基于壓電馬達(dá)的觸覺響應(yīng)解決方案

　　壓電模型

　　壓電體中運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)系統(tǒng)可以用主介質(zhì)電容CP并聯(lián)由LRC組成的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)來模擬（圖4）。達(dá)到諧振頻率之前，阻抗會(huì)像電容一樣隨頻率上升而下降。所以，當(dāng)壓電體工作在遠(yuǎn)低于諧振頻率時(shí)，可以僅用一個(gè)電容CP來模擬。

圖4.壓電體阻抗與頻率

　　壓電體可以工作在諧振頻率，以滿足自激振蕩在固定頻率的需求，例如超聲振蕩器。然而，用于觸覺反饋的壓電驅(qū)動(dòng)器通常工作在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于諧振頻率的位置。

　　對(duì)于音頻應(yīng)用，效率是最關(guān)心的問題，觸覺反饋則與之不同，觸覺反饋的關(guān)鍵問題不是效率，而是人的觸感。超過幾百兆赫茲的振動(dòng)不但不能提供很好的觸覺反饋，反而消耗不必要的功率。周期超過幾毫秒的振動(dòng)可以產(chǎn)生較強(qiáng)觸感，但也會(huì)產(chǎn)生不希望聽到的喀噠聲。

　　圖5展示了一個(gè)典型的觸感波形圖，波形模擬了對(duì)一個(gè)機(jī)械按鍵按壓和釋放的感覺。波形的上升沿，P0到P1，反映了按壓的觸覺響應(yīng)；下降沿，P2到P3，反映了釋放的觸覺響應(yīng)。從P1到P2的時(shí)間是用戶按住機(jī)械按鍵的持續(xù)時(shí)間，由用戶決定。

圖5.一個(gè)典型觸覺反饋的波形示例

　　當(dāng)構(gòu)建一個(gè)基于壓電體的觸覺反饋系統(tǒng)時(shí)，首先需要決定的是使用單層還是多層壓電驅(qū)動(dòng)器（圖6）。表1總結(jié)了兩種壓電類型的對(duì)比。

表1.單層和多層壓電驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)對(duì)比

圖6. 左圖為100VP-P單層壓電片 （SLD） ；右上圖為 120VP-P多層壓電條（MLS）； 右下圖為 30VP-P多層壓電條（MLS）

　　方案選擇

　　單層還是多層結(jié)構(gòu)？

　　表1提供的信息建議使用單層壓電驅(qū)動(dòng)器。單層片供貨量大而且已經(jīng)量產(chǎn)，投入生產(chǎn)的多層壓電體則相對(duì)較少。另外，單層壓電體成本低很多，這在使用多個(gè)壓電體的方案中十分重要。例如，市場(chǎng)上的很多手機(jī)在屏幕后面都安裝了多個(gè)單層壓電片，這種情況下使用多層壓電體成本就要高很多。

　　分立方案還是單芯片方案？

　　基于壓電體的觸覺反饋方案的缺點(diǎn)之一是復(fù)雜度比較高，典型的壓電體解決方案采用分立元件實(shí)現(xiàn)整個(gè)觸覺反饋系統(tǒng)，額外的分立元件包括一個(gè)微控制器、反激boost或集成電荷泵、反激變壓器或電感，以及各種電阻、電容、二極管和晶體管。而基于直流馬達(dá)的觸覺反饋方案需要很少甚至不需要外部元件。

　　單芯片觸覺反饋方案，如 MAX11835相比于傳統(tǒng)分立設(shè)計(jì)有很多優(yōu)勢(shì)：較小的印制電路板尺寸、較低功耗、精簡(jiǎn)的材料清單（BOM）以及簡(jiǎn)單的軟件支持。考慮到壓電體尺寸也很小， MAX11835對(duì)于手持設(shè)備是極具吸引力的解決方案。

　　圖7 展示了單芯片高壓觸覺反饋驅(qū)動(dòng)控制器的框圖：

圖7. 使用壓電驅(qū)動(dòng)器的觸覺反饋方案框圖