触觉反馈(Haptics)技术在最近一两年迅速发展,它让手机、游戏机、触摸屏设备和移动电子产品的用户体验上升到一个全新的水平,越来越多的制造商将其纳入开发设计。起初,便携式电子产品主要采用的触觉反馈技术是偏转质量(ERM),也就是转子马达。ERM包含一个偏心旋转质量,它旋转时形成一个全方向的震动,震动传遍整个设备,例如,您的手机处于静音或者震动模式时便利用震动提醒您。
不过,由于 ERM 的结构问题,形成复杂波形的能力有限。每个波的频率和振幅一起耦合至输入控制电压,让设备仅能使用一个变量来产生不同的震动效果。相比更新的技术,唤醒马达让其工作随后再停止的这种方法存在一定的局限性,响应时间和制动时间相对较慢。这种技术的优势在于已存在相当长一段时间,是目前可以使用的高成本效益方案之一。
马达技术也在延伸,新一代触觉反馈技术是线性共振传动器(LRA),也称为线性马达。它已得到许多新型手持设备厂商的广泛采用,也是厂商们下一代关心的产品方向之一。据初步估算,目前30%智能手机已经采用线性马达,包括苹果。LRA是一款以线性运动形式振动的弹簧质量块。它以共振频率工作的方式,让驱动器可以在更低功耗条件下运行,功耗比ERM低,但是会受限于这一频率。
尽管在频率方面没有了灵活性,但是仍然可以对输入信号的振幅进行调整。发出该信号的作用是增加额外的自由度和独特的波形,而这些是使用ERM无法达到的。关于响应时间,LRA也要胜过ERM,因为它们可以在一秒钟内输入多个字母的操作提供按键确认反馈,从而让其成为手机短信或者任何输入应用的理想选择。
TI中国区市场开发高性能模拟产品业务拓展经理信本伟指出:“现在手持设备上所采用的转子马达劣势在于启动慢、刹车慢,并且没有方向性的导向,这样的性能就不能满足用户体验的提升,特别是手机游戏、游戏机等娱乐触觉需求。另外,线性马达体积相对小一些,更适用新兴应用上的需求。所以线性马达开始或已经成为下一代主力产品进入手持设备中。”
他还预计未来一两年将会看到,随着线性马达被更广泛的终端设备采用,成本会进一步降低,节能、体积小的线性马达将取代转子马达成为便携式电子产品的主流选择。
不过,线性马达也有相应的设计问题。LRA必须围绕共振频率在窄带正负2个波幅之内运动,如果LRA驱动频率移至共振频率以外时,效率和性能都会大大降低。但由于弹簧常量的原因,每一个线性马达的共振频率还随着应用的范围不同、弹簧的位移的距离、弹簧损耗、温度波动或者其他环境因素变化而改变。不仅如此,LRA的共振频率还很容易发生漂移,造成漂移的原因包括制造容差、温度变化、机械安装、摆放位置等等。设计开发者就需要根据每一个线性马达重新调整共振系统,这就成为需要解决的设计问题。“一旦找到共振频率,它所需要驱动的电流锐降50%,整体功耗也会下降50%。”信本伟表示。
“另一个触觉反馈的难点在于如何实现马达的骤起骤停。转子马达实现不了这个特性,往往在短间隔时间里感觉不到马达的停顿,而LRA可以靠弹簧本身共振频率来让马达快速制动,更好的感受到振动的停止,没有粘滞感,这也是为什么LRA能够替代ERM的主要原因之一。”信本伟分析说,“不过,LRA想实现这种制动的动作,当然需要判断出它的共振频率以后才能实现。”