如何打造一塊讓你“有感覺”的觸控式螢幕
觸控式螢幕伴隨著智慧手機走進人們生活，已經有十多年了，毫不誇張地講，它的出現是人機對話模式（HMI）的一次革命——自從觸控式螢幕出現之後，鍵盤、軌跡球、手寫筆之類機械式的HMI設備就逐漸成了浮雲，用戶的所有操作靠手指頭在螢幕上點劃就行。
隨著螢幕的尺寸原來越大，手機上最後的幾個按鍵也顯得多餘，於是幾年前人們將它們也都“刪除”掉了，所以，今天的智慧手機都是被一整塊觸控式螢幕覆蓋著。不過，這樣做也會給用戶帶來一些麻煩，比如幾台暗屏的手機放在一起，正面全是黑黑的一塊玻璃屏，毫無辨識度。
但更大的麻煩在於，按鍵等機械式的HMI設備，會給使用者帶來一種特有的“觸覺”體驗，在人機交互過程中給用戶明確清晰的回饋信號，讓其感受並確認自己的操作結果。而一塊普通的觸控式螢幕是沒有這樣的功能，比如你在點按一個螢幕上的圖形化虛擬按鍵時，並不一定能夠確保真的“按”到了位。
解決這個麻煩，就需要其他技術進行“補位”，這個能夠彌補觸控式螢幕缺憾的技術就是觸覺回饋（Haptic）。簡單地講，觸覺回饋就是透過一個特殊的傳動器（Actuator）產生一個受控、特殊的振動信號，去模仿人們點擊實體機械按鍵時的感覺；同一個傳動器還可以對應用戶不同的操作動作產生不同的振動信號，達到更加逼真和個性化的效果。
正因為這個特性，觸覺回饋技術正在逐漸成為觸控式螢幕的好“伴侶”，讓觸控式螢幕也變得更“有感覺”。而且人們逐漸發現，儘管視覺和聽覺依然是人類獲取外接資訊的主要來源，但如果運用得當，來自觸覺的“刺激”卻有可能給用戶帶來不一般的體驗。因此，觸覺回饋也就成了當下人們進行HMI設計時一個重要的技術選項。
觸覺迴饋傳動器
如上文所述，實現觸覺回饋最關鍵的一個部件就是傳動器。選擇合適的觸覺回饋傳動器，也就成了Design-In的第一步。
用於觸覺回饋的傳動器可分為三種：
- 偏轉質量馬達（ERM）：它是透過一個偏心旋轉的馬達產生振動，是一種最成熟、應用最廣泛的技術，在成本上優勢明顯；但是由於ERM存在慣性，因此回應速度（啟動時間）較慢，而且工作時的噪音比較大，形成的波形也比較單一。
- 線性共振傳動器（LRA）：LRA與ERM同為慣性觸覺傳動器，但是機械結構不同，它是一個被線圈環繞並與一個彈簧連接的磁鐵，線圈中的電信號控制磁鐵以線性方式運動，以達到共振頻率，透過調製共振幅度實現不同的觸覺效果。LRA比ERM有更快的回應速度，且功耗較低，可以產生更多樣化的振動波形；但ERM也有其弱點，其工作頻寬較窄，對環境比較敏感，長期使用器件的一致性容易發生改變。
- 壓電式傳動器（Piezo）：壓電傳動器是觸覺回饋領域的後起之秀，它是通過壓電效應產生振動——器件在載入電壓時產生彎曲，通過這種彎曲產生振動。與ERM和LRA等慣性傳動器相比，壓電式傳動器不受頻率和振幅的限制，可產生更豐富和細膩的振動波形，回應時間上可以達到毫秒級，工作噪音低，振動幅度大，外形也可以做得更緊湊；不過壓電式傳動器驅動時需要較高的峰值電壓（100-200伏），需要專門的驅動器，功耗也會比LRA高。
在設計中，開發者可以根據實際應用的需要，綜合衡量不同觸覺回饋傳動器的成本、回應時間、功耗、振動波形等特性，選取最合適的那一款。
高清驅動設計
不過，設計一個完整的觸覺回饋系統，特別是能夠提供複雜波形和更佳用戶體驗的“高清” 觸覺回饋系統，除了傳動器之外還需考慮其他要素，這些要素包括：
- 觸覺驅動器：其介於主控制器和傳動器之間，包含必要的類比功能以及數位介面，可以根據主控制器的指令為傳動器提供驅動信號。
- 軟體：用於產生觸覺回饋的波形，其可以根據系統需要運行於應用處理器、微控制器或集成驅動器中。
因此，觸覺回饋的興起，也讓相關的IC公司看到了商機，紛紛推出圍繞其生態的產品和方案。
比如今年Dialog Semiconductor就一口氣發佈了三款觸覺控制驅動IC產品，包括DA7280、DA7281和DA7282。以DA7280為例，這是一款低功耗LRA和ERM觸覺控制驅動IC，具有高達1kHz的驅動能力，可以提供更加細膩和複雜的“高清”振動波形，驅動電流高達500mA。同時360nA的空載功耗（比競品低76%），以及多種電源管理模式令其在功耗表現上也十分突出。
圖2，DA7280觸覺控制驅動IC系統框圖（圖片來源：Dialog）
Dialog的其他兩個觸覺控制驅動IC產品也各具特點：DA7281面向多驅動系統，它使用兩個原始觸發器引腳作為I2C定址引腳，可以在同一系統中同時集成多達4個DA7281；而DA7282的超低待機功耗特性更為突出，它提供一個全休眠的模式，在此模式下的待機電流僅有5nA。這幾個產品共同構成了一個完整的觸覺控制驅動IC組合，以應對不同的設計需要。
總之，觸覺回饋技術與觸控式螢幕的結合，將給HMI帶來新的想像空間。未來，誰能讓用戶在體驗上更“有感覺”，誰就會成為市場上的贏家。
