震動反饋如何給你細(xì)膩的沉浸式體驗？Cirrus Logic從觸覺驅(qū)動器上給你答案

微信最新版本中上線了“拍一拍”的功能，在聊天窗口雙擊對方頭像，對方頭像會出現(xiàn)震動/同時你的手機(jī)也會產(chǎn)生震動的反饋。這種細(xì)膩的交互設(shè)計背后，離不開軟硬件的協(xié)同配合。一個常規(guī)的觸覺反饋交互需要經(jīng)歷哪些過程？

圖 一個觸覺反饋的交互過程（來源：網(wǎng)絡(luò)）

如上圖所示，用戶觸壓屏幕之后，給出MCU處理器一個觸摸事件，MCU分析觸摸事件所需對應(yīng)的震動反饋類型，產(chǎn)生特定的模擬或數(shù)字信號給到驅(qū)動器，驅(qū)動器IC驅(qū)動致動器產(chǎn)生震動。

整個震動反饋過程的速度越快，自然對于用戶的體驗更好。Cirrus Logic最近推出的CS40L25升壓觸覺驅(qū)動器系列，就旨在利用其在低功耗、低延遲混合信號處理方面的技術(shù)優(yōu)勢，為消費設(shè)備帶來響應(yīng)式和沉浸式用戶體驗。筆者針對此新產(chǎn)品采訪了Cirrus Logic的產(chǎn)品市場經(jīng)理Shahram Tadayon先生，他對觸覺驅(qū)動器的市場和技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分享。

Cirrus Logic的產(chǎn)品市場經(jīng)理Shahram Tadayon

觸覺市場未來潛力巨大

根據(jù)IDTtechEx數(shù)據(jù)報告來看，在過去的十年中，帶有觸覺功能的設(shè)備和每個設(shè)備中的觸覺部分的成本得到顯著增長。根據(jù)Markets and Markets的數(shù)據(jù)，預(yù)計到2022年觸覺技術(shù)市場總值將達(dá)到195.5億美元，2016年至2022年之間的年復(fù)合增長率為16.2％；Market Research Future等其他機(jī)構(gòu)也發(fā)布了相似的數(shù)據(jù)。業(yè)界的共識是，推動市場增長的主要驅(qū)動力為智能手機(jī)、PC觸控板、可穿戴設(shè)備和VR / AR系統(tǒng)等消費電子設(shè)備中對觸覺越來越多的需求。

圖 觸覺市場過去十年數(shù)據(jù)分析（來源：IDTechEx Research）

據(jù)Shahram介紹，Cirrus Logic正在進(jìn)入所有這些市場，此次推出的觸覺和傳感技術(shù)解決方案的原因就是要將與所有這些客戶接軌。

更出色的震動反饋：從ERM到LRA

觸覺反饋的體驗，并不僅僅是產(chǎn)生不同波形的震動那么簡單，為了實現(xiàn)更加細(xì)膩的沉浸式觸覺體驗，設(shè)計者確保整個反饋延時盡量低同時提供“敏銳”的觸覺反饋，這種體驗的升級帶來了一些技術(shù)的演進(jìn)變化。

首先是延遲方面：用戶的動作與觀察到的響應(yīng)之間的這個過程，即從動作到效果的時間，如果可以忽略不計，那么就可以最大程度地減少了用戶對界面的不滿。過多的延遲不僅令人煩惱；用戶可能會認(rèn)為未識別到第一次敲擊，因此可能會重復(fù)一次或多次操作，從而可能會在設(shè)備上排隊一系列僅用于延遲系統(tǒng)響應(yīng)的推動。

其次在反饋銳度方面：銳利的觸覺反饋可模擬按下實際按鈕的感覺。相反，不良的觸覺會嗡嗡作響或嗡嗡作響，會讓用戶體驗很差?，F(xiàn)實情況是，用戶是從老式電話、PC計算機(jī)等實體鍵盤過渡而來，所以會一直對“真實”按鈕的感覺有所期待。

據(jù)Shahram分享：“老式的手機(jī)或游戲機(jī)的反饋感更像是一種嗡嗡聲，而不是一種真正的按鍵感。因此擁有觸覺以產(chǎn)生非常良好有力的點擊感就非常重要。這意味著致動器要從便宜的ERM型升級到LRA型。這樣就可以獲得心跳傳感器之類手勢和滾動體驗?！?/span>

（圖表來源：網(wǎng)絡(luò)搜索）

如上表所示，LRA相比ERM在響應(yīng)速度、功耗、震動加速度方面有較大的優(yōu)勢。如果要實現(xiàn)更細(xì)膩的反饋，那么ERM通常不能滿足應(yīng)用需求。而LRA目前是成本、性能和功耗平衡之后的較好的選擇。

圖：Piezo、LRA和ERM三種致動器功耗對比（來源：網(wǎng)絡(luò)）

Shahram也表示：“ERM往往更便宜、嗡嗡聲更強(qiáng)，我們認(rèn)為LRA和VCM可提供更好用戶體驗。驅(qū)動LRA和VCM的電壓通常高于ERM。這意味著需要從便宜的ERM激勵器升級到LRA，將驅(qū)動器升級到CS40L25等特定設(shè)備。”

閉環(huán)反饋+專有DSP——CS40L25

據(jù)Cirrus Logic官方介紹：CS40L25產(chǎn)品集成了一個高性能觸覺驅(qū)動器、一個數(shù)字信號處理器和一個升壓轉(zhuǎn)換器。 這些設(shè)備基于電機(jī)的諧振頻率，可驅(qū)動高性能線性共振激勵器(LRA)和音圈電機(jī)(VCM)，從而通過獨特的預(yù)存觸覺波形來增強(qiáng)用戶體驗。 超低延遲可實時控制觸覺電機(jī)，這為用戶提供了更直接的感覺或反應(yīng)。閉環(huán)算法最大程度地提高了LRA的效能，并以更清脆、更少的“嗡嗡聲”實現(xiàn)有力且一致的觸覺。

圖：CS40L25工作流程框圖

Shahram分享到：“要獲得良好且敏銳的單擊，重要的是不僅要能夠快速完美地啟動LRA，而且還要能快速停止它。而且，如果只是停止施加電壓，就會有振鈴聲，從而產(chǎn)生嗡嗡聲。我們的閉環(huán)算法是持續(xù)監(jiān)測LRA的電壓和電流，因此它知道其位置并知道如何更快地停止它。因此，使用我們的閉環(huán)算法可以更快地停止LRA的移動，從而產(chǎn)生良好敏銳的點擊。”

圖：通過監(jiān)視關(guān)鍵信號，Cirrus Logic的“閉環(huán)主動制動”可實現(xiàn)閉環(huán)控制，從而為用戶帶來準(zhǔn)確，一致的觸覺體驗

Cirrus Logic獨特的閉環(huán)主動制動（CLAB）算法可產(chǎn)生更清晰，更少“嗡嗡”的觸覺效果，如上圖所示，與開環(huán)相比，在實驗室測試中振鈴時間減少了4倍至8倍。通過實時獲取來自電壓和電流執(zhí)行器監(jiān)控器的信號，從而有效，準(zhǔn)確地閉合環(huán)路以增強(qiáng)性能。

據(jù)Shahram介紹，在CS40L25中使用的Halo Core?這一DSP的IP是來自Cirrus Logic專有的，因此可以針對目標(biāo)應(yīng)用程序和客戶進(jìn)行高度定制。 它提供了對算法和軟件的處理，可實現(xiàn)出色的觸覺反饋。

除了上面提到的閉環(huán)反饋之外，CS40L25還提供了波形存儲器，可以存儲超過50個差異波形。Shahram表示，一些競爭對手將波形預(yù)先存儲在ROM中，但通常不是為LRA或應(yīng)用程序定制的，它的波形會變的更弱、嗡嗡的震動感更強(qiáng)。CS40L25的波形存儲器這一RAM可以針對客戶要驅(qū)動的激勵器以及最終產(chǎn)品進(jìn)行專門更新，通過I2S流進(jìn)行波形傳輸。

總結(jié)來看，觸覺市場存在著巨大的增長機(jī)遇，用戶端對于觸覺反饋的體驗也有了愈來愈高的要求。致動器這邊會從ERM向LRA進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而致動器驅(qū)動器這邊，低延遲低功耗是客戶重要的選擇條件。CS40L25憑借著其獨特的閉環(huán)反饋、波形存儲和LRA/VCM驅(qū)動特性，將會是一個觸覺應(yīng)用開發(fā)者一個非常不錯的選擇。