Der intelligente haptische Treiber liefert vielfältige Feedback-Effekte

Da sich immer mehr OEM-Designs von Tasten- oder Schalterschnittstellen zu haptischem Feedback bewegen, wächst die Nachfrage nach fortschrittlichen haptischen Technologien, die eine einfachere Möglichkeit bieten, „virtuelle“ Tasten für eine Vielzahl von Anwendungen zu erstellen, von Smartphones bis hin zu Automobilen. Cirrus Logic Inc. glaubt, mit den neuen haptischen Treiberlösungen CS40L25 für den Antrieb von Hochleistungs-Linearresonanzaktoren (LRAs) und Schwingspulenmotoren (VCMs) die Antwort auf diese Herausforderung zu haben.

Die CS40L25-Geräte integrieren einen leistungsstarken haptischen Treiber, einen digitalen Signalprozessor (DSP) und einen Aufwärtswandler. Der programmierbare DSP führt Echtzeitalgorithmen mit geringer Latenz aus und bietet einen größeren Speicher für mehr haptische Effekte – er speichert mehr als 50 programmierbare Wellenformen im RAM. Die CS40L25-Geräte mit extrem niedrigem Stromverbrauch (<20-μA-Schlafmodus) unterstützen auch das Always-on-Hören auf haptische Trigger.

Der digitale Aufwärtswandler der Klasse H bietet eine Gesamteffizienzsteigerung von 85 % und programmierbare Aufwärtsspannungen von bis zu 11 V. Zu den weiteren Merkmalen gehören ein digitaler Regelkreis mit hoher Bandbreite, eine Schaltfrequenz von 2 MHz und ein Puls-Skipping-Modus für verbesserte Effizienz bei niedriger Leistung Ruhebetrieb.

Die verstärkte Haptik-Lösung CS40L25 von Cirrus Logic integriert einen leistungsstarken Haptik-Treiber, einen digitalen Signalprozessor und einen Treiberspannungs-Boost-Wandler und bietet so ein verbessertes Benutzererlebnis für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter Mobil, Automobil, PCs, Wearables und Spiele /VR.

Die neue Familie der verstärkten haptischen Treiber von Cirrus Logic nutzt die stromsparende, latenzarme und Mixed-Signal-Verarbeitungstechnologie und wurde entwickelt, um umfassendere, immersivere Benutzererlebnisse zu ermöglichen. Die neuen Geräte sind in mehreren Varianten erhältlich, um eine Vielzahl von Anwendungen abzudecken, darunter mobile/tragbare Geräte, PCs/Laptops und Automobile.

„Haptische Technologie ist jeden Tag buchstäblich in den Händen von Milliarden Menschen“, sagt Shahram Tadayon, Produktmarketing-Manager bei Cirrus Logic. „Vor einigen Jahren begannen die Handyhersteller, den Home-Button zu entfernen und ihn stattdessen durch einen virtuellen Button zu ersetzen, und er bot ein schönes, schlankes, knopfloses Design und auch einen schönen scharfen Klick.

„Seitdem haben immer mehr Handyhersteller diesen Knopf entfernt und virtuelle Knöpfe hinzugefügt“, fügte er hinzu. „Neben virtuellen Tasten für Mobiltelefone ist die Haptik darüber hinaus in Wearables, PC-Trackpads und Automotive für Touchscreens übergegangen. Und das alles begann mit einem einfachen Klick, aber in den nächsten Jahren werden Sie immer mehr Gesten sehen, die auch in die Haptik integriert sind.“

Eine Komplettlösung

Cirrus Logic unterscheidet seine Lösung durch das Angebot einer vollständigen haptischen Treiberlösung, die Hardware, Firmware und Tools umfasst. Eine Sache, die die Lösung im Vergleich zu vielen anderen einzigartig macht, ist, dass Cirrus Logic nicht nur die Hardware integriert – die den Aktuator antreibt –, sondern auch die DSP-Algorithmen integriert, sagte Tadayon. „Im Allgemeinen werden Sie feststellen, dass der Treiber für den Aktuator nicht die Algorithmen und die unterschiedliche Firmware bereitstellt.

„Wir bieten auch Tools an, die es dem Kunden ermöglichen, schnell sein eigenes Gefühl oder Gefühl für die Haptik zu vermitteln“, sagte er. „Wir machen es ihnen leicht, die Haptik mit den Tools und der Hard- und Software zu modifizieren, also bieten wir ihnen wirklich ein komplettes Paket.“

Die Tools zur Wellenformerstellung gehen über das Klicken auf virtuelle Tasten hinaus und bieten Effekte wie Scrollen oder Zoomen, sagte Tadayon. Die Lösung kann mit fast jedem Aktuator vom Typ LRA oder VCM jede der bekannten Tasten nachbilden, fügte er hinzu.

Die haptischen Wellenformen umfassen virtuelle Tastenklicks, Scrollen, Sensoreffekte, haptische Unebenheiten, Hi-Fi-Warnungen und Kameraklicks. Ein Klingelton-Builder ist ebenfalls enthalten.

Tadayon sagte, dass es viel Ingenieursarbeit gibt, die einen haptischen Effekt erzeugt, den das Gehirn als Knopf wahrnimmt. Eine großartige haptische Lösung erfordert einen Aufwärtswandler, ein geschlossenes Regelkreissystem und eine geringe Latenz, sagte er, um benutzerdefinierte Wellenformen für eine Vielzahl von haptischen Feedback-Reaktionen zu ermöglichen, die ein klares und starkes Gefühl für ein besseres Benutzererlebnis bieten.

Die extrem niedrige Latenz der Lösung (<5 ms für GPI-Trigger) bietet eine Echtzeitsteuerung des haptischen Motors, um dem Benutzer ein unmittelbares Gefühl oder eine unmittelbare Reaktion zu bieten, während die Closed-Loop-Algorithmen die LRA mit einem „schärferen“ Effekt maximieren und Vereinfachen Sie die Abstimmung.

„Die Haptik wird von einem Aktuator erzeugt, normalerweise einem LRA, der sich schnell hin- und herbewegt“, sagte Tadayon. „Es ist wichtig, dass der haptische Treiber-IC genügend Spannung hat, um dies schnell für eine starke Reaktion zu betreiben. Viele Anwendungen wie Telefone und Wearables haben Niederspannungsbatterien, daher ist es wichtig, dass die Technologie über einen Aufwärtswandler verfügt, um die Spannungen höher zu treiben, um dieses starke, scharfe Gefühl zu erzeugen.“

Durch eine Boost-Spannung von bis zu 11 V wird der Aktuator sehr schnell hochgefahren und ermöglicht ein schnelles, knackiges Gefühl, fügte er hinzu. „Aber genauso wichtig ist es, einen Aktuator daran zu hindern, sich sehr schnell zu bewegen, und dafür haben wir einen Closed-Loop-Algorithmus. Wir überwachen ständig die Position des Aktuators und können ihn sehr schnell stoppen, was ihm dieses scharfe Gefühl verleiht.“

Der wichtigste Aspekt eines Designs ist ein scharfes und starkes Gefühl, sagte Tadayon, was der verbesserten Technologie des Unternehmens und dem Closed-Loop-Algorithmus zu verdanken ist. Dies bedeutet, dass dieser LRA so schnell wie möglich gestoppt werden kann, was durch den DSP und die Closed-Loop-Algorithmen erreicht werden kann, und es muss schnell geschehen – innerhalb von 25 Millisekunden, sagte er.

„Vom Drücken des Bildschirms bis zu dem Zeitpunkt, an dem Ihr Finger das haptische Gefühl spürt, wenn dies innerhalb von 25 ms ist, fühlt es sich wie ein echter Tastenklick an“, sagte er. „Diese schnelle Latenz ist also wirklich wichtig. Sobald Sie 50 ms überschreiten, weiß Ihr Gehirn, dass etwas nicht stimmt. Das fühlt sich nicht wie ein echter Knopf an.“

Der Chip von Cirrus Logic wurde entwickelt, um innerhalb von 4 ms zu reagieren, was Tadayon auf die im Speicher gespeicherten Wellenformen und den verstärkten Treiber zurückführt.

Darüber hinaus kann die Haptiklösung 50 verschiedene und anpassbare Wellenformen (Effekte) im RAM speichern, anstatt dass der Mikrocontroller die ganze schwere Arbeit erledigt, was Zeit kostet und die Latenz beeinflusst, dank „einer guten Menge an internem Speicher“.

Cirrus Logic hat mehrere Varianten entwickelt, um unterschiedliche Produktanwendungen zu adressieren. Dazu gehören die ICs CS40L25-CWZR und CS40L25B-CWZR in 30-Ball-WLCSP-Gehäusen für mobile und tragbare Anwendungen, die jetzt in großen Stückzahlen ausgeliefert werden. Der CS40L25B-CNZR in kommerzieller Qualität in einem 32-Pin-QFN-Produkt eignet sich für PC/Laptop und andere allgemeine Marktanwendungen, während der für die Automobilindustrie geeignete CS40L25B-DNZ AEC-Q100 in einem 32-Pin-QFN-Gehäuse mit benetzbaren Flanken für Infotainment-Anwendungen ausgelegt ist wie Touch-Buttons und Touchscreens. Sowohl die kommerziellen als auch die für die Automobilindustrie qualifizierten Geräte werden bemustert.

„In den nächsten Jahren werden immer mehr Benutzer eine umfassendere Erfahrung mit ihrer Elektronik machen“, sagte Tadayon. Die Roadmap des Unternehmens sieht vor, eine integrierte Kraftsensortechnologie zusammen mit Haptik und Algorithmen zu integrieren, um Größe, Stromverbrauch und Latenz zu reduzieren.

>> Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am unsere Schwesterseite Electronic Products.