触觉技术介绍

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大家好,我是 TI 做 Haptics 产品线的 AE 在这里很高兴有这个机会,向大家介绍一下 TI 在 Haptics 的现在一些产品 以及我们的产品的一些优势 其实 Haptics 这个词最早来源应该是来自于希腊的 希腊文里面有一个词 它的意思简单地说 就是通过给人的手在触动的方面 当你手在碰到什么地方的时候,有一个回馈 feedback 可以形成一个触摸感觉 但有的时候,我们现在可能也会指 当不同的事件,可以给你送来一些反馈 以前的时候,有机械按键的时候 我们通过手指可以直接感觉到这个反馈 现在,越来越多的产品用到了一些触摸的按键 就像 touch 按键 有可能是电容、电阻各种各样的 touch 技术 那这种情况下, 一般来说是没有 feedback 我们不知道手指按上去是什么感觉 现在,我通过一个马达 或者通过一个什么样的震动方式 来让我们实际的手指上能有这种触动的反馈 TI 在业界,在整个 Haptics 这个产品线里面 拥有最全的 Driver IC 无论是什么样的,现在广泛在应用的这些马达 在 TI 都能找到相应的 Driver IC 像线性马达、直流马达以及一些压电陶瓷马达 同时 TI 也在和一些 但是现在有一些公司在研究一些新的材料 来做一种直接反馈的新材料 也在和 TI 做合作,然后我们提供一些振动的方式 所以我们也在看下一代的新材料是什么 Haptics 其实有生态系统 最底层的有马达,然后马达的 Driver IC 再往上层,可能就是做产品的 以及说在产品上去实现一些 非常丰富的触觉效果的这种软件公司 比如说 immersion,他是可以提供一些触觉反馈的一些软件 然后下面的三星 包括 AAC 这些是做马达的 做线性马达 当然他还有别的产品,这只是他们的其中一个产品 然后,TI 在支持方面可以提供很多的参考板 一些文档 一些对 FAE 的支持,都是很全的 Haptics 在什么地方用 其实在我们日常生活中,已经广泛的都能体会得到 像一些手机上,现在是可能是每个 应该是用途最广的 因为每个人都会有个手机 然后,可能穿戴设备现在也是越来越 也是一个趋势 包括一些工业工程,工业控制面板 以及一些 ATM 很多地方 还有一些智能家居的时候 可能在墙上可能有一个控制面板,控制家里的空调、灯光 如果说它是一个 touch 按键的话 如果加一个触觉反馈会更好 还有一些,当然大家都知道微软的 XBox 里面就用到了一些触觉反馈的技术,尤其在 gaming 方面 车载,现在也是越来越多的车厂也在要求 因为现在这个车上面中间那个 touch panel 还有很多车厂用了一些 touch 按键 如果没有这个 feedback 的话,给用户的感觉不够好 加了这个可能以后 很明显的提升一些用户体验 大概简单地提一下马达的类型 在消费类上面用的最多的就这三种 第一种应该是大家最熟悉的,就是直流马达 然后第二种,实际上用的越来越多的 在中高端的手机上用的越来越多,叫线性马达 第三种是用压电陶瓷这种材料做的一种震动片 总的来说, ERM 是最便宜的 但是它给人的感觉是比较差的 然后 LRA 是线性马达 在目前是做的,很多做的还不错的 效果还挺好 然后 Piezo ,它是效果是最好的 但同时它的成本也是比较高一点的 另外在别的领域,比如说车载 因为车载他的这个车比较重 有的时候它需要带动更高的质量 现在在已经在商用的,像奥迪、很多奔驰上面 用的这个叫 Solenoid 这种马达 用的比较多一些 然后 Piezo Bender 是在一些特殊的场合下会用到 但是也可以看具体的应用 这里就提到说 给人的触觉反馈分两种方式 一种是说像手机 我要震动的时候 其实振动的是整个手机 包括平板 包括一些比如说一些智能家居是电容的一个触摸屏 然后后面加一个 feedback 的话 其实振动的是整个 panel 另外一种 这边提到叫 Aito-TI Piezo 其实这个说是 其实这个说是 Aito 是一家半导体提供商,它有这么一个技术 然后,用到了 TI 的 Driver IC 他是,这可以看到里面这个振动是在手指下面 那个白色的是一个 Piezo 的操纵片 这时候给人的反馈就在手指下面 就是在目前我们 TI 的产品线的一些芯片 红色的都是已经在量产的 然后 2025 是今年年底会量产 2701 已经在做 下面 261X 是已经有 sample 了 然后,2015 在做 总共分三大块 第一部分就是直流马达 线性马达 第二部分是压电陶瓷马达 也可以提供一些驱动压电陶瓷的别的一种应用 陶瓷马达就是其中一种应用 简单 这个大家都可能都知道 直流马达是用一个直流信号来驱动 一个电信号 然后 可能有它的额定功率 它的电压输入范围以及它的响应时间 一般的驱动波形可能就是这种 为了提高它的响应时间,我们可能采用一种 在驱动信号上面做一些稍微修改 前面呢可能会 刚开始的时候,会加一点高的电压快速启动 然后停止的时候,我们在加反向电压给它快速停止 这是加快它的响应时间 线性马达,它这个 因为线性马达是弹簧系统 所以它有一个谐振频率的问题 如果能在这个谐振频率点去驱动它的话,是最省电的 同时它也能提供最好的振动量 这个时候,其实我们也可以用这种 Overdrive 把所有的方式来加快它的响应时间 这些都是在 TI 的 Driver 里面都是可以可以调的 这个大概是说一个线性马达 它的谐振频率点如果偏移的话 它的那个振动会变弱很多 在这个谐振频率点的话,它会提供最好的振动量 同时也是功耗最小的 如果它偏一点的话,它提供振动量就小很多 但是这个频率的谐振频率,它的偏移可能会有很多原因 可能是老化,组装或者是温度各种各样的原因 这里就是说为什么会跟踪这个谐振频率点这么重要 这是一个具体的一个图说 比如我对不同的驱动电压,这个谐振频率点也是不一样的 就是线性马达本身的一个特性 自动频率跟踪就是 TI 在 TI 的 Driver 可以提供一种闭环控制 在闭环控制下,提供一种自动频率跟踪的一个 feature 有了这个自动频率跟踪以后 像我刚才提到的 它可以在谐振最高频率点来驱动这个马达的话 可以用更少的电来驱动,达到你需要的振动量 然后,对它的使用寿命也是也是很有帮助的 这是个具体的振动波形 这就是我们说提供一个可以改善它的一致性问题 假如说在同一批马达来讲 它用的基本上是一样的材料 可能组装的误差会导致它本身的频率点会有所差异 如果说我们能跟踪到这个谐振频率点的话 那么基本上这批马达 能提供的振动量基本上在一致性会比较好的 如果说我们没有跟踪到这个频率点的话 这个桔黄色点就是我以开环的方式 就是我以固定的电压,固定的频率来输出一个信号 能达到的振动量 而这个蓝色点就是用我们的 2604L 在闭环控制下面 实时去跟踪它的谐振谐振频率点 你可以看到他们达到振动量会高一些 而且它是一致性会比较好 这里面就提到说,如果说我们 想要实现一个稍微复杂一点的振动效果的话 让马达很快停下来,这个很重要 因为你如果停不下来的话 你就不能很清晰的来体验下一次的振动感觉 第一个是 2604 在闭环情况下面 它可以很快的把它停下来 在闭环情况下才可以这样 然后,第二个就是开环情况 我没有闭环,没有做 BREAK 那么让它自然停止 可以明显看到中间是有两个振动波形 就是蓝色的,蓝色是实际的加速度计测出来的振动波形 是不够清晰的 如果说在开环情况下 我们想要主动去控制它的 break 这就是有个问题 就是说我们在继续控制 break 的时候 我们不知道马达处于什么样的位置 要加多久的电压,加多高电压都不清楚 有可能会弄巧成拙,反而可能会根本停不下来 在我们芯片里面,我们还可以试着调这个 break 的强度 因为一般情况下采用默认值的话,可以让它停下来 但是假如说在某种意义上还不够快的话,我们还可以更快 第一个就是 这个是说,我们今天还有另外一个特点 和别的方案不一样的地方是 calibration 大家可以知道 现在提供这种 Haptics Driver IC 的有好几家 calibration 目前是只有我们才有 calibration 简单的说,就是说我们实际的对马达测试 了解一下马达的特性 这样的话,才能更好的对它进行控制 在 calibration 的时候 这个参数会自动的由芯片来用这个算法来决定 假如说用户觉得这个参数不够好 如果还想更快,这个其实是可以调的 基本上说,通过默认的 calibration 是会有一个比较优化的参数 那第一个可能停得稍微慢一点 第二个就停的快一点,第三个停的是最快的 我们现在主推的,在消费类 对于线性马达和直流马达来讲 2605L 是我们现在主要在推的一个产品 大家可以看到 2605L 嘛 我们再上面一个版本叫 2605 这个是 second 版本的,是一个改进版本 如果大家有兴趣的话 会后你们可以联系 TI 的 Sale 或者 FAE 我们可以提供更多的信息 只是在这里让大家有个印象 2625 是我们的这个 roadmap 就是今年年底会量产的 它对 2605L 又做了很多改进 它这个是更省电 在我们提供两种工作模式,应该三种模式 在恰当的情况下,我们的功耗是小于 500 个 nA 在 shutdown 的情况下,我们小于 2 个 μA 它的尺寸也更小 大家可以看到 这张后面讲 这个是它可以有两种封装,1x1.5 的就是对消费类 那么,3.0 ×3.0 这个可以做工业的 或者是车载的,我们这里有这两种封装 2625 的尺寸更小,是 1.4×1.3 的 外围电路很简单,就是那个电容 所谓的Haptics,大家也知道是用压电陶瓷材料 它的特性就是说我通过形变可以产生一定电压 但是如果加电压的话,它就会有形变 所以就会有各种各样的应用 就是可以看到其实很多种形状,所以应用也很多 就是现在,做压电陶瓷马达只是其中一块 可能还有任何的 现在,如果有应用里面用到压电陶驱动瓷的话 都可以来看看 TI 这边有没有你们需要的驱动 IC Piezo 这个是作为压电陶瓷马达的时候,它的优势 它的响应速度非常快 这样就决定说 如果说你用其他马达的话 你看第一个 这是一个应用场景 就是说一个引擎 第一个在动的时候 突然有一个比如说碰车了 那么第二个后面的碰车效果就比较粗糙 但是这种 第二种用 Piezo 就可以更好 主要是因为它对不同的频率,基本上都有不错的响应 我们驱动压电陶瓷马达的话,也有新的芯片 1567 是目前已经在量产的,可能用的比较多的 在别的地方,我们刚才谈到的一些应用场景 像遥控器,遥控器只是一种 因为现在很多遥控器也是这种用 touch 来代替以前的这种机械按键 如果加了这个 feedback 以后 会明显会提升用户体验 而且还可以通过不同的 Gestures,不同的动作 可以给用户提供不同的这种效果 可以做的更加绚丽 比如说 我这 Swipe 是用划过去也是一种效果 我比如说我点中 当然这个 UI 方面,你可以这样做 就是说你在对这种场景,然后实现不同效果 让用户感觉会更好 这是一个已经在量产的一个产品,这是个鞋子 它会通过跑步的时候,它里面有很多 sensor 然后来测量你的心跳或者是你的运动量 然后通过马达给你一个 比如说你是跑太快了,跑太慢了 各种各样的一个反馈信号 这可以网上搜到的 这个也是一个量产的产品 就是说当你是不是吃太快了 或者说就让你慢下来 也是通过震动方式实际反馈给它的使用者 是不是吃太快 这个网站都搜到的 另外一个在穿戴设备上面 其实现在也是用的越来越多 比如说像最早的那个叫什么 band 就说你可以把东西 放到电脑上面去读,当前测量参数 一些数据 后来就有了那个 watch,smart watch 以后 包括 apple watch 它也在通过不同的振动场景,给客户以不同的信息 简单的例子,比如说你在跑步的时候 可以通过不同的信息 表示你的短信或者是来电,就是不同的人的信息 如果说你跑步的时候是不是太慢了 然后跑太快,让你慢一点 如果说你跑到一定终点了 还提示你说今天的运动量够了 这种和用户的一种沟通方式 这是我们产品线做的一个参考设计 大家可以看到 这里面都是用的 TI 的作的一个参考设计 就是中间那个黑的芯片是 中间有一个 这个 2605 这是我们的控制直流马达和线性马达的 Driver IC 我们还做了一个 APP 可以通过 APP 连到我们的参考设计 这些测试都可以在网上找到 大家如果有兴趣的话,可以参考一下 2605 里面就放,我们和 immersion 合作 2605 里面有个小 ROM 然后放了 immersion 有一个振动库,提供了一百多种振动模型 就是经常用的这种 simple click double click 这种 range up、range down 一般来说,正常的沟通场景应该是够用 这是一家他们在研究一种新的材料 叫 Polymer 就是一种非常薄 也可以用来做 这是一种高压材料 可以做得很薄 我们 2700 这是一个高压的 Pizeo Haptic Driver IC 它如果正常情况下,它能提供 250V 的 应该就是 250 ,就是 250V 高的这个驱动能力 如果说你想要提高 我们最后有种参考设计,可以提到 500V 就看你们的应用,看什么样的连接的材料 另外一个就是说, 在智能家居里面 可能有一个控制面板 来控制家里的灯光、风扇、空调、各种各样的应用 这个时候,如果是一个 Touch Panel 的话 如果加一个 feedback ,会很大的改善用户体验 从没有触感到增加触感 另外一个,现在一些新的趋势 从可靠性、从这种防尘、或者防水、甚至容易打扫 可以看到,可能是一种 更加趋向一种没有缝的设计 可以看到第一个是那个 中间是这边是挖了一块,然后做了个面板 这边就没有,就这个是一体成型的 包括这里,这可能也是挖出来一块的 这个也是没有 像这种可以在家电行业也容易打扫 有防尘防水,而且非常的安全可靠 下面就提到了我们现在和一家 也是供应商,一个第三方在合作的一个 这家方案提供商叫 Aito 他们的一种设计是说 这边有一个压电陶瓷片放下面,给用户提供反馈的 但同时它也能够检测到你实际的按键动作 然后这边是一个导光层,这就是一个表面 这个表面可以是金属 可以是玻璃,可以是这种塑料 这个材料,包括是木头 比如说还有些别的这种材料 它主要的原理其实很简单 就是当我去按这个表面的时候 有一个微小形变,大概有 100 到 150μm 非常小的形变 然后压到这个压电陶瓷上面以后 压电陶瓷会检测到有一个电压的变化 然后检查到电压变化以后 通过我们 Driver IC 让 Pizeo 产生一个很大的形变 所以你在手指上会感到是个按键按下去了 这个就是在这边 这个地方,就是这个内容 在车载里面 因为现在其实车载上面,已经有很多车已经在用这个了 像凯迪拉克或者是一些特斯拉 还有一些别的,包括奔驰奥迪都有 他们用在什么地方,可能是很多了 比如说中间这个 touch panel 可能一些控制空调,控制一些那个什么按键 还有一些这个 touch pad 他的理念是说 因为人的反馈主要是有三个方面 声音,视觉还有触觉 那如果说你在开车的时候,你可能尽可能看前面 不想看你的那个屏幕 如果太吵的话,可能声音你也听不清楚 触觉是第三种非常可靠的一个反馈方式 就可以让你把更多的精力放在车的前面 不用分神去看这个屏幕 这是在车载方面用得很广泛的一个马达 叫 Solenoid 它能提供更高的振动量 相比以前的那个直流马达、线性马达来讲 但它也需要更高的驱动电压 这是我们对 Solenoid 的一些 Driver IC 目前的产品 这里面 10 11 12 都已经有 sample 就说如果客户需求的话,我们可以提供 sample 然后 15 正在做 这其中 10、11 和 12 都是 这几个芯片都是闭环控制 然后10 11 12 是基于电压反馈的 15 是基于电流反馈的 这里面就是说 Solenoid 本身用电流控制会更加准确 所以我们现在在做 2615 可以看到10 是 3A 的,然后11 12 是 6A 8A 的 就是基于电压反馈的一种闭环控制 1517 是基于电流反馈的一个闭环控制 它可以更加精确的来控制这个 Solenoid 我们 TI 其实可以大家有兴趣的话可以看 TI 网上 其实我们提供很多的参考设计,参考板 像这种大的再直接接上电 然后就可以来改 比如说你可以测那边新的工作方式,输出波形 如果你们想要在自己平台上评估的话 我们提供一个小的参考板,非常小 只是把那些必须要连的几个点拉出来 大家可以通过飞线的方式连接到小板子上 就可以来评估在你们实际的产品上是一种什么效果 我们还提供很多软件的库,这是一些 PC GUI 大家如果有兴趣的话,可以到 TI 的官网上去找 这个是我们产品的网页,包括一些目前的 Driver IC 以及比如说这边会提供刚才一些马达 就是我们在合作的一些马达厂商 还有就是我们的 假如大家有什么问题的话,可以上 E2E 这边有个论坛 就是我们产品线这边都在看这个论坛 如果有什么问题,可以在上面写 谢谢大家
课程介绍 共计1课时,26分54秒

2015 TI 音频创新日 (10) 触觉技术介绍

TI 信号链 Audio Innovation 音频创新日

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