在将触觉实施到系统设计时,最大限度地提高有效性

30-04-2015 |   |  By 史蒂夫泼冷

在设计触觉时,有许多核心技术需要考虑。某些方法允许较小的解决方案尺寸,更低的BOM,降低功耗和增加的响应性。由Steve Sheard,高级应用和营销工程师,在半导体上

没有逃避用户界面内的触摸交互(UIS)的触摸在过去十年中的普及,取代了许多不同形式的机械式UI。以这种方式参与被视为更直观,不太可能导致用户挫折。触觉技术确实是带来全新的尺寸来触摸控制 - 允许用户接收有关通过机械振动执行的操作的反馈,或者在其他情况下进行某种抗性力。通过这,可以确定预期操作是否已成功完成。

有各种日常的触觉例子在行动中 - 例如在赛车游戏中制作转向机动时的游戏控制台上的振动,而在“射击”中,它可以将冲击波从爆炸或从枪中的反冲中的射击模仿被解雇,从而使这些游戏感觉更加现实。或者,它可能是智能手机的振动,以表示收到短信或来电,手持设备的振动提供给客户,同时等待坐在餐厅,让他们知道工作人员准备好了他们到他们的桌子。触觉现在甚至被纳入儿童保育产品,如出牙戒指。

因此,触觉为正在运营UI的个人提供程度的感官刺激 - 但这实际上是如何发生的?基本程序如下。当用户将手指放在触摸屏上显示的按钮上时,触摸控制器将相应的触点数据传递到系统处理器以处理。同时处理器激活触觉。这又启动了电机,然后电动机产生振动。产生振动的电动机需要由合适的驱动器IC驱动。

触觉电机的分类

目前在UI设计中使用了几种不同类型的触觉电动机执行器系统。

偏心旋转质量(ERM)型 - 导致旋转平衡质量旋转。质量产生不对称的离心力,导致电机的位移。

圆柱形型 - 与ERM类似但相对较大,并且由于这对振动请求的响应较慢。 ERM类型和圆柱形类型都不是特别耐用的。

线性谐振致动器(LRRA)型 - 依靠弹簧依赖于附接到该壳体的磁体。来自线圈的磁场导致待启动的振动(类似于振动运动在音频扬声器中产生的方式,以便可以创建声音)。振动处于单个频率。

基于LRRA技术的触觉提供了几个主要优点 - 包括比替代圆柱形或ERM触觉解决方案更快的封装,更快的响应时间和更高的操作鲁棒性。由于这些特性,LRA与现代便携式应用特别良好, - 覆盖从智能手机和平板电脑的所有内容,到可穿戴电子设备。 LRA方法需要大致减少伴随它的外围电路。

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图1.线性谐振执行器(LRA)的基本结构。

触觉驱动程序解决方案

过去,通常通过实施离散解决方案来完成驾驶触觉。这些通常包括具有两个缓冲放大器的时钟发生器,或具有音频放大器的正弦波发生器。

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图2.基于时钟发生器的离散触觉驱动器。

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图3.基于正弦波发生器的离散触觉驱动器。

对于时钟发生器触觉驱动器,缓冲放大器与时钟发生器一起工作,以增加输出的幅度。它们还有助于平滑施加电压曲线的尖锐边缘,该施加电压曲线将来自时钟发生器的方波输出。这种类型的驾驶员还具有相对高的电流消耗,并且需要许多额外的外部组件的特定。这些因素妨碍了这种解决方案对空间受限制和电力有限应用的适用性,如手持电子产品。

通过正弦波发生器触觉驱动器,表征时钟发生器驱动程序的尖锐边缘不再是一个问题。这种方法提供了更平滑的反应。移动质量振动而不会撞击侧面的风险。然而,再次涉及的外部组件的数量意味着必须分配有价值的董事会房地产。

虽然传统的触觉驱动程序解决方案具有缺点,但在更近期专用,高度集成的触觉电机驱动器IC开始介绍。这些ICS能够超越离散正弦波发生器和时钟发生器解决方案的性能,因为某些关键特征 - 例如它们改变其驾驶员频率的能力(因为我们将看到非常有利)。

以与电动机(FR)的谐振频率匹配的频率以频率驱动LRA将最大化UI的触觉元素的响应。必须注意的是,FR实际上可以通过其定向,环境温度或LRA铺设的材料等多达1.0 Hz。例如,如果在使用者的手中保留含有LRA的产品,则FR将不同,搁置在硬表面上,从带子悬挂,或者位于用户的口袋中。

如果条件使得振动不足,则可以通过调节驱动频率来匹配新的谐振频率来增加振动力来增加振动力,或者通过调整驱动频率来增加振动力。显然,如果可以跟踪FR并且相应地适应的驱动频率,则更有效,以匹配它。相反,如果电机驱动器无法与电机的FR协调,则产生的振动强度将减少,需要消耗额外的功率以弥补缺口。

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图4.基于LC89830x的高效触觉驱动程序

认识到调整频率的能力在触觉设计中具有很大的值,在半导体上开发了高效的LRA驱动器系列,其构件可以由单个使能引脚控制。 LC898300,​​LC898301和LC898302由于其自动调谐功能具有自动调节驱动频率以镜像电机驱动频率的变化。这可以将感知振动的力量增加超过20%,使其比传统的触觉驾驶解决方案更有效。

这些设备可以产生与正弦波驱动方法相同的振动力,但使用电流较少的20%。它们通过切割驱动电流中的开/关末期的一半。通过舍入输出上的角落,没有可听的噪音来抗争。另外,通过制动功能,振动可以更快地关闭。这意味着它可用于提供更广泛的触觉效果 - 开辟UI设计人员的新可能性。此外,它们只需要孤独的外部旁路,从而减少了董事会房地产的使用,以及降低整体材料费用 - 这两者在空间受限,成本敏感的消费电子产品设计中非常重要。最初使用I2C接口配置这些驱动程序,一旦完成单线,可以使用单线打开和关闭它们。

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图5.方波和LC89830X驱动配置文件之间的比较

触觉有效地使触摸互动两种方式。它们为那些操作电子设备提供反馈,确保系统已接收到所需的输入和防止发生的潜在错误。或者,它们可用于模拟某些动作,以便能够明显地实现更好的用户体验。通过他们的合并,通过优化的驾驶技术支持,可以创建更先进的触摸的UI解决方案,从而提供更高的接合级别,从而将自己与标准触摸启用UIS分化。

在半导体上

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史蒂夫·苏格德

史蒂夫泼冷 是一名高级应用和营销工程师,在半导体上,支持小信号标准双极晶体管产品组合。 Sheard在电子工业中有超过35年,以前在摩托罗拉工作过。 Sheard占据了凤凰大学和来自城市的Bsee的MBA&伦敦公会。

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