DRV2624：超低功耗閉環(huán)LRA/ERM觸覺驅(qū)動(dòng)器深度解析

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，觸覺反饋技術(shù)正變得越來越重要，它能為用戶帶來更加直觀和豐富的交互體驗(yàn)。德州儀器（TI）的DRV2624超低功耗閉環(huán)LRA/ERM觸覺驅(qū)動(dòng)器，憑借其一系列先進(jìn)的特性，在觸覺反饋領(lǐng)域展現(xiàn)出了強(qiáng)大的競爭力。今天，我們就來深入探討一下這款驅(qū)動(dòng)器。

文件下載：drv2624.pdf

特性亮點(diǎn)

功耗優(yōu)化

DRV2624具備超低功耗關(guān)機(jī)模式和低功耗待機(jī)狀態(tài)，這對于需要長時(shí)間續(xù)航的設(shè)備，如可穿戴設(shè)備和移動(dòng)終端來說至關(guān)重要。在不使用觸覺反饋功能時(shí)，設(shè)備可以進(jìn)入低功耗狀態(tài)，從而有效延長電池的使用時(shí)間。

智能功能

• 自動(dòng)共振跟蹤與報(bào)告：對于LRA執(zhí)行器，該驅(qū)動(dòng)器能夠?qū)崟r(shí)跟蹤其共振頻率，確保在不同環(huán)境和使用條件下都能提供穩(wěn)定且強(qiáng)勁的觸覺效果。
• 自動(dòng)過驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)：通過執(zhí)行器反饋控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)功能，簡化了波形生成過程，同時(shí)提高了觸覺效果的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性。
• 自動(dòng)電平校準(zhǔn)：可以補(bǔ)償不同執(zhí)行器之間的差異，確保輸出電平的一致性，為用戶帶來穩(wěn)定的觸覺體驗(yàn)。

靈活配置

• 波形形狀選擇：支持正弦波和方波驅(qū)動(dòng)，用戶可以根據(jù)具體需求定制觸覺感受和聽覺性能。
• 多功能前端接口：提供多種啟動(dòng)和控制觸覺效果的方式，包括波形序列器和實(shí)時(shí)播放（RTP）模式，還可以通過多用途TRIG/INTZ引腳進(jìn)行靈活配置。

引腳配置與功能

DRV2624采用9引腳DSBGA封裝，各引腳功能明確。VDD引腳提供2.7V至5.5V的電源輸入，REG引腳輸出1.8V的調(diào)節(jié)器電壓。OUT+和OUT-引腳為觸覺驅(qū)動(dòng)器的差分輸出，用于連接執(zhí)行器。SDA和SCL引腳則用于I2C通信，實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動(dòng)器的配置和控制。TRIG/INTZ引腳是一個(gè)多功能引腳，可以作為輸入觸發(fā)脈沖、輸入使能或輸出中斷使用，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更多的靈活性。

電氣特性與規(guī)格

絕對最大額定值

在使用DRV2624時(shí)，需要注意其絕對最大額定值。電源電壓VDD的范圍為 -0.3V至6V，輸入電壓NRST、SDA、SCL和TRIG/INTZ的范圍同樣為 -0.3V至6V。工作環(huán)境溫度范圍為 -40°C至85°C，工作結(jié)溫范圍為 -40°C至150°C，存儲溫度范圍為 -65°C至150°C。超出這些范圍可能會導(dǎo)致設(shè)備永久損壞。

推薦工作條件

推薦的電源電壓VDD為2.7V至5.5V，負(fù)載阻抗RL為8Ω，負(fù)載電容CL最大為100pF，LRA頻率范圍為45Hz至300Hz。在這些條件下，驅(qū)動(dòng)器能夠發(fā)揮最佳性能。

電氣參數(shù)

在典型工作條件下（TA = 25°C，VDD = 3.6V），REG引腳的電壓為1.84V，數(shù)字低電平輸入電流I IL最大值為100nA，數(shù)字高電平輸入電流I IH最大值為0.1μA。關(guān)機(jī)電流I (SD)最大值為180nA，待機(jī)電流I (STBY)最大值為2μA，靜態(tài)電流I (Q)為2.5mA。這些參數(shù)反映了驅(qū)動(dòng)器在不同工作狀態(tài)下的功耗情況。

功能模塊與工作原理

功能框圖

DRV2624的功能框圖展示了其內(nèi)部的主要模塊，包括控制和播放引擎、波形序列器、電池監(jiān)測、反電動(dòng)勢檢測、阻抗基于執(zhí)行器診斷等。這些模塊協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了對執(zhí)行器的精確控制和優(yōu)化。

支持執(zhí)行器類型

該驅(qū)動(dòng)器支持ERM和LRA兩種執(zhí)行器。通過設(shè)置LRA_ERM位，可以選擇使用的執(zhí)行器類型。ERM執(zhí)行器通常是直流控制的電機(jī)，通過改變電壓極性可以實(shí)現(xiàn)雙向驅(qū)動(dòng)；LRA執(zhí)行器則在共振頻率下振動(dòng)，具有較高的Q值頻率響應(yīng)。

智能環(huán)路架構(gòu)

• 自動(dòng)共振引擎：對于LRA執(zhí)行器，自動(dòng)共振引擎能夠?qū)崟r(shí)跟蹤其共振頻率，即使在波形播放過程中頻率發(fā)生變化，也能快速調(diào)整驅(qū)動(dòng)頻率，確保執(zhí)行器始終工作在最佳狀態(tài)。
• 實(shí)時(shí)共振頻率報(bào)告：通過I2C接口，可以實(shí)時(shí)獲取LRA的共振頻率信息，方便用戶進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)整。
• 自動(dòng)切換到開環(huán)模式：當(dāng)LRA產(chǎn)生無效的反電動(dòng)勢信號時(shí)，驅(qū)動(dòng)器會自動(dòng)切換到開環(huán)模式，以確保執(zhí)行器繼續(xù)獲得能量。在檢測到有效反電動(dòng)勢信號后，又會自動(dòng)切換回閉環(huán)模式。

開環(huán)操作

DRV2624支持開環(huán)驅(qū)動(dòng)模式，用戶可以通過數(shù)字接口選擇該模式。在開環(huán)模式下，對于LRA執(zhí)行器，可以通過OL_LRA_PERIOD參數(shù)設(shè)置工作頻率，還可以選擇正弦波或方波的波形形狀。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)器還提供了自動(dòng)制動(dòng)功能，提高了開環(huán)操作的穩(wěn)定性。

靈活前端接口

• 內(nèi)部內(nèi)存接口：驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置1kB的RAM，用于存儲波形數(shù)據(jù)。波形序列器可以對波形標(biāo)識符進(jìn)行排隊(duì)，實(shí)現(xiàn)順序播放。用戶可以通過設(shè)置時(shí)間偏移參數(shù)，對波形進(jìn)行時(shí)間拉伸或收縮，以滿足不同執(zhí)行器的需求。
• 實(shí)時(shí)播放（RTP）模式：在RTP模式下，用戶可以通過I2C接口實(shí)時(shí)更新驅(qū)動(dòng)振幅，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的觸覺效果。對于LRA執(zhí)行器，在閉環(huán)模式下會自動(dòng)調(diào)整驅(qū)動(dòng)頻率，在開環(huán)模式下則根據(jù)OL_LRA_PERIOD參數(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
• 過程觸發(fā)：所有過程（RTP、波形序列器、校準(zhǔn)和診斷）都需要觸發(fā)才能啟動(dòng)。用戶可以通過軟件使用GO位或硬件使用TRIG/INTZ引腳進(jìn)行觸發(fā)。

編程與配置

寄存器映射

DRV2624的寄存器映射涵蓋了各種功能的配置參數(shù)，如設(shè)備識別信息、診斷結(jié)果、過程完成標(biāo)志、電池電壓監(jiān)測、執(zhí)行器類型選擇、控制環(huán)路模式、觸發(fā)引腳功能等。通過對這些寄存器的讀寫操作，用戶可以實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動(dòng)器的精確配置。

編程示例

• 自動(dòng)共振引擎編程：對于LRA執(zhí)行器，需要設(shè)置DRIVE_TIME、IDISS_TIME、BLANKING_TIME和ZC_DET_TIME等參數(shù)，以優(yōu)化自動(dòng)共振引擎的性能。
• 自動(dòng)電平校準(zhǔn)編程：在進(jìn)行閉環(huán)操作前，需要對驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行校準(zhǔn)。設(shè)置RATED_VOLTAGE和OD_CLAMP等參數(shù)，然后觸發(fā)校準(zhǔn)過程，驅(qū)動(dòng)器會自動(dòng)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，確保輸出電平的準(zhǔn)確性。
• I2C接口編程：支持TI觸覺廣播模式，方便同時(shí)觸發(fā)多個(gè)驅(qū)動(dòng)器。在進(jìn)行I2C通信時(shí)，需要注意數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)序和格式，確保通信的穩(wěn)定性。

應(yīng)用與設(shè)計(jì)考慮

典型應(yīng)用

DRV2624適用于多種應(yīng)用場景，如移動(dòng)電話、平板電腦、健身手環(huán)、可穿戴設(shè)備、遙控器、鼠標(biāo)等。在這些設(shè)備中，它可以為用戶提供更加豐富和真實(shí)的觸覺反饋，提升用戶體驗(yàn)。

設(shè)計(jì)步驟

• 執(zhí)行器選擇：根據(jù)具體應(yīng)用需求，綜合考慮成本、外形尺寸、振動(dòng)強(qiáng)度、功耗要求、觸覺清晰度、可靠性和聽覺噪聲性能等因素，選擇合適的執(zhí)行器。
• 電容選擇：在VDD引腳附近放置0.1μF的低等效串聯(lián)電阻（ESR）旁路電容，在REG引腳與地之間放置0.1μF的X5R或X7R型電容，以確保驅(qū)動(dòng)器的穩(wěn)定運(yùn)行。
• 接口選擇：可以選擇I2C通信或外部觸發(fā)方式。I2C接口適用于需要靈活配置和控制的場景，而外部觸發(fā)則可以實(shí)現(xiàn)低延遲的觸覺效果，適合與物理按鈕等接口。
• 電源選擇：驅(qū)動(dòng)器支持2.7V至5.5V的輸入電壓范圍。對于需要較強(qiáng)振動(dòng)效果的應(yīng)用，可以使用升壓轉(zhuǎn)換器提供穩(wěn)定的電壓。

布局與布線

在PCB布局時(shí)，應(yīng)將電源去耦電容靠近設(shè)備引腳放置，調(diào)節(jié)器濾波電容靠近REG引腳放置。對于WCSP引腳，建議使用非阻焊定義（NSMD）焊盤，以確保焊接質(zhì)量。

總結(jié)

DRV2624超低功耗閉環(huán)LRA/ERM觸覺驅(qū)動(dòng)器憑借其豐富的特性、靈活的配置和出色的性能，為電子工程師在觸覺反饋設(shè)計(jì)方面提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。無論是在功耗優(yōu)化、智能功能還是應(yīng)用靈活性方面，它都表現(xiàn)出色。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體需求，合理選擇執(zhí)行器、電容、接口和電源等，同時(shí)注意布局和布線的合理性，以充分發(fā)揮該驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢，為用戶帶來更加優(yōu)質(zhì)的觸覺體驗(yàn)。

希望通過今天的介紹，大家對DRV2624有了更深入的了解。在實(shí)際應(yīng)用中，如果遇到任何問題，歡迎大家一起交流探討。