震动反馈如何给你细腻的沉浸式体验？Cirrus Logic从触觉驱动器上给你答案

姓名：程祖晗

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转自：https://www.21ic.com/article/794932.html

【嵌牛导读】微信最新版本中上线了“拍一拍”的功能，在聊天窗口双击对方头像，对方头像会出现震动/同时你的手机也会产生震动的反馈。这种细腻的交互设计背后，离不开软硬件的协同配合。一个常规的触觉反馈交互需要经历哪些过程？

【嵌牛鼻子】触觉驱动器、Ira、震动反馈

【嵌牛正文】

微信最新版本中上线了“拍一拍”的功能，在聊天窗口双击对方头像，对方头像会出现震动/同时你的手机也会产生震动的反馈。这种细腻的交互设计背后，离不开软硬件的协同配合。一个常规的触觉反馈交互需要经历哪些过程？

图1 一个触觉反馈的交互过程（来源：网络）

如上图所示，用户触压屏幕之后，给出MCU处理器一个触摸事件，MCU分析触摸事件所需对应的震动反馈类型，产生特定的模拟或数字信号给到驱动器，驱动器IC驱动致动器产生震动。

整个震动反馈过程的速度越快，自然对于用户的体验更好。Cirrus Logic最近推出的CS40L25升压触觉驱动器系列，就旨在利用其在低功耗、低延迟混合信号处理方面的技术优势，为消费设备带来响应式和沉浸式用户体验。笔者针对此新产品采访了Cirrus Logic的产品市场经理Shahram Tadayon先生，他对触觉驱动器的市场和技术进行了详细的分享。

触觉市场未来潜力巨大

根据IDTtechEx数据报告来看，在过去的十年中，带有触觉功能的设备和每个设备中的触觉部分的成本得到显著增长。根据Markets and Markets的数据，预计到2022年触觉技术市场总值将达到195.5亿美元，2016年至2022年之间的年复合增长率为16.2％；Market Research Future等其他机构也发布了相似的数据。业界的共识是，推动市场增长的主要驱动力为智能手机、PC触控板、可穿戴设备和VR / AR系统等消费电子设备中对触觉越来越多的需求。

图2 触觉市场过去十年数据分析（来源：ID TechEx Research）

据Shahram介绍，Cirrus Logic正在进入所有这些市场，此次推出的触觉和传感技术解决方案的原因就是要将与所有这些客户接轨。

更出色的震动反馈：从ERM到LRA

触觉反馈的体验，并不仅仅是产生不同波形的震动那么简单，为了实现更加细腻的沉浸式触觉体验，设计者确保整个反馈延时尽量低同时提供“敏锐”的触觉反馈，这种体验的升级带来了一些技术的演进变化。

首先是延迟方面：用户的动作与观察到的响应之间的这个过程，即从动作到效果的时间，如果可以忽略不计，那么就可以最大程度地减少了用户对界面的不满。过多的延迟不仅令人烦恼；用户可能会认为未识别到第一次敲击，因此可能会重复一次或多次操作，从而可能会在设备上排队一系列仅用于延迟系统响应的推动。

其次在反馈锐度方面：锐利的触觉反馈可模拟按下实际按钮的感觉。相反，不良的触觉会嗡嗡作响或嗡嗡作响，会让用户体验很差。现实情况是，用户是从老式电话、PC计算机等实体键盘过渡而来，所以会一直对“真实”按钮的感觉有所期待。

据Shahram分享：“老式的手机或游戏机的反馈感更像是一种嗡嗡声，而不是一种真正的按键感。因此拥有触觉以产生非常良好有力的点击感就非常重要。这意味着致动器要从便宜的ERM型升级到LRA型。这样就可以获得心跳传感器之类手势和滚动体验。”

来源：网络搜索

如上表所示，LRA相比ERM在响应速度、功耗、震动加速度方面有较大的优势。如果要实现更细腻的反馈，那么ERM通常不能满足应用需求。而LRA目前是成本、性能和功耗平衡之后的较好的选择。

图3 Piezo、LRA和ERM三种制动器功耗对比（来源：网络）

Shahram也表示：“ERM往往更便宜、嗡嗡声更强，我们认为LRA和VCM可提供更好用户体验。驱动LRA和VCM的电压通常高于ERM。这意味着需要从便宜的ERM激励器升级到LRA，将驱动器升级到CS40L25等特定设备。”

闭环反馈+专有DSP——CS40L25

据Cirrus Logic官方介绍：CS40L25产品集成了一个高性能触觉驱动器、一个数字信号处理器和一个升压转换器。这些设备基于电机的谐振频率，可驱动高性能线性共振激励器(LRA)和音圈电机(VCM)，从而通过独特的预存触觉波形来增强用户体验。超低延迟可实时控制触觉电机，这为用户提供了更直接的感觉或反应。闭环算法最大程度地提高了LRA的效能，并以更清脆、更少的“嗡嗡声”实现有力且一致的触觉。

图4 CS40L25工作流程框图

Shahram分享到：“要获得良好且敏锐的单击，重要的是不仅要能够快速完美地启动LRA，而且还要能快速停止它。而且，如果只是停止施加电压，就会有振铃声，从而产生嗡嗡声。我们的闭环算法是持续监测LRA的电压和电流，因此它知道其位置并知道如何更快地停止它。因此，使用我们的闭环算法可以更快地停止LRA的移动，从而产生良好敏锐的点击。”

图5 通过监控关键信号，Cirrus Logic的“闭环主动制动”可实现闭环控制

Cirrus Logic独特的闭环主动制动（CLAB）算法可产生更清晰，更少“嗡嗡”的触觉效果，如上图所示，与开环相比，在实验室测试中振铃时间减少了4倍至8倍。通过实时获取来自电压和电流执行器监控器的信号，从而有效，准确地闭合环路以增强性能。

据Shahram介绍，在CS40L25中使用的Halo Core™这一DSP的IP是来自Cirrus Logic专有的，因此可以针对目标应用程序和客户进行高度定制。它提供了对算法和软件的处理，可实现出色的触觉反馈。

除了上面提到的闭环反馈之外，CS40L25还提供了波形存储器，可以存储超过50个差异波形。Shahram表示，一些竞争对手将波形预先存储在ROM中，但通常不是为LRA或应用程序定制的，它的波形会变的更弱、嗡嗡的震动感更强。CS40L25的波形存储器这一RAM可以针对客户要驱动的激励器以及最终产品进行专门更新，通过I²S流进行波形传输。

总结来看，触觉市场存在着巨大的增长机遇，用户端对于触觉反馈的体验也有了愈来愈高的要求。致动器这边会从ERM向LRA进行转换，而致动器驱动器这边，低延迟低功耗是客户重要的选择条件。CS40L25凭借着其独特的闭环反馈、波形存储和LRA/VCM驱动特性，将会是一个触觉应用开发者一个非常不错的选择。