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如果您使用觸摸屏手機，那么您一定有機會感受到觸覺反饋（Haptics）技術的魔力，它讓游戲機、觸摸屏設備和移動電子產品的用戶體驗上升到一個全新的水平。人們為什么會給一種如此“酷”的功能性技術取一個如此怪異的名稱呢？就字面而言，讓我很是費解�！癏aptics”這個詞來自希臘語“ἅπτω”，意思是“我盯著看，我觸摸�！被旧希邆溆|覺功能的系統通過觸覺震動來實現操作反饋。希臘人發明這個詞以后使用的并不多，直到現代觸覺技術廣泛應用于各行各業中才賦予了它新的含義。航空領域首先應用了這種技術，它讓飛行員能夠在飛機發動機熄火時“感覺”到操縱桿的模擬震動。在老式飛機上，這種震動是真實出現的，但控制系統改進以后飛機會檢測到這種震動，然后強制反饋給系統。 這幾年，觸覺系統已擴展到仿真和電子產品領域。一些讓用戶可以感受和感覺遙遠（或者虛擬）環境中事物的設備，已經廣泛應用于挖掘、建筑設計、教育甚至是遠程醫療。在更加個人的層面上，觸覺反饋技術可以讓您在安靜地觀看電影的同時，被提醒還有會議要參加，或者被提醒收到了彩票中獎短信，而您的鄰座對此全然不知。在游戲世界，由于您的控制器集成了嵌入式傳動器并在游戲中編入了相應程序，因此當您的汽車將要駛出公路，或者您在《Halo grudge match》（Xbox 游戲）中受傷時，觸覺反饋技術都會提醒您。 這種技術對您何其重要我們不再累述，讓我們談談它的工作原理吧！基本上來說，在今天的市場上共有 2 種觸覺傳感技術：守舊派和新興派。但是，這兩派本質上都是基于馬達的。每種拓撲結構都有其自己的優缺點和獨特的功能。我們現在來深入研究每種拓撲。 偏轉質量 （ERM）--守舊派 偏轉質量是市場上最老也是最成熟的觸覺反饋技術。回想您童年時代的所有具備震動功能的設備，這種震動大多是由 ERM 實現的。如圖1所示，ERM包含有一個偏心旋轉質量，它旋轉時形成一個全方向的震動，震動傳遍整個設備，例如，您的手機處于靜音或者震動模式時便利用震動提醒您。 
圖1 偏轉質量 （ERM） 觸覺傳動器結構圖 不幸的是，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，讓您僅能使用一個變量來產生不同的震動效果。一般而言，您僅能得到不同的脈沖或者速度組合，其與莫爾斯電碼差不多。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。當要求速度和響應時間時ERM便成為相對較慢的一種選擇。但是，這種技術的優點是，由于它已存在相當長一段時間，是目前可以使用的幾種高成本效益方案之一。線性共振傳動器 （LRA）--新興派 新一代觸覺反饋技術是線性共振傳動器，它已得到許多新型手持設備廠商的廣泛采用。LRA基本上就是一個連接彈簧的磁鐵，被一個線圈環繞，放置于一個盒形外殼內，如圖2所示。磁鐵受到控制，以線性方式移動，最終達到共振頻率。這種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 平均低30%；但是，會受限于這一頻率。 LRA驅動頻率移至該共振頻帶以外時，效率和性能都會大大降低。這就成為一個需要解決的設計問題，因為彈簧常數會因損耗、溫度波動或者其他環境因素變化而改變，比如LRA器件是否被卡住等（如果沒有，就不用擔心性能問題了。）
圖2 線性共振傳動器 （LRA） 觸覺傳動器 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。我們已經介紹了觸覺傳動器的新舊兩派，但仍然還有另一種傳動器我們沒有涉及。這種傳動器并非為馬達型，它擁有驚人的響應時間，很高的能效，并擁有比ERM和LRA都要小得多的體積。這款理想的新型器件被稱為壓電傳動器。 壓電傳動器 準確地說，壓電技術并非尖端技術，因為已經存在了幾十年的時間，基本上都由一個軟片（震動-電壓轉換器）組成。以前，此技術被用于許多能量采集應用和驅動揚聲器中，但現在，它將帶來最為復雜、精細的觸覺反饋體驗。全新的應用把這種成熟的技術引入了一個新的領域。標準壓電傳動器技術使用一個很薄的長條或者一個圓盤，讓它們彎曲然后再反彈回去，通過在兩端施加電壓形成震動（圖3）。使用薄長條的一種方法是將壓電長條端安裝至觸摸屏，然后再將長條的中心連接至設備殼。之后，把觸摸屏裝到一個外殼中，這樣長條便可以“浮動”，從而讓人們可以明顯地感覺到屏幕的壓電震動。這種體驗被稱作“局部觸覺”。您仍然可以感覺到設備本身的某些震動，但大部分卻來自于屏幕。如果不需要屏幕局部震動，則可以使用另一種被稱為落入式 （drop-in） 模塊的拓撲結構。它與壓電傳動器類似，但功能性更低一些：震動精密水平不如局部壓電觸覺高，但可以大大降低設計的復雜性。
圖3 壓電觸覺傳動器通常使用一個薄長條或者平面圓盤，施加電壓時形成震動 壓電型觸覺技術沒有任何頻率或者振幅限制，設計人員可以達到比使用LRA和ERM所達不到的波形。盡管您無法感受到按下機械按鍵時獲得的精確觸覺反饋，但利用壓電型觸覺技術以后會讓兩者之間的感受非常接近。在某個設計中嵌入多個壓電模塊后，可產生高精度的觸覺反饋體驗，它可以讓觸摸屏的局部而非全部區域產生震動。在電容式觸摸驅動應用中，每個觸摸點（手指）都可以感受到其獨有的波響應，而非整個屏幕都震動。壓電型傳動器的一個缺點是，大多數系統都要求約100-200伏峰值到峰值 （Vp-p） 電壓來驅動整個器件。多層壓電傳動器可以將該系統電壓降低至50 Vp-p，但這種多層壓電傳動器價格昂貴。圖4從速度和響應時間的角度描述了這種傳動器的特點。ERM和LRA的響應時間范圍為30到60毫秒，而壓電傳動器的響應時間一般小于2毫秒！這種屬性，讓它們擁有比ERM和LRA高得多的功效。利用壓電技術，您可以獲得更高的速度，更快速地獲得理想震動波形，更快地回到靜止狀態，并且消耗的能量也更少。
圖4 相比ERM和LRA技術，壓電觸覺技術擁有極短的啟動時間 同這些傳動器一樣很“酷”的是，在種類繁多的器件中僅只有一種組件適合于傳動器。這種傳動器之所以“偉大”，離不開許多其他產品的支持。給傳動器最大支持的一個組件便是物理驅動器。市場上有許多這種物理驅動器，但只有少數是專為壓電傳動器驅動而設計的。TI的DRV8662是一款具有集成增壓轉換器的200-Vp-p壓電觸覺驅動器。這種壓電驅動器擁有1.5ms的快速啟動時間，具備多種功能，可用于任何高端壓電觸覺系統設計。輸入電壓可以為單端或者差分，并可以使用3.0-5.5V電源。由于集成了電源開關和二極管，不再需要變壓器。因此，在使用小型封裝時，上述規格意味著您可以使用更小的電路板空間，總系統成本更低。壓電觸覺反饋技術是今天觸感解決方案的游戲規則改變者，它可以幫助客戶獲得最逼真、最意想不到的用戶體驗。 |
