DRV2667：壓電觸覺驅(qū)動器的卓越之選

在電子設(shè)備不斷追求極致用戶體驗(yàn)的今天，觸覺反饋技術(shù)成為了提升交互感的關(guān)鍵因素。TI的DRV2667壓電觸覺驅(qū)動器，以其豐富的功能和出色的性能，為各類設(shè)備帶來了高質(zhì)量的觸覺反饋。今天，我們就來深入了解一下這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

（一）集成數(shù)字前端

DRV2667具備集成數(shù)字前端，支持高達(dá)400 - kHz的I2C總線控制，能高效地與主控設(shè)備進(jìn)行通信。其先進(jìn)的波形合成器，配合2 - kB的內(nèi)部波形存儲器和100 - 字節(jié)的內(nèi)部FIFO接口，不僅可以存儲和快速調(diào)用波形，還能以極小的內(nèi)存使用量構(gòu)建復(fù)雜的觸覺波形。這大大減輕了主機(jī)處理器的負(fù)擔(dān)，降低了觸覺接口的總線流量。而且，它還符合Immersion TS5000標(biāo)準(zhǔn)，并提供可選的模擬輸入，為設(shè)計帶來了更多的靈活性。

（二）高壓壓電觸覺驅(qū)動能力

該驅(qū)動器能夠驅(qū)動不同電容和電壓要求的壓電觸覺執(zhí)行器。例如，在300 Hz的頻率下，它可以驅(qū)動100 nF的負(fù)載達(dá)到200 VPP，150 nF達(dá)到150 VPP，330 nF達(dá)到100 VPP，甚至680 nF達(dá)到50 VPP。這種強(qiáng)大的驅(qū)動能力，使其能夠適應(yīng)各種不同規(guī)格的執(zhí)行器，滿足多樣化的應(yīng)用需求。同時，其差分輸出設(shè)計，有助于提高信號的抗干擾能力和驅(qū)動的穩(wěn)定性。

（三）集成升壓轉(zhuǎn)換器

集成的105 - V升壓轉(zhuǎn)換器是DRV2667的一大特色。它的輸出電壓可以通過外部電阻進(jìn)行調(diào)整，升壓電流限制也能通過REXT電阻進(jìn)行編程設(shè)置。而且，內(nèi)部集成了功率FET和二極管，無需額外的變壓器，簡化了電路設(shè)計。其2 - ms的快速啟動時間，對于需要快速響應(yīng)的觸覺應(yīng)用來說至關(guān)重要。此外，它的供電電壓范圍為3.3 - 至5.5 - V，數(shù)字引腳兼容1.8 V且具有VDD容限，增強(qiáng)了與不同電源和邏輯電平的兼容性。

二、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

DRV2667的應(yīng)用范圍十分廣泛，涵蓋了移動電話、平板電腦、便攜式計算機(jī)、鍵盤鼠標(biāo)、電子游戲以及各種觸摸設(shè)備等。在這些設(shè)備中，它能夠?yàn)橛脩籼峁┍普娴挠|覺反饋，增強(qiáng)交互的真實(shí)感和趣味性。比如在游戲中，通過不同的觸覺反饋可以模擬出各種場景的震動效果，讓玩家有身臨其境的感覺；在觸摸設(shè)備上，合適的觸覺反饋能讓用戶更清晰地感知操作的響應(yīng)。

三、詳細(xì)功能剖析

（一）工作模式多樣

1. FIFO模式：用戶可以直接向I2C FIFO入口地址（0x0B）寫入數(shù)據(jù)，設(shè)備會自動將數(shù)據(jù)以8 - kHz的采樣率讀出并送入DAC，然后輸出波形。在寫入第一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，設(shè)備會經(jīng)歷約2 ms的啟動序列開始輸出波形。需要注意的是，數(shù)據(jù)值最好在中值代碼（0x00）附近開始和結(jié)束，以避免波形起始和結(jié)束時出現(xiàn)大的階躍。當(dāng)FIFO為空時，設(shè)備會等待超時時間后進(jìn)入空閑狀態(tài)。
2. 直接從RAM播放模式：利用2 - kB的片上RAM存儲波形數(shù)據(jù)，能實(shí)現(xiàn)低延遲地調(diào)用任意觸覺波形。波形數(shù)據(jù)以8位二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲，可存儲長達(dá)250 ms的波形，且波形大小可自定義，但總和不能超過RAM的大小。
3. 波形合成播放模式：這是一種高效利用片上RAM的模式。它通過簡單的正弦波形“塊”來合成實(shí)際的播放數(shù)據(jù)，每個正弦塊包含振幅、頻率、周期數(shù)（持續(xù)時間）和包絡(luò)等信息。多個塊可以級聯(lián)在一起，形成各種各樣的觸覺效果。
4. 波形序列器：在直接從RAM播放和波形合成播放模式中，波形標(biāo)識符會順序存儲在波形存儲器開頭的波形頭中。通過波形序列器，用戶可以調(diào)用這些波形，最多可以級聯(lián)八個波形，只需一次I2C寄存器寫入就能觸發(fā)一系列的觸覺效果。
5. 模擬播放模式：將IN + / IN - 輸入的信號放大并通過高壓放大器播放。通過設(shè)置INPUT_MUX位，可以將模擬輸入切換到高壓放大器。在該模式下，增益仍然可以通過寄存器選擇，并且通過設(shè)置EN_OVERRIDE位來啟用升壓和放大器。
6. 低電壓操作模式：最低增益設(shè)置針對30 V升壓電壓下的50 VPP進(jìn)行了優(yōu)化。當(dāng)使用低于30 V的升壓電壓時，為了減少升壓紋波，建議使用50 - V額定、0.22 - μF的升壓電容。同時，數(shù)字接口的最大代碼范圍會受到限制，用戶需要注意輸入數(shù)字代碼的范圍，避免輸出波形出現(xiàn)削波或驅(qū)動執(zhí)行器超出額定值。

（二）靈活的編程設(shè)置

1. 升壓電壓編程：通過兩個外部電阻可以對升壓輸出電壓進(jìn)行編程，公式為(V{(B S T)}=V{(F B)} cdotleft(1+frac{R{1}}{R{2}}right))，其中(V_{(FB)} = 1.32 V)。升壓電壓必須設(shè)置得大于用戶期望設(shè)備放大器產(chǎn)生的最大峰值信號電壓，同時要注意避免使用過高的升壓電壓，以提高系統(tǒng)效率。
2. 升壓電流限制編程：通過連接到REXT引腳的接地電阻可以調(diào)整升壓開關(guān)的電流限制。為了避免損壞電感和設(shè)備，編程的電流限制必須小于所選電感的額定飽和電流。計算公式為(R{(EXT)}=left(K cdot frac{V{REF}}{L{IM}}right)-R{INT})，其中(K = 10500)，(V{REF} = 1.35 V)，(R{INT} = 60 Omega)。
3. RAM編程：為了訪問2 - kB的RAM，DRV2667采用了分頁系統(tǒng)，頁寄存器位于地址0xFF。RAM結(jié)構(gòu)分為頭大小塊、頭塊和波形數(shù)據(jù)塊。波形數(shù)據(jù)可以采用直接從RAM播放模式或波形合成播放模式存儲，通過起始地址上字節(jié)的最高位來區(qū)分不同模式。

（三）完善的保護(hù)機(jī)制

1. 熱保護(hù)：內(nèi)部溫度傳感器會在溫度超過閾值時關(guān)閉升壓轉(zhuǎn)換器和高壓放大器，當(dāng)溫度下降到閾值以下時，設(shè)備會自動重啟。不過，不建議設(shè)備持續(xù)工作，應(yīng)避免使設(shè)備進(jìn)入熱關(guān)斷的使用模式。
2. 過流保護(hù)：當(dāng)負(fù)載需求的電流超過設(shè)備的供應(yīng)能力時，設(shè)備會自動鉗位輸出電壓，防止設(shè)備損壞。
3. 欠壓保護(hù)：芯片上的欠壓保護(hù)功能在被激活時會發(fā)出復(fù)位信號，使設(shè)備回到初始默認(rèn)狀態(tài)。當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器VREG低于欠壓保護(hù)閾值時，設(shè)備會自動關(guān)閉；當(dāng)VREG恢復(fù)到典型輸出電壓時，設(shè)備會重新啟動。

四、應(yīng)用與設(shè)計要點(diǎn)

（一）典型應(yīng)用配置

在典型應(yīng)用中，DRV2667通常與應(yīng)用處理器配合使用，通過I2C通信來配置和啟動觸覺效果，也可以使用模擬輸入來傳輸所需的觸覺信號。同時，需要合理選擇外部組件，如輸入電容、調(diào)節(jié)器電容、升壓電容、大容量電容、內(nèi)部電荷泵電容、交流耦合電容、升壓反饋電阻和電流限制電阻等。

（二）設(shè)計流程與注意事項(xiàng)

1. 電感選擇：電感的選擇對DRV2667的性能至關(guān)重要。推薦的電感值范圍為3.3 - 至22 - μH，較高的電感值可以降低開關(guān)頻率和開關(guān)損耗，但可能會有較高的等效串聯(lián)電阻；較低的電感值通常具有較高的飽和電流，適合需要大輸出電流的情況。所選電感的飽和電流必須大于編程的電流限制。
2. 壓電執(zhí)行器選擇：從驅(qū)動器的角度來看，壓電執(zhí)行器的關(guān)鍵電氣參數(shù)是電壓額定值和電容。在最高頻率500 Hz下，設(shè)備優(yōu)化后可驅(qū)動高達(dá)50 nF的負(fù)載達(dá)到200 VPP；如果降低編程升壓電壓或限制輸入頻率范圍，可以驅(qū)動更大的電容。
3. 升壓電容選擇：升壓輸出電壓最高可達(dá)105 V，因此需要選擇電壓額定值至少等于升壓輸出電壓的電容。對于不同的升壓電壓范圍，推薦使用不同規(guī)格的電容，如105 V時推薦使用250 - V額定、100 - nF的X5R或X7R型陶瓷電容。
4. 大容量電容選擇：由于開關(guān)引腳的電流需求，建議在電感旁邊放置一個大容量電容，推薦使用電容值至少為1 - μF的X5R或X7R型陶瓷電容。

（三）初始化設(shè)置

DRV2667的初始化過程相對簡單：

1. 給設(shè)備供電。
2. 等待1 ms后再進(jìn)行I2C寫入操作。
3. 清除寄存器0x02中的STANDBY位，使設(shè)備退出低功耗待機(jī)模式。
4. 在寄存器0x01中選擇接口模式（模擬或數(shù)字）。
5. 在寄存器0x01中選擇適合應(yīng)用的增益設(shè)置。
6. 如果使用數(shù)字接口模式（FIFO），在寄存器0x02中選擇所需的超時時間。
7. 如果使用數(shù)字接口模式，設(shè)備即可開始接收數(shù)據(jù)；如果使用模擬輸入模式，設(shè)置寄存器0x02中的EN_OVERRIDE位以啟用升壓和高壓放大器，并開始向模擬輸入提供波形。

五、總結(jié)

DRV2667以其豐富的功能、多樣的工作模式、完善的保護(hù)機(jī)制和靈活的編程設(shè)置，為電子工程師在設(shè)計觸覺反饋系統(tǒng)時提供了強(qiáng)大的支持。在實(shí)際應(yīng)用中，只要合理選擇外部組件，遵循正確的設(shè)計流程和初始化設(shè)置，就能充分發(fā)揮DRV2667的優(yōu)勢，為用戶帶來出色的觸覺體驗(yàn)。各位工程師在設(shè)計相關(guān)產(chǎn)品時，不妨考慮一下這款優(yōu)秀的壓電觸覺驅(qū)動器。大家在使用過程中遇到過哪些問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，歡迎在評論區(qū)分享交流。