线性谐振执行器 (LRA) 技术
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欢迎观看有关 线性谐振执行器技术的 本次演示。 线性谐振执行器， 也称为 LRA， 是通过振动提供触觉 反馈的机电器件。 这种触觉反馈 就是我们所说的触觉。 在我们的演示中， 我们将首先 介绍触觉和相关 性能指标。 然后，我们将讨论 触觉中使用的 不同类型的执行器， 包括 LRA。 我们将展示 不同类型的 LRA， 以及它们的优势。 然后，我们将深入 探讨 LRA 背后的物理原理， 并展示机械和电气模型。 还将讨论它们的频率响应。 我们将介绍一种称为 自动谐振跟踪的技术， 并将非常详细地 讨论它的优势。 最后，我们将演示使用了 自动谐振跟踪的 TI 解决方案。 在现代应用中，机械按钮 正变得越来越过时。 它们正在被触摸屏 以及电容式和电感式 触控按钮所取代。 机械按钮在按下时 向用户提供 清晰的指示。 在这里我们可以看到 按下时手指能 感觉到加速度。 很遗憾，新技术无法 向用户提供这种指示， 因为没有机械 部件。 这时就需要触觉登场了。 触觉是一种 通过触感 与用户交互的技术。 我们称之为触觉反馈。 它通过加速被触摸的 表面来实现这一目的。 触觉加速度通常 以 G 作测量单位。 1 G 是重力加速度。 产生触觉效果时， 需要用到 三个需要优化的 主要性能指标， 分别是加速度强度 和一致性、启动稳定时间、 制动稳定 时间。 当需要清楚的触觉效果时， 最后两个指标 至关重要。 市场上现在有 四种类型的 执行器。 偏心旋转质量电机， 也称为 ERM， 是不平衡的 有刷直流电机。 因此，此电机 会产生振动， 可以用于产生触觉反馈。 它们在给定的 功耗内提供 适度的加速度。 线性谐振执行器， 也称为 LRA， 可被视为 质量弹簧系统。 质量以线性方式运动， 如这张图片中所示 上下运动，生成所需的 触觉反馈。 与此形成对比的是， 使用直流电机时， LRA 需要交变 驱动信号， 此信号可以使执行器 上下运动。 如果正确驱动， 它们可能非常高效， 并提供良好的加速度。 压电执行器使用 压电材料 向上和向下弯曲梁， 具体取决于 施加的电压。 它们通常 需要高电压， 并且制造成本 比其他执行器高， 但它们可以生成 高清触觉效果。 电磁阀由连接了弹簧的 的铁柱塞组成。 将电流施加到 环绕柱塞的线圈时， 柱塞将加速并产生 触觉效果。 它们通常比 LRA 需要 更高的电流， 但可以产生 更高的加速度。 LRA 和 ERM 是 最流行的技术， 这是因为它们价位合适。 现在，让我们重点关注 LRA。 如前所述，LRA 由 连接到弹簧的质量组成， 以线性运动产生振动。 正如我们稍后将展示的， 质量弹簧系统 是谐振系统， 因此 LRA 必须驱动到谐振频率附近， 才能获得良好的 加速性能。 使用自动谐振算法， 可以检测到谐振频率， 从而提高性能。 这一点尤其重要， 因为 LRA 是具有高 Q 因数的 谐振系统。 在这张图中， 我们可以看到 构成 Z 轴 LRA 的 不同部分。 有一个运动的质量， 包含一块永磁体， 一侧连接波形弹簧。 音圈放在永磁体 磁场内的另一侧。 流经音圈的电流 将对该质量施加 一个机械力， 该力与通过柔性 PCB 和将 LRA 连接到 驱动器的引线 提供的电流成正比。 随着质量运动， 音圈相对于磁场运动， 也会在引线上产生电压， 线圈反电动势电压。 Z 轴 LRA 通常是圆形的。 有许多不同的 LRA 供应商。 此外，还有多种 LRA 尺寸。 这张幻灯片显示了 其中一些选项。 在指定尺寸时， 前两位数字 表示直径， 最后两位数字 表示执行器高度。 矩形 LRA 可以 在 x 轴或 y 轴方向上运动。 它们也可能来自多家供应商， 具有不同的尺寸。 这张幻灯片显示了 其中一些选项。 与 ERM 相比， LRA 有多种优势。 它们可以在自身尺寸内 提供更大的加速度。 薄型 LRA 非常薄， 某些执行器测量高度 仅 2 毫米。 加速度可以通过 振幅调制来控制， 与 ERM 截然不同的是， 后者加速度和振动 频率不能解耦。 LRA 中的高 Q 因数 可实现高功效， 虽然这样做的代价是 必须更精确地在 谐振频率下驱动 LRA。 最后，没有可磨损 并影响执行器 寿命的电刷。 作为质量弹簧系统，LRA 被建模为二阶系统。 谐振频率 由弹簧的刚度 和质量决定。 除了是质量和 刚度的函数， 质量因数 以及相应的带宽 还受摩擦力的影响。 从机械上来说， 更低的摩擦力 可实现更高效的设计。 但使用更窄的带宽时， 若没有可以跟踪 谐振频率的机制， 则更难以驱动。 在电气侧，该模型 包括音圈的 直流电阻 和电感。 此外，随着质量运动， 线圈相对于 永磁体运动， 从而产生 反电动势电压。 该反电动势电压 与质量的速度 成正比。 通过感应反电动势， 我们可以跟踪 质量的运动并优化 传递到 LRA 的驱动信号， 以有效加速或制动。 下面是一些 显示真实 LRA 的频率响应的图。 如您所见，谐振频率 会随施加到 LRA 的电压振幅的变化 而变化。 变化很明显。 对所有振幅施加 固定的输出频率， 会导致不太理想的 解决方案， 这将提供比预期 更小的加速度。 自动谐振跟踪 可以自动 检测 LRA 谐振频率。 实际上，它会通过 反电动势电压 检测质量运动的 相位和幅度。 这使我们可以跟踪 由于制造公差、 组件老化、温度等 引起的谐振频率 变化。 它实际上逐个 周期跟踪谐振频率， 这样，我们就能总是 以正确的频率和 正确的相位 最佳地驱动 LRA。 在不使用自动谐振时， 如果谐振频率只是 移动几赫兹， 则加速性能可能会降低 50% 或更多。 在该图中，我们显示了 具有相同模型的 不同 LRA 在谐振频率 从 227 赫兹变化到 233 赫兹时的加速度。 橙色点表示， 在不使用自动谐振跟踪的情况下， 以固定频率 230 赫兹 驱动所有这些 LRA 时 的加速度。 加速度变化可高达 50%。 蓝色点表示 使用自动谐振跟踪 时的加速度。 在后一种情况下， 所有 LRA 都是 以最佳频率 自动驱动的。 在所有 LRA 中， 加速度更趋于一致。 自动谐振跟踪 不仅仅改进了 加速度和效率。 由于我们正在跟踪 质量运动的相位， 我们可以精确地 以相反的方向驱动它， 从而有效制动。 当它停止时， 我们会知道。 我们不会 盲目地驱动它， 而在开环驱动器中 会很盲目， 因而无法有效制动。 此外，由于我们正在跟踪 质量的运动速度， 我们知道它是否相对于 期望的目标滞后， 我们可以超速 驱动它以加速 它的瞬态响应。 换句话说，我们可以 在闭环模式下控制 LRA。 这两个特性都 可以加快响应速度， 从而实现更清楚、 更明显的效果。 让我们看一下 连续两次快速点击的 组合触觉效果。 在第一个示例中， 我们在开环模式下 不使用自动谐振 来驱动它。 蓝色信号是 加速度计。 橙色信号是 驱动 LRA 的电压。 这两次点击 没有任何制动。 驱动器在第一次点击后 即停止驱动 LRA， 并在 LRA 停止 运动前立即 恢复驱动。 在第二个示例中，LRA 在开环模式下 再次被驱动，但尝试 在两次点击之间 制动执行器。 由于未处于 正确的相位， 并且不是正确的 持续时间，LRA 不停止， 而是以相反的方向振动。 最后，第三个示例 显示了使用 自动谐振跟踪的驱动信号。 它包含每次点击开始时 为了更快地加速而 自动超速驱动的部分。 然后驱动电压反向， 以在每次点击结束时 提供有效制动。 两次点击非常清楚， 且清晰可辨。 德州仪器 (TI) 具有 多种触觉驱动器， 它们包含自动 谐振跟踪功能， 并具有促进系统集成的 其他功能。 例如，DRV 2605 包含播放引擎， 可以播放一系列 用户精选的 预存储在 RUM 中 的触觉效果。 它还可以播放 通过模拟或 PWM 输入 提供给驱动器的效果。 它包含一个 自动校准引擎， 有助于优化 给定 LRA 的 驱动器参数。 自动诊断模式 可检测执行器和 执行器连接中的故障。 还有 DRV 2604， 它有一个可编程的 ROM， 但是没有 RUM。 在两种案例下， 都可以从外部处理器 通过 I²C 发送任意效果。 DRV 2624 和 DRV 2625 提供更低的 待机电流。 它们改进了 诊断功能，包括 阻抗测量。 采用了不同的 电池管理功能， 以延长电池寿命和性能。 最后，它们 在波形中提供了 更多灵活性， 可用于驱动 LRA 且提高了鲁棒性 和性能。 让我们总结一下 我们学到的知识。 在谐振频率下驱动 LRA 可提高效率， 但谐振频率 不是固定的， 需要跟踪。 与执行器的运动同步 是实现有效制动的关键， 并且是提高其瞬态性能 以实现清楚效果的关键。 自动谐振跟踪提供了一种 稳健的解决方案， 简化了 LRA 的使用， 实现了触觉效果。 我的演示到此结束， 感谢大家收听。
欢迎观看有关 线性谐振执行器技术的 本次演示。 线性谐振执行器， 也称为 LRA， 是通过振动提供触觉 反馈的机电器件。 这种触觉反馈 就是我们所说的触觉。 在我们的演示中， 我们将首先 介绍触觉和相关 性能指标。 然后，我们将讨论 触觉中使用的 不同类型的执行器， 包括 LRA。 我们将展示 不同类型的 LRA， 以及它们的优势。 然后，我们将深入 探讨 LRA 背后的物理原理， 并展示机械和电气模型。 还将讨论它们的频率响应。 我们将介绍一种称为 自动谐振跟踪的技术， 并将非常详细地 讨论它的优势。 最后，我们将演示使用了 自动谐振跟踪的 TI 解决方案。 在现代应用中，机械按钮 正变得越来越过时。 它们正在被触摸屏 以及电容式和电感式 触控按钮所取代。 机械按钮在按下时 向用户提供 清晰的指示。 在这里我们可以看到 按下时手指能 感觉到加速度。 很遗憾，新技术无法 向用户提供这种指示， 因为没有机械 部件。 这时就需要触觉登场了。 触觉是一种 通过触感 与用户交互的技术。 我们称之为触觉反馈。 它通过加速被触摸的 表面来实现这一目的。 触觉加速度通常 以 G 作测量单位。 1 G 是重力加速度。 产生触觉效果时， 需要用到 三个需要优化的 主要性能指标， 分别是加速度强度 和一致性、启动稳定时间、 制动稳定 时间。 当需要清楚的触觉效果时， 最后两个指标 至关重要。 市场上现在有 四种类型的 执行器。 偏心旋转质量电机， 也称为 ERM， 是不平衡的 有刷直流电机。 因此，此电机 会产生振动， 可以用于产生触觉反馈。 它们在给定的 功耗内提供 适度的加速度。 线性谐振执行器， 也称为 LRA， 可被视为 质量弹簧系统。 质量以线性方式运动， 如这张图片中所示 上下运动，生成所需的 触觉反馈。 与此形成对比的是， 使用直流电机时， LRA 需要交变 驱动信号， 此信号可以使执行器 上下运动。 如果正确驱动， 它们可能非常高效， 并提供良好的加速度。 压电执行器使用 压电材料 向上和向下弯曲梁， 具体取决于 施加的电压。 它们通常 需要高电压， 并且制造成本 比其他执行器高， 但它们可以生成 高清触觉效果。 电磁阀由连接了弹簧的 的铁柱塞组成。 将电流施加到 环绕柱塞的线圈时， 柱塞将加速并产生 触觉效果。 它们通常比 LRA 需要 更高的电流， 但可以产生 更高的加速度。 LRA 和 ERM 是 最流行的技术， 这是因为它们价位合适。 现在，让我们重点关注 LRA。 如前所述，LRA 由 连接到弹簧的质量组成， 以线性运动产生振动。 正如我们稍后将展示的， 质量弹簧系统 是谐振系统， 因此 LRA 必须驱动到谐振频率附近， 才能获得良好的 加速性能。 使用自动谐振算法， 可以检测到谐振频率， 从而提高性能。 这一点尤其重要， 因为 LRA 是具有高 Q 因数的 谐振系统。 在这张图中， 我们可以看到 构成 Z 轴 LRA 的 不同部分。 有一个运动的质量， 包含一块永磁体， 一侧连接波形弹簧。 音圈放在永磁体 磁场内的另一侧。 流经音圈的电流 将对该质量施加 一个机械力， 该力与通过柔性 PCB 和将 LRA 连接到 驱动器的引线 提供的电流成正比。 随着质量运动， 音圈相对于磁场运动， 也会在引线上产生电压， 线圈反电动势电压。 Z 轴 LRA 通常是圆形的。 有许多不同的 LRA 供应商。 此外，还有多种 LRA 尺寸。 这张幻灯片显示了 其中一些选项。 在指定尺寸时， 前两位数字 表示直径， 最后两位数字 表示执行器高度。 矩形 LRA 可以 在 x 轴或 y 轴方向上运动。 它们也可能来自多家供应商， 具有不同的尺寸。 这张幻灯片显示了 其中一些选项。 与 ERM 相比， LRA 有多种优势。 它们可以在自身尺寸内 提供更大的加速度。 薄型 LRA 非常薄， 某些执行器测量高度 仅 2 毫米。 加速度可以通过 振幅调制来控制， 与 ERM 截然不同的是， 后者加速度和振动 频率不能解耦。 LRA 中的高 Q 因数 可实现高功效， 虽然这样做的代价是 必须更精确地在 谐振频率下驱动 LRA。 最后，没有可磨损 并影响执行器 寿命的电刷。 作为质量弹簧系统，LRA 被建模为二阶系统。 谐振频率 由弹簧的刚度 和质量决定。 除了是质量和 刚度的函数， 质量因数 以及相应的带宽 还受摩擦力的影响。 从机械上来说， 更低的摩擦力 可实现更高效的设计。 但使用更窄的带宽时， 若没有可以跟踪 谐振频率的机制， 则更难以驱动。 在电气侧，该模型 包括音圈的 直流电阻 和电感。 此外，随着质量运动， 线圈相对于 永磁体运动， 从而产生 反电动势电压。 该反电动势电压 与质量的速度 成正比。 通过感应反电动势， 我们可以跟踪 质量的运动并优化 传递到 LRA 的驱动信号， 以有效加速或制动。 下面是一些 显示真实 LRA 的频率响应的图。 如您所见，谐振频率 会随施加到 LRA 的电压振幅的变化 而变化。 变化很明显。 对所有振幅施加 固定的输出频率， 会导致不太理想的 解决方案， 这将提供比预期 更小的加速度。 自动谐振跟踪 可以自动 检测 LRA 谐振频率。 实际上，它会通过 反电动势电压 检测质量运动的 相位和幅度。 这使我们可以跟踪 由于制造公差、 组件老化、温度等 引起的谐振频率 变化。 它实际上逐个 周期跟踪谐振频率， 这样，我们就能总是 以正确的频率和 正确的相位 最佳地驱动 LRA。 在不使用自动谐振时， 如果谐振频率只是 移动几赫兹， 则加速性能可能会降低 50% 或更多。 在该图中，我们显示了 具有相同模型的 不同 LRA 在谐振频率 从 227 赫兹变化到 233 赫兹时的加速度。 橙色点表示， 在不使用自动谐振跟踪的情况下， 以固定频率 230 赫兹 驱动所有这些 LRA 时 的加速度。 加速度变化可高达 50%。 蓝色点表示 使用自动谐振跟踪 时的加速度。 在后一种情况下， 所有 LRA 都是 以最佳频率 自动驱动的。 在所有 LRA 中， 加速度更趋于一致。 自动谐振跟踪 不仅仅改进了 加速度和效率。 由于我们正在跟踪 质量运动的相位， 我们可以精确地 以相反的方向驱动它， 从而有效制动。 当它停止时， 我们会知道。 我们不会 盲目地驱动它， 而在开环驱动器中 会很盲目， 因而无法有效制动。 此外，由于我们正在跟踪 质量的运动速度， 我们知道它是否相对于 期望的目标滞后， 我们可以超速 驱动它以加速 它的瞬态响应。 换句话说，我们可以 在闭环模式下控制 LRA。 这两个特性都 可以加快响应速度， 从而实现更清楚、 更明显的效果。 让我们看一下 连续两次快速点击的 组合触觉效果。 在第一个示例中， 我们在开环模式下 不使用自动谐振 来驱动它。 蓝色信号是 加速度计。 橙色信号是 驱动 LRA 的电压。 这两次点击 没有任何制动。 驱动器在第一次点击后 即停止驱动 LRA， 并在 LRA 停止 运动前立即 恢复驱动。 在第二个示例中，LRA 在开环模式下 再次被驱动，但尝试 在两次点击之间 制动执行器。 由于未处于 正确的相位， 并且不是正确的 持续时间，LRA 不停止， 而是以相反的方向振动。 最后，第三个示例 显示了使用 自动谐振跟踪的驱动信号。 它包含每次点击开始时 为了更快地加速而 自动超速驱动的部分。 然后驱动电压反向， 以在每次点击结束时 提供有效制动。 两次点击非常清楚， 且清晰可辨。 德州仪器 (TI) 具有 多种触觉驱动器， 它们包含自动 谐振跟踪功能， 并具有促进系统集成的 其他功能。 例如，DRV 2605 包含播放引擎， 可以播放一系列 用户精选的 预存储在 RUM 中 的触觉效果。 它还可以播放 通过模拟或 PWM 输入 提供给驱动器的效果。 它包含一个 自动校准引擎， 有助于优化 给定 LRA 的 驱动器参数。 自动诊断模式 可检测执行器和 执行器连接中的故障。 还有 DRV 2604， 它有一个可编程的 ROM， 但是没有 RUM。 在两种案例下， 都可以从外部处理器 通过 I²C 发送任意效果。 DRV 2624 和 DRV 2625 提供更低的 待机电流。 它们改进了 诊断功能，包括 阻抗测量。 采用了不同的 电池管理功能， 以延长电池寿命和性能。 最后，它们 在波形中提供了 更多灵活性， 可用于驱动 LRA 且提高了鲁棒性 和性能。 让我们总结一下 我们学到的知识。 在谐振频率下驱动 LRA 可提高效率， 但谐振频率 不是固定的， 需要跟踪。 与执行器的运动同步 是实现有效制动的关键， 并且是提高其瞬态性能 以实现清楚效果的关键。 自动谐振跟踪提供了一种 稳健的解决方案， 简化了 LRA 的使用， 实现了触觉效果。 我的演示到此结束， 感谢大家收听。
欢迎观看有关 线性谐振执行器技术的
本次演示。
线性谐振执行器， 也称为 LRA，
是通过振动提供触觉
反馈的机电器件。
这种触觉反馈 就是我们所说的触觉。
在我们的演示中， 我们将首先
介绍触觉和相关 性能指标。
然后，我们将讨论 触觉中使用的
不同类型的执行器， 包括 LRA。
我们将展示 不同类型的 LRA，
以及它们的优势。
然后，我们将深入 探讨 LRA 背后的物理原理，
并展示机械和电气模型。
还将讨论它们的频率响应。
我们将介绍一种称为 自动谐振跟踪的技术，
并将非常详细地
讨论它的优势。
最后，我们将演示使用了 自动谐振跟踪的
TI 解决方案。
在现代应用中，机械按钮
正变得越来越过时。
它们正在被触摸屏
以及电容式和电感式 触控按钮所取代。
机械按钮在按下时 向用户提供
清晰的指示。
在这里我们可以看到 按下时手指能
感觉到加速度。
很遗憾，新技术无法
向用户提供这种指示， 因为没有机械
部件。
这时就需要触觉登场了。
触觉是一种 通过触感
与用户交互的技术。
我们称之为触觉反馈。
它通过加速被触摸的 表面来实现这一目的。
触觉加速度通常 以 G 作测量单位。
1 G 是重力加速度。
产生触觉效果时， 需要用到
三个需要优化的 主要性能指标，
分别是加速度强度
和一致性、启动稳定时间、 制动稳定
时间。
当需要清楚的触觉效果时， 最后两个指标
至关重要。
市场上现在有 四种类型的
执行器。
偏心旋转质量电机， 也称为 ERM，
是不平衡的 有刷直流电机。
因此，此电机 会产生振动，
可以用于产生触觉反馈。
它们在给定的 功耗内提供
适度的加速度。
线性谐振执行器， 也称为 LRA，
可被视为 质量弹簧系统。
质量以线性方式运动，
如这张图片中所示 上下运动，生成所需的
触觉反馈。
与此形成对比的是， 使用直流电机时，
LRA 需要交变 驱动信号，
此信号可以使执行器 上下运动。
如果正确驱动， 它们可能非常高效，
并提供良好的加速度。
压电执行器使用 压电材料
向上和向下弯曲梁， 具体取决于
施加的电压。
它们通常 需要高电压，
并且制造成本 比其他执行器高，
但它们可以生成
高清触觉效果。
电磁阀由连接了弹簧的
的铁柱塞组成。
将电流施加到 环绕柱塞的线圈时，
柱塞将加速并产生
触觉效果。
它们通常比 LRA 需要 更高的电流，
但可以产生 更高的加速度。
LRA 和 ERM 是 最流行的技术，
这是因为它们价位合适。
现在，让我们重点关注 LRA。
如前所述，LRA 由 连接到弹簧的质量组成，
以线性运动产生振动。
正如我们稍后将展示的， 质量弹簧系统
是谐振系统， 因此 LRA
必须驱动到谐振频率附近，
才能获得良好的 加速性能。
使用自动谐振算法，
可以检测到谐振频率，
从而提高性能。
这一点尤其重要， 因为 LRA
是具有高 Q 因数的 谐振系统。
在这张图中， 我们可以看到
构成 Z 轴 LRA 的 不同部分。
有一个运动的质量， 包含一块永磁体，
一侧连接波形弹簧。
音圈放在永磁体
磁场内的另一侧。
流经音圈的电流
将对该质量施加 一个机械力，
该力与通过柔性 PCB 和将 LRA 连接到
驱动器的引线 提供的电流成正比。
随着质量运动， 音圈相对于磁场运动，
也会在引线上产生电压，
线圈反电动势电压。
Z 轴 LRA 通常是圆形的。
有许多不同的 LRA 供应商。
此外，还有多种 LRA 尺寸。
这张幻灯片显示了 其中一些选项。
在指定尺寸时， 前两位数字
表示直径， 最后两位数字
表示执行器高度。
矩形 LRA 可以 在 x 轴或 y 轴方向上运动。
它们也可能来自多家供应商， 具有不同的尺寸。
这张幻灯片显示了 其中一些选项。
与 ERM 相比， LRA 有多种优势。
它们可以在自身尺寸内 提供更大的加速度。
薄型 LRA 非常薄， 某些执行器测量高度
仅 2 毫米。
加速度可以通过 振幅调制来控制，
与 ERM 截然不同的是， 后者加速度和振动
频率不能解耦。
LRA 中的高 Q 因数 可实现高功效，
虽然这样做的代价是
必须更精确地在 谐振频率下驱动 LRA。
最后，没有可磨损
并影响执行器 寿命的电刷。
作为质量弹簧系统，LRA
被建模为二阶系统。
谐振频率 由弹簧的刚度
和质量决定。
除了是质量和 刚度的函数，
质量因数 以及相应的带宽
还受摩擦力的影响。
从机械上来说， 更低的摩擦力
可实现更高效的设计。
但使用更窄的带宽时，
若没有可以跟踪 谐振频率的机制，
则更难以驱动。
在电气侧，该模型
包括音圈的 直流电阻
和电感。
此外，随着质量运动， 线圈相对于
永磁体运动，
从而产生 反电动势电压。
该反电动势电压 与质量的速度
成正比。
通过感应反电动势， 我们可以跟踪
质量的运动并优化 传递到 LRA 的驱动信号，
以有效加速或制动。
下面是一些 显示真实 LRA
的频率响应的图。
如您所见，谐振频率
会随施加到 LRA 的电压振幅的变化
而变化。
变化很明显。
对所有振幅施加 固定的输出频率，
会导致不太理想的 解决方案，
这将提供比预期 更小的加速度。
自动谐振跟踪 可以自动
检测 LRA 谐振频率。
实际上，它会通过 反电动势电压
检测质量运动的 相位和幅度。
这使我们可以跟踪 由于制造公差、
组件老化、温度等 引起的谐振频率
变化。
它实际上逐个 周期跟踪谐振频率，
这样，我们就能总是 以正确的频率和
正确的相位 最佳地驱动 LRA。
在不使用自动谐振时， 如果谐振频率只是
移动几赫兹， 则加速性能可能会降低
50% 或更多。
在该图中，我们显示了
具有相同模型的 不同 LRA
在谐振频率 从 227 赫兹变化到
233 赫兹时的加速度。
橙色点表示， 在不使用自动谐振跟踪的情况下，
以固定频率 230 赫兹
驱动所有这些 LRA 时
的加速度。
加速度变化可高达 50%。
蓝色点表示 使用自动谐振跟踪
时的加速度。
在后一种情况下， 所有 LRA 都是
以最佳频率 自动驱动的。
在所有 LRA 中， 加速度更趋于一致。
自动谐振跟踪 不仅仅改进了
加速度和效率。
由于我们正在跟踪 质量运动的相位，
我们可以精确地 以相反的方向驱动它，
从而有效制动。
当它停止时， 我们会知道。
我们不会 盲目地驱动它，
而在开环驱动器中 会很盲目，
因而无法有效制动。
此外，由于我们正在跟踪 质量的运动速度，
我们知道它是否相对于 期望的目标滞后，
我们可以超速 驱动它以加速
它的瞬态响应。
换句话说，我们可以 在闭环模式下控制 LRA。
这两个特性都 可以加快响应速度，
从而实现更清楚、 更明显的效果。
让我们看一下 连续两次快速点击的
组合触觉效果。
在第一个示例中， 我们在开环模式下
不使用自动谐振 来驱动它。
蓝色信号是 加速度计。
橙色信号是 驱动 LRA 的电压。
这两次点击 没有任何制动。
驱动器在第一次点击后 即停止驱动 LRA，
并在 LRA 停止 运动前立即
恢复驱动。
在第二个示例中，LRA
在开环模式下 再次被驱动，但尝试
在两次点击之间 制动执行器。
由于未处于 正确的相位，
并且不是正确的 持续时间，LRA 不停止，
而是以相反的方向振动。
最后，第三个示例 显示了使用
自动谐振跟踪的驱动信号。
它包含每次点击开始时
为了更快地加速而 自动超速驱动的部分。
然后驱动电压反向，
以在每次点击结束时 提供有效制动。
两次点击非常清楚， 且清晰可辨。
德州仪器 (TI) 具有 多种触觉驱动器，
它们包含自动 谐振跟踪功能，
并具有促进系统集成的 其他功能。
例如，DRV 2605 包含播放引擎，
可以播放一系列 用户精选的
预存储在 RUM 中 的触觉效果。
它还可以播放 通过模拟或 PWM 输入
提供给驱动器的效果。
它包含一个 自动校准引擎，
有助于优化 给定 LRA 的
驱动器参数。
自动诊断模式 可检测执行器和
执行器连接中的故障。
还有 DRV 2604， 它有一个可编程的 ROM，
但是没有 RUM。
在两种案例下， 都可以从外部处理器
通过 I²C 发送任意效果。
DRV 2624 和 DRV 2625 提供更低的
待机电流。
它们改进了 诊断功能，包括
阻抗测量。
采用了不同的 电池管理功能，
以延长电池寿命和性能。
最后，它们 在波形中提供了
更多灵活性， 可用于驱动
LRA 且提高了鲁棒性
和性能。
让我们总结一下 我们学到的知识。
在谐振频率下驱动 LRA 可提高效率，
但谐振频率 不是固定的，
需要跟踪。
与执行器的运动同步
是实现有效制动的关键，
并且是提高其瞬态性能 以实现清楚效果的关键。
自动谐振跟踪提供了一种 稳健的解决方案，
简化了 LRA 的使用， 实现了触觉效果。
我的演示到此结束， 感谢大家收听。
欢迎观看有关 线性谐振执行器技术的 本次演示。 线性谐振执行器， 也称为 LRA， 是通过振动提供触觉 反馈的机电器件。 这种触觉反馈 就是我们所说的触觉。 在我们的演示中， 我们将首先 介绍触觉和相关 性能指标。 然后，我们将讨论 触觉中使用的 不同类型的执行器， 包括 LRA。 我们将展示 不同类型的 LRA， 以及它们的优势。 然后，我们将深入 探讨 LRA 背后的物理原理， 并展示机械和电气模型。 还将讨论它们的频率响应。 我们将介绍一种称为 自动谐振跟踪的技术， 并将非常详细地 讨论它的优势。 最后，我们将演示使用了 自动谐振跟踪的 TI 解决方案。 在现代应用中，机械按钮 正变得越来越过时。 它们正在被触摸屏 以及电容式和电感式 触控按钮所取代。 机械按钮在按下时 向用户提供 清晰的指示。 在这里我们可以看到 按下时手指能 感觉到加速度。 很遗憾，新技术无法 向用户提供这种指示， 因为没有机械 部件。 这时就需要触觉登场了。 触觉是一种 通过触感 与用户交互的技术。 我们称之为触觉反馈。 它通过加速被触摸的 表面来实现这一目的。 触觉加速度通常 以 G 作测量单位。 1 G 是重力加速度。 产生触觉效果时， 需要用到 三个需要优化的 主要性能指标， 分别是加速度强度 和一致性、启动稳定时间、 制动稳定 时间。 当需要清楚的触觉效果时， 最后两个指标 至关重要。 市场上现在有 四种类型的 执行器。 偏心旋转质量电机， 也称为 ERM， 是不平衡的 有刷直流电机。 因此，此电机 会产生振动， 可以用于产生触觉反馈。 它们在给定的 功耗内提供 适度的加速度。 线性谐振执行器， 也称为 LRA， 可被视为 质量弹簧系统。 质量以线性方式运动， 如这张图片中所示 上下运动，生成所需的 触觉反馈。 与此形成对比的是， 使用直流电机时， LRA 需要交变 驱动信号， 此信号可以使执行器 上下运动。 如果正确驱动， 它们可能非常高效， 并提供良好的加速度。 压电执行器使用 压电材料 向上和向下弯曲梁， 具体取决于 施加的电压。 它们通常 需要高电压， 并且制造成本 比其他执行器高， 但它们可以生成 高清触觉效果。 电磁阀由连接了弹簧的 的铁柱塞组成。 将电流施加到 环绕柱塞的线圈时， 柱塞将加速并产生 触觉效果。 它们通常比 LRA 需要 更高的电流， 但可以产生 更高的加速度。 LRA 和 ERM 是 最流行的技术， 这是因为它们价位合适。 现在，让我们重点关注 LRA。 如前所述，LRA 由 连接到弹簧的质量组成， 以线性运动产生振动。 正如我们稍后将展示的， 质量弹簧系统 是谐振系统， 因此 LRA 必须驱动到谐振频率附近， 才能获得良好的 加速性能。 使用自动谐振算法， 可以检测到谐振频率， 从而提高性能。 这一点尤其重要， 因为 LRA 是具有高 Q 因数的 谐振系统。 在这张图中， 我们可以看到 构成 Z 轴 LRA 的 不同部分。 有一个运动的质量， 包含一块永磁体， 一侧连接波形弹簧。 音圈放在永磁体 磁场内的另一侧。 流经音圈的电流 将对该质量施加 一个机械力， 该力与通过柔性 PCB 和将 LRA 连接到 驱动器的引线 提供的电流成正比。 随着质量运动， 音圈相对于磁场运动， 也会在引线上产生电压， 线圈反电动势电压。 Z 轴 LRA 通常是圆形的。 有许多不同的 LRA 供应商。 此外，还有多种 LRA 尺寸。 这张幻灯片显示了 其中一些选项。 在指定尺寸时， 前两位数字 表示直径， 最后两位数字 表示执行器高度。 矩形 LRA 可以 在 x 轴或 y 轴方向上运动。 它们也可能来自多家供应商， 具有不同的尺寸。 这张幻灯片显示了 其中一些选项。 与 ERM 相比， LRA 有多种优势。 它们可以在自身尺寸内 提供更大的加速度。 薄型 LRA 非常薄， 某些执行器测量高度 仅 2 毫米。 加速度可以通过 振幅调制来控制， 与 ERM 截然不同的是， 后者加速度和振动 频率不能解耦。 LRA 中的高 Q 因数 可实现高功效， 虽然这样做的代价是 必须更精确地在 谐振频率下驱动 LRA。 最后，没有可磨损 并影响执行器 寿命的电刷。 作为质量弹簧系统，LRA 被建模为二阶系统。 谐振频率 由弹簧的刚度 和质量决定。 除了是质量和 刚度的函数， 质量因数 以及相应的带宽 还受摩擦力的影响。 从机械上来说， 更低的摩擦力 可实现更高效的设计。 但使用更窄的带宽时， 若没有可以跟踪 谐振频率的机制， 则更难以驱动。 在电气侧，该模型 包括音圈的 直流电阻 和电感。 此外，随着质量运动， 线圈相对于 永磁体运动， 从而产生 反电动势电压。 该反电动势电压 与质量的速度 成正比。 通过感应反电动势， 我们可以跟踪 质量的运动并优化 传递到 LRA 的驱动信号， 以有效加速或制动。 下面是一些 显示真实 LRA 的频率响应的图。 如您所见，谐振频率 会随施加到 LRA 的电压振幅的变化 而变化。 变化很明显。 对所有振幅施加 固定的输出频率， 会导致不太理想的 解决方案， 这将提供比预期 更小的加速度。 自动谐振跟踪 可以自动 检测 LRA 谐振频率。 实际上，它会通过 反电动势电压 检测质量运动的 相位和幅度。 这使我们可以跟踪 由于制造公差、 组件老化、温度等 引起的谐振频率 变化。 它实际上逐个 周期跟踪谐振频率， 这样，我们就能总是 以正确的频率和 正确的相位 最佳地驱动 LRA。 在不使用自动谐振时， 如果谐振频率只是 移动几赫兹， 则加速性能可能会降低 50% 或更多。 在该图中，我们显示了 具有相同模型的 不同 LRA 在谐振频率 从 227 赫兹变化到 233 赫兹时的加速度。 橙色点表示， 在不使用自动谐振跟踪的情况下， 以固定频率 230 赫兹 驱动所有这些 LRA 时 的加速度。 加速度变化可高达 50%。 蓝色点表示 使用自动谐振跟踪 时的加速度。 在后一种情况下， 所有 LRA 都是 以最佳频率 自动驱动的。 在所有 LRA 中， 加速度更趋于一致。 自动谐振跟踪 不仅仅改进了 加速度和效率。 由于我们正在跟踪 质量运动的相位， 我们可以精确地 以相反的方向驱动它， 从而有效制动。 当它停止时， 我们会知道。 我们不会 盲目地驱动它， 而在开环驱动器中 会很盲目， 因而无法有效制动。 此外，由于我们正在跟踪 质量的运动速度， 我们知道它是否相对于 期望的目标滞后， 我们可以超速 驱动它以加速 它的瞬态响应。 换句话说，我们可以 在闭环模式下控制 LRA。 这两个特性都 可以加快响应速度， 从而实现更清楚、 更明显的效果。 让我们看一下 连续两次快速点击的 组合触觉效果。 在第一个示例中， 我们在开环模式下 不使用自动谐振 来驱动它。 蓝色信号是 加速度计。 橙色信号是 驱动 LRA 的电压。 这两次点击 没有任何制动。 驱动器在第一次点击后 即停止驱动 LRA， 并在 LRA 停止 运动前立即 恢复驱动。 在第二个示例中，LRA 在开环模式下 再次被驱动，但尝试 在两次点击之间 制动执行器。 由于未处于 正确的相位， 并且不是正确的 持续时间，LRA 不停止， 而是以相反的方向振动。 最后，第三个示例 显示了使用 自动谐振跟踪的驱动信号。 它包含每次点击开始时 为了更快地加速而 自动超速驱动的部分。 然后驱动电压反向， 以在每次点击结束时 提供有效制动。 两次点击非常清楚， 且清晰可辨。 德州仪器 (TI) 具有 多种触觉驱动器， 它们包含自动 谐振跟踪功能， 并具有促进系统集成的 其他功能。 例如，DRV 2605 包含播放引擎， 可以播放一系列 用户精选的 预存储在 RUM 中 的触觉效果。 它还可以播放 通过模拟或 PWM 输入 提供给驱动器的效果。 它包含一个 自动校准引擎， 有助于优化 给定 LRA 的 驱动器参数。 自动诊断模式 可检测执行器和 执行器连接中的故障。 还有 DRV 2604， 它有一个可编程的 ROM， 但是没有 RUM。 在两种案例下， 都可以从外部处理器 通过 I²C 发送任意效果。 DRV 2624 和 DRV 2625 提供更低的 待机电流。 它们改进了 诊断功能，包括 阻抗测量。 采用了不同的 电池管理功能， 以延长电池寿命和性能。 最后，它们 在波形中提供了 更多灵活性， 可用于驱动 LRA 且提高了鲁棒性 和性能。 让我们总结一下 我们学到的知识。 在谐振频率下驱动 LRA 可提高效率， 但谐振频率 不是固定的， 需要跟踪。 与执行器的运动同步 是实现有效制动的关键， 并且是提高其瞬态性能 以实现清楚效果的关键。 自动谐振跟踪提供了一种 稳健的解决方案， 简化了 LRA 的使用， 实现了触觉效果。 我的演示到此结束， 感谢大家收听。
欢迎观看有关 线性谐振执行器技术的
本次演示。
线性谐振执行器， 也称为 LRA，
是通过振动提供触觉
反馈的机电器件。
这种触觉反馈 就是我们所说的触觉。
在我们的演示中， 我们将首先
介绍触觉和相关 性能指标。
然后，我们将讨论 触觉中使用的
不同类型的执行器， 包括 LRA。
我们将展示 不同类型的 LRA，
以及它们的优势。
然后，我们将深入 探讨 LRA 背后的物理原理，
并展示机械和电气模型。
还将讨论它们的频率响应。
我们将介绍一种称为 自动谐振跟踪的技术，
并将非常详细地
讨论它的优势。
最后，我们将演示使用了 自动谐振跟踪的
TI 解决方案。
在现代应用中，机械按钮
正变得越来越过时。
它们正在被触摸屏
以及电容式和电感式 触控按钮所取代。
机械按钮在按下时 向用户提供
清晰的指示。
在这里我们可以看到 按下时手指能
感觉到加速度。
很遗憾，新技术无法
向用户提供这种指示， 因为没有机械
部件。
这时就需要触觉登场了。
触觉是一种 通过触感
与用户交互的技术。
我们称之为触觉反馈。
它通过加速被触摸的 表面来实现这一目的。
触觉加速度通常 以 G 作测量单位。
1 G 是重力加速度。
产生触觉效果时， 需要用到
三个需要优化的 主要性能指标，
分别是加速度强度
和一致性、启动稳定时间、 制动稳定
时间。
当需要清楚的触觉效果时， 最后两个指标
至关重要。
市场上现在有 四种类型的
执行器。
偏心旋转质量电机， 也称为 ERM，
是不平衡的 有刷直流电机。
因此，此电机 会产生振动，
可以用于产生触觉反馈。
它们在给定的 功耗内提供
适度的加速度。
线性谐振执行器， 也称为 LRA，
可被视为 质量弹簧系统。
质量以线性方式运动，
如这张图片中所示 上下运动，生成所需的
触觉反馈。
与此形成对比的是， 使用直流电机时，
LRA 需要交变 驱动信号，
此信号可以使执行器 上下运动。
如果正确驱动， 它们可能非常高效，
并提供良好的加速度。
压电执行器使用 压电材料
向上和向下弯曲梁， 具体取决于
施加的电压。
它们通常 需要高电压，
并且制造成本 比其他执行器高，
但它们可以生成
高清触觉效果。
电磁阀由连接了弹簧的
的铁柱塞组成。
将电流施加到 环绕柱塞的线圈时，
柱塞将加速并产生
触觉效果。
它们通常比 LRA 需要 更高的电流，
但可以产生 更高的加速度。
LRA 和 ERM 是 最流行的技术，
这是因为它们价位合适。
现在，让我们重点关注 LRA。
如前所述，LRA 由 连接到弹簧的质量组成，
以线性运动产生振动。
正如我们稍后将展示的， 质量弹簧系统
是谐振系统， 因此 LRA
必须驱动到谐振频率附近，
才能获得良好的 加速性能。
使用自动谐振算法，
可以检测到谐振频率，
从而提高性能。
这一点尤其重要， 因为 LRA
是具有高 Q 因数的 谐振系统。
在这张图中， 我们可以看到
构成 Z 轴 LRA 的 不同部分。
有一个运动的质量， 包含一块永磁体，
一侧连接波形弹簧。
音圈放在永磁体
磁场内的另一侧。
流经音圈的电流
将对该质量施加 一个机械力，
该力与通过柔性 PCB 和将 LRA 连接到
驱动器的引线 提供的电流成正比。
随着质量运动， 音圈相对于磁场运动，
也会在引线上产生电压，
线圈反电动势电压。
Z 轴 LRA 通常是圆形的。
有许多不同的 LRA 供应商。
此外，还有多种 LRA 尺寸。
这张幻灯片显示了 其中一些选项。
在指定尺寸时， 前两位数字
表示直径， 最后两位数字
表示执行器高度。
矩形 LRA 可以 在 x 轴或 y 轴方向上运动。
它们也可能来自多家供应商， 具有不同的尺寸。
这张幻灯片显示了 其中一些选项。
与 ERM 相比， LRA 有多种优势。
它们可以在自身尺寸内 提供更大的加速度。
薄型 LRA 非常薄， 某些执行器测量高度
仅 2 毫米。
加速度可以通过 振幅调制来控制，
与 ERM 截然不同的是， 后者加速度和振动
频率不能解耦。
LRA 中的高 Q 因数 可实现高功效，
虽然这样做的代价是
必须更精确地在 谐振频率下驱动 LRA。
最后，没有可磨损
并影响执行器 寿命的电刷。
作为质量弹簧系统，LRA
被建模为二阶系统。
谐振频率 由弹簧的刚度
和质量决定。
除了是质量和 刚度的函数，
质量因数 以及相应的带宽
还受摩擦力的影响。
从机械上来说， 更低的摩擦力
可实现更高效的设计。
但使用更窄的带宽时，
若没有可以跟踪 谐振频率的机制，
则更难以驱动。
在电气侧，该模型
包括音圈的 直流电阻
和电感。
此外，随着质量运动， 线圈相对于
永磁体运动，
从而产生 反电动势电压。
该反电动势电压 与质量的速度
成正比。
通过感应反电动势， 我们可以跟踪
质量的运动并优化 传递到 LRA 的驱动信号，
以有效加速或制动。
下面是一些 显示真实 LRA
的频率响应的图。
如您所见，谐振频率
会随施加到 LRA 的电压振幅的变化
而变化。
变化很明显。
对所有振幅施加 固定的输出频率，
会导致不太理想的 解决方案，
这将提供比预期 更小的加速度。
自动谐振跟踪 可以自动
检测 LRA 谐振频率。
实际上，它会通过 反电动势电压
检测质量运动的 相位和幅度。
这使我们可以跟踪 由于制造公差、
组件老化、温度等 引起的谐振频率
变化。
它实际上逐个 周期跟踪谐振频率，
这样，我们就能总是 以正确的频率和
正确的相位 最佳地驱动 LRA。
在不使用自动谐振时， 如果谐振频率只是
移动几赫兹， 则加速性能可能会降低
50% 或更多。
在该图中，我们显示了
具有相同模型的 不同 LRA
在谐振频率 从 227 赫兹变化到
233 赫兹时的加速度。
橙色点表示， 在不使用自动谐振跟踪的情况下，
以固定频率 230 赫兹
驱动所有这些 LRA 时
的加速度。
加速度变化可高达 50%。
蓝色点表示 使用自动谐振跟踪
时的加速度。
在后一种情况下， 所有 LRA 都是
以最佳频率 自动驱动的。
在所有 LRA 中， 加速度更趋于一致。
自动谐振跟踪 不仅仅改进了
加速度和效率。
由于我们正在跟踪 质量运动的相位，
我们可以精确地 以相反的方向驱动它，
从而有效制动。
当它停止时， 我们会知道。
我们不会 盲目地驱动它，
而在开环驱动器中 会很盲目，
因而无法有效制动。
此外，由于我们正在跟踪 质量的运动速度，
我们知道它是否相对于 期望的目标滞后，
我们可以超速 驱动它以加速
它的瞬态响应。
换句话说，我们可以 在闭环模式下控制 LRA。
这两个特性都 可以加快响应速度，
从而实现更清楚、 更明显的效果。
让我们看一下 连续两次快速点击的
组合触觉效果。
在第一个示例中， 我们在开环模式下
不使用自动谐振 来驱动它。
蓝色信号是 加速度计。
橙色信号是 驱动 LRA 的电压。
这两次点击 没有任何制动。
驱动器在第一次点击后 即停止驱动 LRA，
并在 LRA 停止 运动前立即
恢复驱动。
在第二个示例中，LRA
在开环模式下 再次被驱动，但尝试
在两次点击之间 制动执行器。
由于未处于 正确的相位，
并且不是正确的 持续时间，LRA 不停止，
而是以相反的方向振动。
最后，第三个示例 显示了使用
自动谐振跟踪的驱动信号。
它包含每次点击开始时
为了更快地加速而 自动超速驱动的部分。
然后驱动电压反向，
以在每次点击结束时 提供有效制动。
两次点击非常清楚， 且清晰可辨。
德州仪器 (TI) 具有 多种触觉驱动器，
它们包含自动 谐振跟踪功能，
并具有促进系统集成的 其他功能。
例如，DRV 2605 包含播放引擎，
可以播放一系列 用户精选的
预存储在 RUM 中 的触觉效果。
它还可以播放 通过模拟或 PWM 输入
提供给驱动器的效果。
它包含一个 自动校准引擎，
有助于优化 给定 LRA 的
驱动器参数。
自动诊断模式 可检测执行器和
执行器连接中的故障。
还有 DRV 2604， 它有一个可编程的 ROM，
但是没有 RUM。
在两种案例下， 都可以从外部处理器
通过 I²C 发送任意效果。
DRV 2624 和 DRV 2625 提供更低的
待机电流。
它们改进了 诊断功能，包括
阻抗测量。
采用了不同的 电池管理功能，
以延长电池寿命和性能。
最后，它们 在波形中提供了
更多灵活性， 可用于驱动
LRA 且提高了鲁棒性
和性能。
让我们总结一下 我们学到的知识。
在谐振频率下驱动 LRA 可提高效率，
但谐振频率 不是固定的，
需要跟踪。
与执行器的运动同步
是实现有效制动的关键，
并且是提高其瞬态性能 以实现清楚效果的关键。
自动谐振跟踪提供了一种 稳健的解决方案，
简化了 LRA 的使用， 实现了触觉效果。
我的演示到此结束， 感谢大家收听。
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视频简介
线性谐振执行器 (LRA) 技术
所属课程：传动器技术
发布时间：2022.12.12
视频集数：4
本节视频时长：00:14:21
我们的执行器驱动器产品系列提供创新算法和高集成度，可降低成本和功耗、减小电路板尺寸，同时在各种触觉和触控界面应用中实现 ERM、LRA、压电式和电磁阀执行器的性能优化。这些振动可用于模拟电容式屏幕或按钮上的触感，或在整个器件上产生振动，以实现肢体和听觉通知。
未学习 传动器技术简介
未学习 压电致动器技术
未学习 偏心旋转质量 (ERM) 技术
未学习 线性谐振执行器 (LRA) 技术
