在越來越智能化的HMI設(shè)計(jì)上，我們時常會和一類技術(shù)打交道——觸覺反饋。觸覺反饋目前在終端的主要表現(xiàn)形式是“振動”，觸覺反饋技術(shù)通過作用力、振動等一系列動作為使用者再現(xiàn)觸感。這一反饋增強(qiáng)了人機(jī)交互的“互動感”，并增強(qiáng)了對于機(jī)械設(shè)備、智能終端的操控。

目前主流觸覺反饋設(shè)計(jì)中常用的執(zhí)行器有三種：第一種是偏轉(zhuǎn)質(zhì)量馬達(dá)（ERM），第二種是線性共振致動器（LRA），第三種壓電式致動器。三者實(shí)現(xiàn)的振動反饋效果各不相同，但從原理上，這些傳動器產(chǎn)生振動效果都離不開觸覺驅(qū)動器。觸覺驅(qū)動器發(fā)送模擬或數(shù)字輸入信號，然后驅(qū)動器放大信號或從構(gòu)件中調(diào)用波形，并輸出到傳動器以產(chǎn)生振動效果。三種振動反饋雖然效果不同，發(fā)展到現(xiàn)在也都有自己獨(dú)特的優(yōu)勢，適用于各自不同的場景。

低成本的ERM觸覺反饋設(shè)計(jì)

ERM這種觸覺系統(tǒng)由高頻轉(zhuǎn)動偏心質(zhì)量的電機(jī)組成，作為最早出現(xiàn)的觸覺反饋方案，其歷史相當(dāng)悠久。隨著更好的觸覺反饋技術(shù)發(fā)展，ERM已被小型化，以適應(yīng)更小型的設(shè)備，憑借其低成本的優(yōu)勢在一些低質(zhì)量的應(yīng)用中發(fā)揮著作用。

相比于其他技術(shù)，ERM反應(yīng)時間顯得有些慢了，通常需要長達(dá)幾十毫秒才能達(dá)到峰值頻率，加速和減速的延遲會在達(dá)到峰值的開始和結(jié)束時產(chǎn)生輕微的不良振動。另一方面，ERM解決方案的頻率范圍也相當(dāng)有限，觸覺反饋效果不算完美。

就ERM技術(shù)本身來說，目前其驅(qū)動芯片功耗也降到了很低。為了降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，集成的波形存儲器允許觸覺序列預(yù)加載到驅(qū)動，觸覺序列也可以通過I2C或脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號從外部源流傳輸?shù)津?qū)動上。較小的尺寸、改進(jìn)的輸出驅(qū)動器效率，這些ERM驅(qū)動器上的改進(jìn)與補(bǔ)足讓該技術(shù)在一些成本敏感、觸覺效果要求并不嚴(yán)苛的應(yīng)用里仍舊占據(jù)著重要地位。

取代ERM的高效LRA

由于LRA需要的是一個交流信號，所以它的驅(qū)動相對于ERM要復(fù)雜一些。對于ERM，可以使用單個MOSFET和微控制器來驅(qū)動直流電機(jī)，但對于LRA，最簡單的選擇是使用專用驅(qū)動IC。LRA驅(qū)動具有較短的滯后和上升時間，能夠提供改進(jìn)的觸覺性能，相比ERM功率的消耗也更低。

專用于LRA驅(qū)動的輸入信號的振幅和頻率彼此獨(dú)立，允許輸入具有比ERM更復(fù)雜的波形。這可以產(chǎn)生更豐富的用戶觸覺體驗(yàn)。有些原廠會配置單線制振動方案，內(nèi)置存儲器和可循環(huán)波形序列器，LRA驅(qū)動擁有自動過驅(qū)和制動功能，可以輕松生成清晰優(yōu)質(zhì)的觸覺效果的同時還能減輕處理單元的負(fù)擔(dān)。

不管是自動閉環(huán)反饋改進(jìn)響應(yīng)時間，自動校準(zhǔn)檢測閉環(huán)反饋系數(shù)，還是自諧振檢測感測LRA的諧振頻率，LRA驅(qū)動作為效率極高的觸覺反饋技術(shù)一直都在大大簡化觸覺反饋設(shè)計(jì)的難度。隨著LRA驅(qū)動進(jìn)一步降低功耗和尺寸，將帶來更敏銳、更強(qiáng)的觸覺效果。

更快響應(yīng)的壓電觸覺

壓電陶瓷執(zhí)行器并非上述兩種馬達(dá)型技術(shù)，作為一種新興技術(shù)，它使用壓電驅(qū)動器透過壓電驅(qū)動器的致動器材料發(fā)送高壓電源，使其變形并產(chǎn)生觸覺反饋，擁有極短的啟停響應(yīng)時間和更高的效率。

壓電式驅(qū)動近乎瞬時的反應(yīng)意味著觸覺反饋更精準(zhǔn)、更清晰，上圖中DRV2667的響應(yīng)時間不到2ms。器件會內(nèi)置一個波形存儲器，用于以最小的延遲保存并讀取波形，同時包含一個高級波形合成器，以最少的存儲空間構(gòu)建復(fù)雜觸覺波形，這種高清的觸覺反饋也是其他技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)的。另外這種硬件加速的方式也減少了整個觸覺系統(tǒng)的工作量。Maxim（ADI）的TacTouch方案觸覺回放啟動時間更快（600us）。

壓電觸覺的無限頻率范圍是ERM和LRA無法實(shí)現(xiàn)的，帶寬不大很難創(chuàng)建不同的觸覺效果，無限的頻率范圍意味著提供各種觸覺效果的可能性。

小結(jié)

在LRA，ERM，還有壓電式的選擇上最終還是要視場景而定。歷史悠久的ERM在小尺寸、低成本應(yīng)用上仍然有用武之地。LRA更高的效能，更高的加速度，更好的觸覺反饋多年來一直是最有效的觸覺反饋方案。近乎瞬時反應(yīng)且沒有頻率限制的壓電觸覺反饋更是為未來各種各樣的觸覺效果實(shí)現(xiàn)提供了無限的可能。