關鍵字:手持設備 TI
不過,由于 ERM 的結構問題,形成復雜波形的能力有限。每個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變量來產生不同的震動效果。相比更新的技術,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,響應時間和制動時間相對較慢。這種技術的優(yōu)勢在于已存在相當長一段時間,是目前可以使用的高成本效益方案之一。
TI中國區(qū)高性能模擬產品市場開發(fā)經理信本偉 |
馬達技術也在延伸,新一代觸覺反饋技術是線性共振傳動器(LRA),也稱為線性馬達。它已得到許多新型手持設備廠商的廣泛采用,也是廠商們下一代關心的產品方向之一。據(jù)初步估算,目前30%智能手機已經采用線性馬達,包括蘋果。LRA是一款以線性運動形式振動的彈簧質量塊。它以共振頻率工作的方式,讓驅動器可以在更低功耗條件下運行,功耗比ERM低,但是會受限于這一頻率。
盡管在頻率方面沒有了靈活性,但是仍然可以對輸入信號的振幅進行調整。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無法達到的。關于響應時間,LRA也要勝過ERM,因為它們可以在一秒鐘內輸入多個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(qū)市場開發(fā)高性能模擬產品業(yè)務拓展經理信本偉指出:“現(xiàn)在手持設備上所采用的轉子馬達劣勢在于啟動慢、剎車慢,并且沒有方向性的導向,這樣的性能就不能滿足用戶體驗的提升,特別是手機游戲、游戲機等娛樂觸覺需求。另外,線性馬達體積相對小一些,更適用新興應用上的需求。所以線性馬達開始或已經成為下一代主力產品進入手持設備中。”
線性馬達驅動器DRV2603的競爭優(yōu)勢
他還預計未來一兩年將會看到,隨著線性馬達被更廣泛的終端設備采用,成本會進一步降低,節(jié)能、體積小的線性馬達將取代轉子馬達成為便攜式電子產品的主流選擇。
不過,線性馬達也有相應的設計問題。LRA必須圍繞共振頻率在窄帶正負2個波幅之內運動,如果LRA驅動頻率移至共振頻率以外時,效率和性能都會大大降低。但由于彈簧常量的原因,每一個線性馬達的共振頻率還隨著應用的范圍不同、彈簧的位移的距離、彈簧損耗、溫度波動或者其他環(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。設計開發(fā)者就需要根據(jù)每一個線性馬達重新調整共振系統(tǒng),這就成為需要解決的設計問題。“一旦找到共振頻率,它所需要驅動的電流銳降50%,整體功耗也會下降50%。”信本偉表示。
“另一個觸覺反饋的難點在于如何實現(xiàn)馬達的驟起驟停。轉子馬達實現(xiàn)不了這個特性,往往在短間隔時間里感覺不到馬達的停頓,而LRA可以靠彈簧本身共振頻率來讓馬達快速制動,更好的感受到振動的停止,沒有粘滯感,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,“不過,LRA想實現(xiàn)這種制動的動作,當然需要判斷出它的共振頻率以后才能實現(xiàn)。”
自動共振檢測驅動器有諸多優(yōu)勢
實際上,要想利用好線性馬達,離不開給它最大支持的組件——驅動器。TI日前推出了首款用于控制線性馬達,并支持自動共振跟蹤的觸覺驅動器DRV2603。信本偉表示,只有實現(xiàn)LRA共振頻率自動跟蹤才可以發(fā)揮出LRA的優(yōu)勢來,TI采用獨特的邏輯算法實現(xiàn)了LRA共振頻率的自動跟蹤,主要是通過檢測共振頻率的基準點以及頻幅來實現(xiàn)。
信本偉介紹說,DRV2603的特性之一是既可以驅動普通轉子馬達,也支持線性馬達。他繼續(xù)說:“最核心的特性在于LRA的自動共振檢測。上面也提到每一個線性馬達都需要重新配置,那么DRV2603會根據(jù)整個系統(tǒng)的設計,不同的線性馬達,甚至生產過程中的一些其他因素,來判斷共振頻率并匹配,只要手持設備帶有自動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(xiàn)都是完美的。”
自動共振檢測的優(yōu)勢還在于,在共振條件下,驅動LRA提供的強度大概是原有的2倍,而且功耗降低,在驅動點擊/告警等觸感動作中,與不支持自動共振檢測的驅動器相比功耗降低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,因為擁有自動共振頻率的檢測,所以DRV2603還會提供更好的制動效果,既迅速又精準的停止傳動器。該制動對“敏銳”、“真切”的觸覺感受和對多動作波形實現(xiàn)“動作分離”(如雙擊)具有非常重要的意義。開發(fā)者可以因此設計出多種振動效果,而不像轉子馬達那樣單一。此外,該驅動器擁有自動制動算法,這對于開發(fā)者而言也會比較簡單。
另一些特性包括提供PWM輸入引腳、電源校正,使LRA的靈活性會更高。DRV2603還通過一些技術確保任何電源電壓條件下都可以啟動恒定的振動強度,而不會隨著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這種恒定的振動強度,也就是說可能我在5伏左右設定了一個振動強度,當我在電池電量掉到3伏的時候,我本身的振動強度是不是就要變小呢?答案不是這樣的。”信本偉解釋說,“因為我們會有一些技術來保證在3伏的時候,我們可以保證它的振動強度是恒定的。”
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線性馬達。
“DRV2603的優(yōu)勢還包括非常簡化輸入信號的方式,只需要10kHz-250kHz的PWM信號就可以,無需特定的輸入頻率。此外外圍無需多余器件,全部都集成在里面,只有一個小小的電容在外面,所以整個系統(tǒng)就非常小,與同類競爭解決方案相比總體尺寸銳減66%。”他說。
值得一提的是,同樣是支持LRA的驅動器,帶不帶自動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,那么線性馬達在提高制動力量的情況下,是不是會消耗更多的電流呢?實驗證明,之前很多設備的耗電量遠遠要大于現(xiàn)在帶自動共振檢測的設備的耗電量。”信本偉表示,“在平均流耗76.9毫安的時候,傳統(tǒng)方案速度提升1.1g,正規(guī)化電流是65.42mA/g,在采用DRV2603后,電流僅為傳統(tǒng)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(jié)省。”
目前,DRV2603樣片和評估板都已有現(xiàn)貨,據(jù)信本偉透露,已有部分國內用戶正在做相應的開發(fā),預計今年年底前將會有應用LRA產品的國產品牌手機面市。