觸覺反饋設計中常用的執行器

電子發燒友網報道（文/李寧遠）在越來越智能化的HMI設計上，我們時常會和一類技術打交道——觸覺反饋。觸覺反饋目前在終端的主要表現形式是“振動”，觸覺反饋技術通過作用力、振動等一系列動作為使用者再現觸感。這一反饋增強了人機交互的“互動感”，并增強了對于機械設備、智能終端的操控。

目前主流觸覺反饋設計中常用的執行器有三種：第一種是偏轉質量馬達（ERM），第二種是線性共振致動器（LRA），第三種壓電式致動器。三者實現的振動反饋效果各不相同，但從原理上，這些傳動器產生振動效果都離不開觸覺驅動器。觸覺驅動器發送模擬或數字輸入信號，然后驅動器放大信號或從構件中調用波形，并輸出到傳動器以產生振動效果。三種振動反饋雖然效果不同，發展到現在也都有自己獨特的優勢，適用于各自不同的場景。

低成本的ERM觸覺反饋設計ERM這種觸覺系統由高頻轉動偏心質量的電機組成，作為最早出現的觸覺反饋方案，其歷史相當悠久。隨著更好的觸覺反饋技術發展，ERM已被小型化，以適應更小型的設備，憑借其低成本的優勢在一些低質量的應用中發揮著作用。

相比于其他技術，ERM反應時間顯得有些慢了，通常需要長達幾十毫秒才能達到峰值頻率，加速和減速的延遲會在達到峰值的開始和結束時產生輕微的不良振動。另一方面，ERM解決方案的頻率范圍也相當有限，觸覺反饋效果不算完美。

?

就ERM技術本身來說，目前其驅動芯片功耗也降到了很低。為了降低系統的復雜性，集成的波形存儲器允許觸覺序列預加載到驅動，觸覺序列也可以通過I2C或脈沖寬度調制（PWM）信號從外部源流傳輸到驅動上。較小的尺寸、改進的輸出驅動器效率，這些ERM驅動器上的改進與補足讓該技術在一些成本敏感、觸覺效果要求并不嚴苛的應用里仍舊占據著重要地位。

取代ERM的高效LRA

由于LRA需要的是一個交流信號，所以它的驅動相對于ERM要復雜一些。對于ERM，可以使用單個MOSFET和微控制器來驅動直流電機，但對于LRA，最簡單的選擇是使用專用驅動IC。LRA驅動具有較短的滯后和上升時間，能夠提供改進的觸覺性能，相比ERM功率的消耗也更低。

（LC898301XA，ONSEMI）

專用于LRA驅動的輸入信號的振幅和頻率彼此獨立，允許輸入具有比ERM更復雜的波形。這可以產生更豐富的用戶觸覺體驗。有些原廠會配置單線制振動方案，內置存儲器和可循環波形序列器，LRA驅動擁有自動過驅和制動功能，可以輕松生成清晰優質的觸覺效果的同時還能減輕處理單元的負擔。

不管是自動閉環反饋改進響應時間，自動校準檢測閉環反饋系數，還是自諧振檢測感測LRA的諧振頻率，LRA驅動作為效率極高的觸覺反饋技術一直都在大大簡化觸覺反饋設計的難度。隨著LRA驅動進一步降低功耗和尺寸，將帶來更敏銳、更強的觸覺效果。

更快響應的壓電觸覺

壓電陶瓷執行器并非上述兩種馬達型技術，作為一種新興技術，它使用壓電驅動器透過壓電驅動器的致動器材料發送高壓電源，使其變形并產生觸覺反饋，擁有極短的啟停響應時間和更高的效率。

壓電式驅動近乎瞬時的反應意味著觸覺反饋更精準、更清晰，上圖中DRV2667的響應時間不到2ms。器件會內置一個波形存儲器，用于以最小的延遲保存并讀取波形，同時包含一個高級波形合成器，以最少的存儲空間構建復雜觸覺波形，這種高清的觸覺反饋也是其他技術不能實現的。另外這種硬件加速的方式也減少了整個觸覺系統的工作量。Maxim（ADI）的TacTouch方案觸覺回放啟動時間更快（600us）。

壓電觸覺的無限頻率范圍是ERM和LRA無法實現的，帶寬不大很難創建不同的觸覺效果，無限的頻率范圍意味著提供各種觸覺效果的可能性。

小結

在LRA，ERM，還有壓電式的選擇上最終還是要視場景而定。歷史悠久的ERM在小尺寸、低成本應用上仍然有用武之地。LRA更高的效能，更高的加速度，更好的觸覺反饋多年來一直是最有效的觸覺反饋方案。近乎瞬時反應且沒有頻率限制的壓電觸覺反饋更是為未來各種各樣的觸覺效果實現提供了無限的可能。

原文標題：不同驅動技術下的觸覺反饋

文章出處：【微信公眾號：電子發燒友網】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處?！　?/p>