在系统设计中应用触觉技术以将能效提升至最高的考虑因素

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触觉正成为当前各类电子设备越来越有吸引力的功能――被集成到游戏、便携式消费电子和工控应用中。下文将比较和对比当构建触觉式方案时可采用的众多核心技术。这将显示特定方案怎样显著获益――从更小的方案总尺寸、更低的物料单、降低的功耗和增强的响应方面。

过去十年，触摸交互在用户界面（UI）已极大地普及，替代了许多不同形式的以机械为基础的用户界面已是不争的事实。这样的使用被视为更直观，且降低了用户受挫的可能性。触觉技术所做的是提供一个全新的触控方法――使用户接收通过机械振动或在其他情况下的某种阻力执行的操作的反馈。通过这可确定预期操作是否已成功完成。日常生活中有各种触觉行动的例子――如在赛车游戏中，当作出转向操作时，游戏控制台振动，而在射击游戏中，它可以模仿爆炸产生的冲击波或枪开火的后座力，从而使这些游戏感觉更真实。或者可以是智能手机的振动提示收到短信或来电，当客人等候就餐时，手持设备的振动告诉他们工作人员准备带他们入座。触觉技术现在甚至被集成到育儿产品如牙套环。

那么，正如我们所说，触觉作为一种方式，通过它向操作用户界面的个人提供一定程度的感官刺激――但这实际是如何发生的？基本过程如下。当用户将手指放到触摸屏显示的按钮上，触摸控制器向系统处理器传递相应的触摸点数据进行处理。同时处理器激活触觉。这将启动电机，然后产生振动。产生振动的电机需要一个相配的驱动器IC驱动。

触觉电机的类别

目前有几种不同类型的触觉电机致动器系统用于用户界面设计。

偏转转动惯量（ERM）类型――产生不平衡的惯量以旋转。惯量产生不对称的向心力，导致电机的位移。

圆柱形――类似干ERM，但相对较大，因此，它对震动要求的反应较慢。还有和ERM一样，这些都不是特别耐用。

线性谐振致动器（LRA）型――依靠通过弹簧和LRA连接的磁铁。线圈磁场引起的震动将被启动（类似于在音频扬声器中产生振动从而发出声音）。这振动是单一频率的。

基于LRA的触觉技术提供一些关键优势――包括更紧凑的封装、更快的响应、比可替代的圆柱形或ERM触觉方案运行更强固。由于这些特性，LRA特别适用于现代便携式应用――涵盖从智能手机和平板电脑，到可穿戴电子产品的一切应用。LRA方案需要更少的电路。

触觉驱动器方案

过去，通常通过应用分立方案完成触觉驱动。这通常包含一个时钟发生器及两个缓冲放大器，或一个正弦波发生器及一个音频放大器。

对时钟发生器触觉驱动器，缓冲放大器和时钟发生器一起工作以增加输出的幅度。它们还有助于消除施加电压的尖峰，这施加电压来自时钟发生器的输出方波。这种类型的驱动器电流消耗相对较大，需要指定若干附加的外部元件。这些因素合在一起影响此方案对空间受限和功率受限的应用的适用性（如手持电子产品）。

使用正弦波发生器触觉驱动器，具有尖峰特征的时钟发生器驱动器不再是问题。此方案提供更平滑的响应。移动惯量振动而没有冲击边缘的风险。然而，也是因为需要的外部元件数意味着需要分配更多宝贵的空间。

虽然传统的触觉驱动器方案有缺点，在最近仍然有被使用，高度集成的触觉电机驱动器集成电路（IC）将开始被引入。这些IC由于某些关键特性――如能改变驱动频率（正如我们将看到的是非常有利的），能超越分立的正弦波发生器和时钟发生器方案的性能。

以匹配电机的谐振频率（FR）的频率驱动LRA将用户界面的触觉元素的反应提升至最高。必须指出，FR可根据方向、环境温度、或LRA依靠的材料改变高达1赫兹的频率。例如，当含LRA的产品被用户拿在手中，或被放在坚硬的表面，或挂在皮带上，又或放在用户的口袋里，这几种情况的FR将是不同的。

如果在没有足够的振动驱动的情况下，那么可通过增加驱动力或通过调整驱动频率以匹配新的谐振频率来增加振动力。显然，如果FR可被追踪，且驱动频率可作相应调整以匹配FR，方案将具更高能效。相反，如果电机驱动器不能协调自身与电机的FR，由此产生的振动强度将减弱，将需要额外的电力来弥补不足。

意识到在触觉设计中调谐频率的能力是很有价值的，安森美半导体己开发可通过单个使能引脚控制的高能效LRA驱动器系列。LC898300、LC898301和LC898302，得益于创新的自动调谐特性，能自动调整驱动频率以镜像电机频率的改变。这可增加20%以上的感知振动力，能效远远高于传统的触觉驱动方案。

这些设备可得到和正弦波驱动方案相同的振动力，但少用20%的电流。它们通过在驱动电流中削减一半开/关时间做到。通过圆滑输出转角，不会产生噪声。此外，通过制动功能，振动可更迅速关闭。这意味着它可被用来提供更广泛的触觉效果――为用户界面设计者开辟了新的可能性。而且，他们只需要单独的外部旁路，从而减少了占板空间，并降低了整体物料单成本――这两方面在空间受限、成本敏感的消费电子设计中非常重要。这些驱动器最初配置使用I2C接口，只要完成单线就可用来开和关。总之，安森美半导体专有的触觉驱动技术具有相当高的能效，且相当节省空间，以及具有较市场上的竞争方案更丰富的功能。

触觉高效地使触摸交互成为双向的行为。它们向那些运行的电子设备提供反馈以确保系统已收到所需的输入和防止发生潜在故障。或者它们可用来模拟某些行为以便能明显获得更好的用户体验。通过集成由优化的驱动技术支持的触觉技术，可创建更先进的基于触摸的用户界面，这带来更高的参与度，从而区别于标准的带触摸功能的用户界面。