LRA vs 壓電觸覺觸控板:該選哪一種技術?

作者 : Boréas Technologies

目前有兩種用於建置觸覺觸控板模組的主流技術:線性諧振致動器(LRA)和壓電致動器(Piezo)。雖然兩者都可以產生觸覺效果,但分別使用不同的致動機制,因此其整合方式以及性能均有顯著分別。本文介紹如何為觸控板設計選擇最佳觸覺解決方案...

觸覺電腦觸控板比傳統設計具有更多優勢。本文將介紹如何為觸控板設計選擇最佳的觸覺解決方案。目前有兩種用於建置觸覺觸控板模組的主流技術:線性諧振致動器(LRA)和壓電致動器(Piezo)。

雖然兩者都可以產生觸覺效果,但分別使用不同的致動機制,因此其整合方式以及性能均有顯著分別。讓我們看看應該使用哪種技術以及箇中原因。

壓電觸覺觸控板模組更纖薄

電腦OEM廠商追求使用觸覺觸控板的最大動機,在於它的纖薄度。機械式觸控板的厚度通常超過3mm,而觸覺觸控板的尺寸則可以低於3mm。您在設計中所採用的技術將會直接影響到產品的厚度。

LRA模組設計的厚度通常約為3mm。模組最厚的部分是LRA本身。雖然有一些較薄的LRA,但代價是觸覺反饋品質相差很多。糟糕的觸覺反饋會導致微弱和未完善的(軟)點擊,使得使用者在使用觸控板時感覺不舒服和不愉快。由於最終目標是獲得最愉快的使用者體驗,因此在選擇致動器時應當深思熟慮。為了獲得良好的觸覺體驗,您需要使用更大的LRA。通常,LRA需要達到至少3mm的厚度,才足以達到使用者可以接受的性能水準。

另一方面,壓電致動器則具備各種外形尺寸。您可以選擇使用不同類型的壓電致動器來建置觸控板模組。壓電致動器的厚度可以比LRA更加纖薄。使用壓電致動器來建置觸控板模組,厚度可低至1.8 mm!

壓電致動器的觸覺反饋品質較佳

LRA和壓電觸覺觸控板之間的另一個顯著區別,是觸覺效果(點擊)的品質。觸覺反饋品質有兩個主要因素:振動軸和致動器上升時間。

將LRA整合到觸控板模組並保持模組纖薄的唯一方法,是將致動器水平放置,這使得致動器在X或Y軸上橫向振動。這意味著觸控板可以左右移動(X 軸),或者從使用者方向(Y軸)前後移動。雖然移動速度很快,但並不能產生最令人滿意的按鍵點擊效果,因為人們習慣於感覺按鍵在Z軸(垂直)方向上抵著手指移動。

而壓電致動器可以平放在表面上,在Z軸上產生觸覺反饋。這意味著觸控板模組會對您的手指產生作用力,就像普通按鍵操作一樣。這會讓使用者的感覺更加自然。

LRA和壓電致動器使用截然不同的工作特性,將能量轉換為運動和振動。 LRA使用磁力以共振頻率來回移動物體。另一方面,壓電致動器則使用壓電效應來產生運動。壓電致動器在高壓(電壓)電流下幾乎瞬間變形。這表示壓電致動器的上升時間(脈衝從全振幅的10%上升到90%所需的時間)明顯快於LRA的上升時間,並轉化為更清晰的點擊效果。由於LRA需要更多時間才能達到最大振幅,因此對於觸覺效果面言,在點擊開始和結束時會產生不需要的雜訊。不需要的雜訊是造成點擊缺乏準確性或「不爽快」的原因。

CapDrive驅動壓電致動器的功耗遠低於LRA

壓電致動器的一大特點在於其出色的電源效率,但是對於這一點需要非常小心。雖然致動器本身非常高效,但它需要高壓電流來產生有效的觸覺反饋。廠商為致動器所選擇的壓電驅動器將會顯著影響模組的功耗。

例如,Boréas Technologies​​重新設計了壓電驅動器產品,成為適於為電池供電的行動應用產品。在其設計壓電驅動器IC時的主要目標就是電源效率,因此,CapDrive壓電驅動器採用最先進的架構,利用壓電致動器的電容特性來回收和再利用能量,這種由CapDrive驅動器實現的壓電觸覺解決方案,可大幅降低功耗。相較於使用競爭壓電驅動器的相同壓電致動器,該系統所消耗的功率最多可減少十倍。這同樣適用於LRA解決方案。

來源:資料擷取自德州儀器(TI)SLOA194應用報告《Haptic Energy Consumption(20145)Boréas的比較基準是根據TI DRV8662晶片和Boréas驅動器之間的比較測量推斷而來。

壓電致動器能感應力並產生觸覺反饋

壓電效應的現象十分奇妙,我們可以看到壓電元件在受到壓力時產生電荷。這意味著使用者可以測量致動器的電勢以確定施加了多大的力量,這就是應力感測器經常使用壓電材料的原因。壓電效應也是一個可逆的過程,這表示致動器在帶電荷時會自行變形,而這就是我們使用壓電致動器生成觸覺反饋的方式。

壓電觸覺觸控板模組可以利用壓電效應的兩面,以達成纖薄而高效的設計,使用致動器產生高品質的觸覺並感應輸入力。此外,當使用CapDrive壓電驅動器時,甚至不需要額外的電子元件!該壓電觸覺驅動器帶有立即可用的內建壓力感應功能,無需使用另外的硬體。內建感壓功能是CapDrive架構的一項獨特功能。搭載CapDrive的觸控板測試發揮了壓電效應,僅僅使用一個壓電致動器即可進行感應,並且在整個觸控板表面產生觸覺效應。

小心:機械整合具有重要影響

建置觸覺觸控板時需要考慮的一個基本因素,就是致動器的機械整合,這涉及到您所選擇的技術。整合LRA與整合壓電致動器非常不同。因此,在專案開始時就應該謹慎選擇致動器產品。否則,在專案設計中途改換致動器是非常困難的。因此,從一開始使用合適的致動器進行設計非常重要。

謹慎考慮並選擇使用觸控板模組設計的原因很簡單,不良的機械整合會顯著影響致動器的性能。例如,具有過多摩擦或剛度的不良機械設計會讓使用者認為致動器不夠堅固。在評估觸覺技術時,避免簡單的錯誤極為重要;否則,您可能會選擇了錯誤的解決方案或浪費大量的開發時間。

壓電觸覺硬體有助於建置最優異的觸控板模組。例如BOS1901-Kit低成本評估套件,能夠幫助使用者快速測試觸覺反饋的品質和整合壓力感測功能,測量系統功耗並加速專案開發工作。

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