERM，因為它們可以在一秒鐘內輸入多個(gè)字母的操作提供按鍵確認反饋，從而讓其成為手機短信或者任何輸入應用的理想選擇。
TI中國區市場(chǎng)開(kāi)發(fā)高性能模擬產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理信本偉指出：“現在手持設備上所采用的轉子馬達劣勢在于啟動(dòng)慢、剎車(chē)慢，并且沒(méi)有方向性的導向，這樣的性能就不能滿(mǎn)足用戶(hù)體驗的提升，特別是手機游戲、游戲機等娛樂(lè )觸覺(jué)需求。另外，線(xiàn)性馬達體積相對小一些，更適用新興應用上的需求。所以線(xiàn)性馬達開(kāi)始或已經(jīng)成為下一代主力產(chǎn)品進(jìn)入手持設備中。”
線(xiàn)性馬達驅動(dòng)器DRV2603的競爭優(yōu)勢
他還預計未來(lái)一兩年將會(huì )看到，隨著(zhù)線(xiàn)性馬達被更廣泛的終端設備采用，成本會(huì )進(jìn)一步降低，節能、體積小的線(xiàn)性馬達將取代轉子馬達成為便攜式電子產(chǎn)品的主流選擇。
不過(guò)，線(xiàn)性馬達也有相應的設計問(wèn)題。LRA必須圍繞共振頻率在窄帶正負2個(gè)波幅之內運動(dòng)，如果LRA驅動(dòng)頻率移至共振頻率以外時(shí)，效率和性能都會(huì )大大降低。但由于彈簧常量的原因，每一個(gè)線(xiàn)性馬達的共振頻率還隨著(zhù)應用的范圍不同、彈簧的位移的距離、彈簧損耗、溫度波動(dòng)或者其他環(huán)境因素變化而改變。不僅如此，LRA的共振頻率還很容易發(fā)生漂移，造成漂移的原因包括制造容差、溫度變化、機械安裝、擺放位置等等。設計開(kāi)發(fā)者就需要根據每一個(gè)線(xiàn)性馬達重新調整共振系統，這就成為需要解決的設計問(wèn)題。“一旦找到共振頻率，它所需要驅動(dòng)的電流銳降50%，整體功耗也會(huì )下降50%。”信本偉表示。
“另一個(gè)觸覺(jué)反饋的難點(diǎn)在于如何實(shí)現馬達的驟起驟停。轉子馬達實(shí)現不了這個(gè)特性，往往在短間隔時(shí)間里感覺(jué)不到馬達的停頓，而LRA可以靠彈簧本身共振頻率來(lái)讓馬達快速制動(dòng)，更好的感受到振動(dòng)的停止，沒(méi)有粘滯感，這也是為什么LRA能夠替代ERM的主要原因之一。”信本偉分析說(shuō)，“不過(guò)，LRA想實(shí)現這種制動(dòng)的動(dòng)作，當然需要判斷出它的共振頻率以后才能實(shí)現。”
自動(dòng)共振檢測驅動(dòng)器有諸多優(yōu)勢
實(shí)際上，要想利用好線(xiàn)性馬達，離不開(kāi)給它最大支持的組件——驅動(dòng)器。TI日前推出了首款用于控制線(xiàn)性馬達，并支持自動(dòng)共振跟蹤的觸覺(jué)驅動(dòng)器DRV2603。信本偉表示，只有實(shí)現LRA共振頻率自動(dòng)跟蹤才可以發(fā)揮出LRA的優(yōu)勢來(lái)，TI采用獨特的邏輯算法實(shí)現了LRA共振頻率的自動(dòng)跟蹤，主要是通過(guò)檢測共振頻率的基準點(diǎn)以及頻幅來(lái)實(shí)現。
信本偉介紹說(shuō)，DRV2603的特性之一是既可以驅動(dòng)普通轉子馬達，也支持線(xiàn)性馬達。他繼續說(shuō)：“最核心的特性在于LRA的自動(dòng)共振檢測。上面也提到每一個(gè)線(xiàn)性馬達都需要重新配置，那么DRV2603會(huì )根據整個(gè)系統的設計，不同的線(xiàn)性馬達，甚至生產(chǎn)過(guò)程中的一些其他因素，來(lái)判斷共振頻率并匹配，只要手持設備帶有自動(dòng)檢測共振頻率的功能，那么不管怎樣更換馬達，它最終的性能表現都是完美的。”
自動(dòng)共振檢測的優(yōu)勢還在于，在共振條件下，驅動(dòng)LRA提供的強度大概是原有的2倍，而且功耗降低，在驅動(dòng)點(diǎn)擊/告警等觸感動(dòng)作中，與不支持自動(dòng)共振檢測的驅動(dòng)器相比功耗降低50%。功耗的降低對于今天的智能手機等便攜式電子設備的重要性不言而喻。
他還指出，因為擁有自動(dòng)共振頻率的檢測，所以DRV2603還會(huì )提供更好的制動(dòng)效果，既迅速又精準的停止傳動(dòng)器。該制動(dòng)對“敏銳”、“真切”的觸覺(jué)感受和對多動(dòng)作波形實(shí)現“動(dòng)作分離”(如雙擊)具有非常重要的意義。開(kāi)發(fā)者可以因此設計出多種振動(dòng)效果，而不像轉子馬達那樣單一。此外，該驅動(dòng)器擁有自動(dòng)制動(dòng)算法，這對于開(kāi)發(fā)者而言也會(huì )比較簡(jiǎn)單。
另一些特性包括提供PWM輸入引腳、電源校正，使LRA的靈活性會(huì )更高。DRV2603還通過(guò)一些技術(shù)確保任何電源電壓條件下都可以啟動(dòng)恒定的振動(dòng)強度，而不會(huì )隨著(zhù)電池電量的降低而減弱。“我們在任何電源電壓下面都可以去啟動(dòng)這種恒定的振動(dòng)強度，也就是說(shuō)可能我在5伏左右設定了一個(gè)振動(dòng)強度，當我在電池電量掉到3伏的時(shí)候，我本身的振動(dòng)強度是不是就要變小呢？答案不是這樣的。”信本偉解釋說(shuō)，“因為我們會(huì )有一些技術(shù)來(lái)保證在3伏的時(shí)候，我們可以保證它的振動(dòng)強度是恒定的。”
DRV2603采取2mm×2mmQFN封裝，尺寸非常小，適用于手機、平板電腦、便攜式導航儀、便攜式游戲控制板等便攜式應用。對于尺寸稍大的平板電腦，可以考慮在手握的兩邊各放一個(gè)線(xiàn)性馬達。
“DRV2603的優(yōu)勢還包括非常簡(jiǎn)化輸入信號的方式，只需要10kHz-250kHz的PWM信號就可以，無(wú)需特定的輸入頻率。此外外圍無(wú)需多余器件，全部都集成在里面，只有一個(gè)小小的電容在外面，所以整個(gè)系統就非常小，與同類(lèi)競爭解決方案相比總體尺寸銳減66%。”他說(shuō)。
值得一提的是，同樣是支持LRA的驅動(dòng)器，帶不帶自動(dòng)共振檢測功能對流耗影響很大，流耗是指馬達每“g”速度提升消耗的電流。“手持設備對功耗要求非常高，那么線(xiàn)性馬達在提高制動(dòng)力量的情況下，是不是會(huì )消耗更多的電流呢？實(shí)驗證明，之前很多設備的耗電量遠遠要大于現在帶自動(dòng)共振檢測的設備的耗電量。”信本偉表示，“在平均流耗76.9毫安的時(shí)候，傳統方案速度提升1.1g，正規化電流是65.42mA/g，在采用DRV2603后，電流僅為傳統方案的三分之一，另外，速度提升2.46g，所以新方案有60%電流節省。”
目前，DRV2603樣片和評估板都已有現貨，據信本偉透露，已有部分國內用戶(hù)正在做相應的開(kāi)發(fā)，預計今年年底前將會(huì )有應用LRA產(chǎn)品的國產(chǎn)品牌手機面市。
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