除了操作上的差异外,ERM 和 LRA 器件还提供了多种封装样式。ERM 器件可采用硬币或条形封装,LRA 则采用硬币、棱形(矩形)或桶形封装(图 1)。硬币式 ERM 和 LRA 器件通常直径约 8 mm,厚度约 3 mm。条形 ERM 触感器件的尺寸较大,长约 12 mm,宽约 4 mm。
图 1:ERM 提供条形或硬币封装,LRA 则提供硬币、桶形或棱形格式。(图片来源:PUI Audio)
硬币式 ERM 器件
对可穿戴设备这类可以从硬币式 ERM 器件获益的应用而言,设计人员可以使用来自 PUI Audio 的直径 8 mm、厚度 3 mm 的 HD-EM0803-LW20-R。HD-EM0803-LW20-R 的规格包括:
· 额定转速每分钟 12,000 (±3,000) 转 (rpm)
· 端子电阻 38 Ω (±50%)
· 输入电压 3 V 直流
· 额定电流消耗 80 mA
· 工作温度范围 -20 至 +60 °C
对于需要在更具挑战性的热环境中工作的器件,设计人员可以改用 HD-EM1003-LW15-R,其额定工作温度为 -30°C 至 +70°C。它与 HD-EM0803-LW20-R 具有相同的额定转速和尺寸,其端子电阻为 46 Ω (±50%),额定电流消耗为 85 mA。这两种硬币式 ERM 器件都可以使用正、负直流电驱动,以实现顺时针或逆时针转动。它们包括 20 mm 的导线,可实现灵活的电气连接,并产生最大 50 dBA 的声学噪声。
条形 ERM
HD-EM1206-SC-R 长 12.4 mm,宽 3.8 mm。当以 3 V 直流电驱动时,其额定转速为 12,000 (±3,000) rpm,额定工作温度为 -20 至 +60°C,可产生最大 50 dBA 的声学噪声。需要较低声学噪声级的设计可以使用 HD-EM1204-SC-R(图 2)。此型号产生的最大声学噪声仅为 45 dBA。与 HD-EM1206-SC-R 相比,它还具有更高的额定转速 13,000 (±3,000) rpm,以及更宽的工作温度范围 -30°C 至 +70°C。两个器件都具有 30 Ω (±20%) 的较低端子电阻和 90 mA 的额定电流消耗。
图 2:HD-EM1204-SC-R ERM 适用于声学噪声级要求较低的应用。(图片来源:PUI Audio)
LRA 器件
需要更快响应速度、更高能源效率和更强振动的设计可以使用 PUI Audio 直径 8 mm、高 3.2 mm 的 HD-LA0803-LW10-R LRA 器件(图 3)。相较于 ERM 触感器件,LRA 器件的精度更高。例如,ERM 器件的电阻范围为 30 (±20%) 至 46 Ω (±50%),而 HD-LA0803-LW10-R 的电阻规格为 25 Ω (±15%)。HD-LA0803-LW10-R 的功耗约为 180 mW (2 VRMS x 90 mA),而以上讨论的 ERM 器件功耗则为 240 至 270 mW。此 LRA 器件的工作温度范围为 -20 至 +70°C。
图 3:HD-LA0803-LW10-R LRA 兼具振动强、响应速度快和能源效率高的特点。(图片来源:PUI Audio)
系统集成
使用双面胶带是硬币式触感器件的首选装配方法,可以为系统提供最佳振动耦合。双面胶带器件包括需要通孔连接并以手动方式焊接到电路板的引线。条形、桶形和棱形器件提供两种不同的系统集成样式:双面胶带和弹簧触头。当使用双面胶带时,这些器件包括与硬币式器件一样的手工焊接的引线。使用弹簧触头可以将振动耦合功能与电气连接合二为一。弹簧触头消除了手工焊接的需要,既简化了装配又降低了成本。此外,使用弹簧触头还可以简化现场维修。
驱动触感器件
分立驱动电路可以与 LRA 和 ERM 器件一起使用。虽然使用由分立元器件制成的驱动器可以降低成本,尤其是相对简单的设计,但与驱动器 IC 相比,可能导致解决方案的尺寸更大,上市时间更久。对于需要紧凑型和高性能解决方案的应用,设计人员可以改用 Texas Instruments 的 DRV2605L。DRV2605L 是一个可实现高质量触摸式反馈的完整闭环控制系统,可用于驱动 ERM 和 LRA 器件(图 4)。DRV2605L 可以使用 Immersion 的 TouchSense 2200 软件,该软件拥有 100 多种许可的触感效果,以及音频到振动转换功能。
图 4:DRV2605L IC 可以驱动 LRA 或 ERM 触感器件。(图片来源:Texas Instruments)
振动测试
由于触感器件的运行以振动为基础,所以它们的结构必须非常坚固。PUI Audio 规定了用于振动测试的测试夹具,如图 5 所示。该测试由工业级电动振动测试系统实现。它可以针对特定的振动测试进行编程,以模拟各种工况,如正弦振动、随机振动和机械冲击脉冲。
图 5:推荐用于触感器件振动测试的测试夹具。(图片来源:PUI Audio)
PUI Audio 为其触感器件规定了三种振动测试(参见表 1)。器件完成测试并“休息”四个小时后,必须满足额定转速(对于 ERM 器件)或加速度(对于 LRA 型号)规格,以及电阻、额定电流和噪声规格。
表 1:触感器件的振动测试规格。(表格来源:PUI Audio)
除了振动测试外,PUI Audio 还定义了如下所示的冲击测试:
· 加速度:半正弦波 500 g
· 持续时间:2 ms
· 测试/面:3 次/6 个面,共计 18 次冲击
通过/失败的标准与振动测试相同。
测量声学噪声
触感器件产生的声学(机械)噪声级各不相同,触感器件的安装方式在尽可能降低噪声级方面起到关键作用。PUI Audio 建议使用特定的测试设置来测量触感器件的声学噪声,如图 6 所示。测试应在环境噪声为 23 dBA 的屏蔽室内进行。如果同预期的系统安装一样,将器件安装到 75 g 夹具中,这项测试将会告诉设计人员应用中的预期噪声级。
图 6:推荐用于测量触感器件声学噪声的测试夹具。(图片来源:PUI Audio)
结语
通过向用户提供触摸式反馈,触感器件可用来改善 HMI 性能,并帮助创建高性能的多感官环境。但在考虑使用触感器件时,设计人员需要了解 ERM 和 LRA 技术之间的权衡、如何有效地驱动这两种技术,以及如何进行测试,以确保实现所需的系统可靠性和性能水平。如上所示,触感器件及驱动器和测试程序都是现成可用的。