线性谐振传动器 LRA如何工作

客座博主山塔努巴鲁(shanta nu Kumar)是体细胞实验室的联合创始人，并创立了Moment，这是一款完全通过触摸与用户交流的创新型可穿戴设备。

LRA结构图

线性共振致动器(LRA)是一种振动电机，在单个轴上产生振荡力。与DC偏心旋转质量(ERM)电机不同，线性谐振驱动器依靠交流电压来驱动音圈，音圈压在连接到弹簧的移动质量上。当音圈以弹簧的共振频率被驱动时，整个致动器以可察觉的力振动。虽然线性谐振驱动器的频率和振幅可以通过改变交流输入来调节，但是驱动器必须在其谐振频率下被驱动，以产生具有大电流的相当大的力。

当振动产生并压向移动质量时，音圈在设备内保持静止。通过相对于弹簧上下驱动磁体，LRA作为一个整体被移动，产生振动。基本机制类似于扬声器产生声音的机制。在扬声器中，空气穿过锥体，通过将交流电的频率和振幅转换为振动频率和振幅，以不同的频率进行位移。在内部，扬声器通过快速变化的交流电移动磁体来完成这项任务。与可以在任何频率下驱动的扬声器不同，LRA在特定频率范围内的触觉应用是有用的。

除了将音圈产生的力直接传递到皮肤，该设备还通过使用弹簧的共振频率来优化功耗。如果音圈以弹簧的共振频率推动磁体块抵靠弹簧，则该装置可以更有效地产生具有更高振幅的振动。因为音圈由交流电驱动，所以可以独立地模拟和修改预期的振动频率和振幅。这与ERM电机不同，ERM电机耦合产生振动的两个特性。

虽然频率可以改变，但LRA通常会在较窄的频率范围内工作，以优化其功耗。——如果该装置以弹簧共振频率驱动，则产生等幅振动将消耗较少的功率。无论如何，这种改进本身就提供了一个超越ERM电机的独特优势：时变强度的精确波形可以在固定频率的LRA中重现，ERM电机中变化强度的波形也会产生变化的振动频率。

LRA的典型启动时间约为10ms，是ERM电机产生振动所需时间的一小部分。当电流施加到设备中的音圈时，磁体质量立即移动，从而产生这种令人难以置信的速度。在ERM电机中，振动只能在电机达到运行速度后产生。即使电机被过度驱动以产生更快的加速度，电机也可能需要20-50毫秒才能达到预期的振动强度。遗憾的是，LRA的停止时间明显比ERM电机长。由于内部弹簧在运行过程中持续储存动能，LRA可能需要300 ms才能停止振动。幸运的是，主动制动机制也可以用于LRA，通过对提供给执行器的交流信号进行180度相移，可以通过产生与振荡弹簧相反的力来非常快速地停止振动(大约10ms内)。

许多现代手机使用LRA而不是其他类型的振动电机，以便用更少的功率产生更大范围的振动触觉效果。其他消费电子产品，例如文章游戏控制器，也使用线性谐振致动器来为触摸板提供触觉反馈。

Dafruit的DRV2605突围照片由Adafruit提供。

Adafruit Industries销售DRV2605分线板，适用于使用LRA的设备的模拟原型。配电板可以很容易地与任何电子原型平台集成。您还可以在网上找到分线板的其他变体。

现成的芯片可以简化一些应用的开发过程。TI的触觉驱动器如DRV2605和DRV2605可以驱动LRA和ERM电机。当我们设计一个具有丰富触觉反馈的可穿戴设备Moment时，我们使用DRV2605在四个线性谐振驱动器中提供沉浸式触觉效果。

力矩旋转使用精确定时的触觉效果在皮肤上产生运动感。这提供了一个独特的机会来创建信息的触觉表现。例如，内置的触觉罗盘可以让用户始终感受到真正的北方位置。Moment还配备了计时器，将时间的流逝转化为在用户手腕上移动的感觉，并提高他们对不同任务花费多少时间的意识。DRV2605使我们能够快速制作器件原型并开发这些独特的应用，而无需担心驱动LRA的复杂性。

由于DRV2605简化了以正确谐振频率驱动LRA的过程，我们可以更快地迭代硬件设计的其他部分。此外，通过其I2C接口将DRV2605实现为带有微控制器的电路非常简单，占用空间小，除驱动芯片外只需要去耦电容。为您的设计选择LRA还有助于提高精度和寿命。

虽然线性谐振驱动器似乎很难在定制设计中实现，但TIDRV2605等触觉驱动芯片可以简化过程，提高性能，降低整体功耗。

TI的驱动器旨在驱动触觉致动器，并通过消除不必要的功能和软件控制来简化设计过程。提高性能和简化设计涉及几个功能。例如，自动闭环反馈改善了ERM和LRA的响应。自动校准检测并配置每个执行器的闭环反馈系数，自谐振检测感知LRA的谐振频率。

因为是根据用户需求定制的，所以LRA可以提供更好的整体触觉体验。LRA还在发展，努力降低功耗和电路板占用面积，同时产生更锐利更强的触觉效果。

随着我们越来越依赖电子用户界面，我们需要触觉反馈来帮助我们理解系统正在做什么。触觉技术不仅使我们获得更满意的体验，而且有助于改善控制、扩展功能和增强系统用户的安全性，同时帮助制造商实现产品的差异化。