LRA結(jié)構(gòu)圖

線性諧振傳動器(LRA)是在單個軸上產(chǎn)生振蕩力的振動電機(jī)。與直流偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(ERM)電機(jī)不同，線性諧振傳動器依靠交流電壓來驅(qū)動壓靠與彈簧連接的移動質(zhì)量塊的音圈。當(dāng)音圈在彈簧的共振頻率下被驅(qū)動時，整個傳動器以可感知的力振動。雖然可以通過改變交流輸入來調(diào)節(jié)線性諧振傳動器的頻率和振幅，但是傳動器必須在其諧振頻率下被驅(qū)動，以產(chǎn)生大電流有意義的力。

在產(chǎn)生振動，壓靠移動質(zhì)量塊時，音圈在裝置內(nèi)部保持靜止。通過相對于彈簧向上和向下驅(qū)動磁體，LRA作為整體發(fā)生移位，產(chǎn)生振動。基礎(chǔ)機(jī)制類似于揚(yáng)聲器產(chǎn)生聲音。在揚(yáng)聲器中，通過將交流電頻率和振幅轉(zhuǎn)變?yōu)檎駝宇l率和振幅使空氣通過錐體并且以不同的頻率發(fā)生位移。在內(nèi)部，揚(yáng)聲器通過以快速變化的交流電移動磁鐵質(zhì)量塊來完成該任務(wù)。與可以以任意頻率驅(qū)動的揚(yáng)聲器不同，LRA在特定頻率范圍內(nèi)的觸覺應(yīng)用才是有用的。

除了將由音圈產(chǎn)生的力直接傳遞到皮膚，該裝置還通過利用彈簧的共振頻率來優(yōu)化功耗。如果音圈在彈簧的共振頻率下推動磁鐵質(zhì)量塊抵靠彈簧，則裝置可以更有效地產(chǎn)生更高振幅的振動。由于音圈由交流電驅(qū)動，對振動的期望頻率和振幅進(jìn)行建模，可以獨立地修改頻率和振幅。這不同于ERM電機(jī)，ERM電機(jī)與所產(chǎn)生振動的兩個性質(zhì)耦合。

盡管頻率可以改變，但是LRA通常將在窄頻率范圍內(nèi)操作以優(yōu)化其功耗——如果裝置在彈簧諧振頻率下被驅(qū)動，則產(chǎn)生相等幅度的振動將消耗更少的功率。無論如何，這種改進(jìn)本身提供了優(yōu)于ERM電機(jī)的獨特優(yōu)勢：隨時間變化強(qiáng)度的精確波形可以在具有固定頻率的LRA中再現(xiàn)，而ERM電機(jī)中的變化強(qiáng)度的波形也將產(chǎn)生變化的振動頻率。

LRA的典型起動時間約為10ms，是ERM電機(jī)產(chǎn)生振動所需時間的一小部分。當(dāng)電流施加到裝置內(nèi)的音圈時，磁鐵質(zhì)量塊立即移動，產(chǎn)生這種不可思議的速度。在ERM電機(jī)中，只有在電機(jī)達(dá)到運(yùn)行速度之后才能產(chǎn)生振動——即使在過度驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)生更快的加速度時，電機(jī)在達(dá)到期望的振動強(qiáng)度之前可能需要20-50ms。不幸的是，LRA的停止時間明顯長于ERM電機(jī)。由于運(yùn)行期間內(nèi)部彈簧中持續(xù)存儲動能，LRA可能需要300 ms的時間來停止振動。值得慶幸的是，主動制動機(jī)構(gòu)也可以用于LRA，通過執(zhí)行提供給傳動器的交流信號的180度相移，可以通過產(chǎn)生與振蕩彈簧相反的力非?？焖俚?在大約10ms內(nèi))停止振動。

許多現(xiàn)代手機(jī)使用LRA而不是其他類型的振動電機(jī)，以便以更小的功率產(chǎn)生更寬范圍的振動觸覺效應(yīng)。像視頻游戲控制器等其他消費(fèi)電子產(chǎn)品也利用線性諧振傳動器來為觸摸板提供觸覺反饋。

dafruit的DRV2605分線板

照片由Adafruit提供

Adafruit Industries出售DRV2605分線板，該分線板適用于使用LRA的設(shè)備的模擬原型。上述分線板可以很容易地與任何電子原型平臺進(jìn)行集成。您還可以在線查找分線板的其他變體。

現(xiàn)成的芯片可以簡化一些應(yīng)用的開發(fā)過程。TI的DRV2605和DRV2605等觸覺驅(qū)動器可驅(qū)動LRA以及ERM電機(jī)。當(dāng)我們設(shè)計具有豐富觸覺反饋的可穿戴設(shè)備Moment時，我們使用DRV2605 在四個線性諧振傳動器提供沉浸式觸覺效果

Moment轉(zhuǎn)動使用精確定時的觸覺效果來產(chǎn)生在皮膚上的運(yùn)動感覺。這為創(chuàng)建信息的觸覺表達(dá)提供了獨特的機(jī)會——例如，內(nèi)置的觸覺羅盤可以使用戶總是感覺到真正北方的位置。Moment還配備了一個計時器，將時間的流逝轉(zhuǎn)變?yōu)樵谟脩羰滞笊弦苿拥母杏X，提高他們對不同任務(wù)花費(fèi)多少時間的意識。DRV2605使我們可以快速對器件進(jìn)行原型設(shè)計，開發(fā)這些獨特的應(yīng)用，而不必?fù)?dān)心驅(qū)動LRA的復(fù)雜性。

由于DRV2605簡化了以正確諧振頻率驅(qū)動LRA的過程，因此我們能夠更快地對硬件設(shè)計的其他部分進(jìn)行迭代。此外，通過其I2C接口將 DRV2605實現(xiàn) 為具有微控制器的電路非常簡單，而且占用空間小，除了驅(qū)動器芯片之外僅需要去耦電容器。為您的設(shè)計選擇LRA也可以幫助提高精度和壽命。

盡管線性諧振傳動器在定制設(shè)計中似乎很難實現(xiàn)，但是如TIDRV2605等觸覺驅(qū)動器芯片可以簡化過程，提高性能并降低總體功耗。

TI的驅(qū)動器旨在驅(qū)動觸覺傳動器，通過消除不必要的功能和軟件控制簡化設(shè)計過程。提高性能和簡化設(shè)計涉及到幾項功能。例如，自動閉環(huán)反饋改進(jìn)了ERM和LRA的響應(yīng)。自動校準(zhǔn)檢測和配置每個傳動器的閉環(huán)反饋系數(shù)，并且自諧振檢測感測LRA的諧振頻率。

因為根據(jù)用戶的需要定制，LRA可以提供更好的整體觸覺體驗。LRA還在不斷發(fā)展，努力降低功耗和電路板占用面積，同時產(chǎn)生更敏銳、更強(qiáng)的觸覺效果。

由于我們更多地依賴電子用戶界面，我們需要觸覺反饋來幫助我們了解系統(tǒng)正在做什么。觸覺技術(shù)不僅使我們獲得更令人滿意的體驗，還有助于改善控制，擴(kuò)展功能和增強(qiáng)系統(tǒng)用戶的安全性，同時幫助制造商區(qū)將其產(chǎn)品差異化。