Slimme haptische driver levert diverse feedback-effecten

Naarmate meer OEM-ontwerpen overstappen van knop- of schakelaarinterfaces naar haptische feedback, is er een groeiende vraag naar geavanceerde haptische technologieën die een eenvoudigere manier bieden om 'virtuele' knoppen te maken voor een verscheidenheid aan toepassingen, van smartphones tot auto's. Cirrus Logic Inc. gelooft dat het het antwoord op deze uitdaging heeft met de nieuwe CS40L25 haptische driveroplossingen voor het aandrijven van krachtige lineaire resonante actuatoren (LRA's) en spreekspoelmotoren (VCM's).

De CS40L25-apparaten integreren een krachtige haptische driver, een digitale signaalprocessor (DSP) en een boost-converter. De programmeerbare DSP voert real-time algoritmen uit met een lage latentie en biedt een groter geheugen voor meer haptische effecten — meer dan 50 programmeerbare golfvormen in RAM opslaan. De ultra-low-power (<20-μA slaapmodus) CS40L25-apparaten ondersteunen ook altijd-aan luisteren voor haptische trigger.

De klasse H digitale boost-converter biedt 85% algehele efficiëntieboost en programmeerbare boost-spanningen tot 11 V. Andere kenmerken zijn een digitale regellus met hoge bandbreedte, een schakelfrequentie van 2 MHz en een puls-skipping-modus voor verbeterde efficiëntie tijdens low-power stille werking.

Cirrus Logic's CS40L25 versterkte haptische oplossing integreert een krachtige haptische driver, een digitale signaalprocessor en een driver voltage boost converter, waardoor verbeterde gebruikerservaringen worden geboden voor een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder mobiel, automotive, pc's, wearables en gaming /VR.

Door gebruik te maken van zijn low-power, low-latency en mixed-signal-processing-technologie, is de nieuwe familie van versterkte haptische drivers van Cirrus Logic ontworpen om rijkere, meeslepende gebruikerservaringen mogelijk te maken. De nieuwe apparaten zijn verkrijgbaar in verschillende varianten om te voldoen aan een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder mobiele/draagbare apparaten, pc's/laptops en auto's.

"Haptische technologie is elke dag letterlijk in handen van miljarden mensen", zegt Shahram Tadayon, productmarketingmanager bij Cirrus Logic. "Een paar jaar geleden begonnen fabrikanten van mobiele telefoons de startknop te verwijderen en in plaats daarvan te vervangen door een virtuele knop, wat een mooi, strak, knoploos ontwerp en ook een mooie scherpe klik opleverde.

"Sindsdien hebben steeds meer fabrikanten van mobiele telefoons die knop verwijderd en virtuele knoppen toegevoegd", voegde hij eraan toe. "Naast alleen virtuele knoppen voor mobiele telefoons, is haptiek verder gegaan dan dat in wearables, in pc-trackpads en in auto's voor touchscreens. En dit begon allemaal met een simpele klik, maar de komende jaren zul je ook steeds meer gebaren in haptiek gaan zien.'

Een complete oplossing

Cirrus Logic onderscheidt zijn oplossing door een complete haptische driveroplossing aan te bieden die de hardware, firmware en tools omvat. Een ding dat de oplossing uniek maakt in vergelijking met veel andere, is dat Cirrus Logic niet alleen de hardware bevat - die de actuator aanstuurt - maar ook de DSP-algoritmen bevat, zei Tadayon. "Over het algemeen zul je merken dat de driver voor de actuator niet de algoritmen en de verschillende firmware levert.

"We bieden ook tools waarmee klanten snel hun eigen sensatie of gevoel voor de haptiek kunnen geven", zei hij. "We maken het ze gemakkelijk om de haptiek aan te passen met de tools en de hardware en de software, dus we bieden ze echt een volledig pakket."

De tools voor het maken van golfvormen gaan verder dan het klikken op de virtuele knop om effecten te bieden zoals scrollen of een zoom-knijp, zei Tadayon. De oplossing kan alle bekende knoppen opnieuw maken met bijna elke actuator van het LRA- of VCM-type, voegde hij eraan toe.

De haptische golfvormen omvatten klikken op virtuele knoppen, scrollen, sensoreffecten, haptische stoten, high-fidelity-waarschuwingen en cameraklikken. Een ringtone-builder is ook inbegrepen.

Tadayon zei dat er veel techniek zit in het maken van een haptisch effect dat de hersenen als een knop beschouwen. Een geweldige haptische oplossing heeft een boost-converter, een gesloten-lussysteem en een lage latentie nodig, zei hij, waardoor aangepaste golfvormen mogelijk zijn voor een verscheidenheid aan haptische feedbackreacties die een helder en sterk gevoel geven voor een betere gebruikerservaring.

De ultralage latentie van de oplossing (<5 ms voor GPI-trigger) zorgt voor realtime controle van de haptische motor om gebruikers een directer gevoel of reactie te geven, terwijl de algoritmen met gesloten lus de LRA maximaliseren met een "scherper" effect en vereenvoudigen de afstemming.

"Haptiek wordt gegenereerd door een actuator, meestal een LRA die snel heen en weer beweegt", zei Tadayon. "Het is belangrijk dat het haptische driver-IC voldoende spanning heeft om dit snel aan te sturen voor een sterke respons. Veel toepassingen, zoals telefoons en wearables, hebben batterijen met een laag voltage, dus het is belangrijk dat de technologie een boost-converter heeft om de spanningen hoger te maken en dat sterke, scherpe gevoel te geven.'

Door een boostspanning te hebben die oploopt tot 11 V, wordt die actuator zeer snel opgevoerd en voelt hij snel en helder aan, voegde hij eraan toe. “Maar wat net zo belangrijk is, is om te kunnen voorkomen dat een actuator erg snel beweegt, en daarvoor hebben we een closed-loop-algoritme. We houden dus constant de positie van de actuator in de gaten en we kunnen hem heel snel laten stoppen, en dat geeft hem dat scherpe gevoel.”

Het belangrijkste aspect van een ontwerp is dat het een scherp en sterk gevoel heeft, zei Tadayon, wat te danken is aan de verbeterde technologie en het gesloten lus-algoritme van het bedrijf. Dit betekent dat de LRA zo snel mogelijk wordt gestopt, wat kan worden bereikt via de DSP en closed-loop-algoritmen, en het moet snel gebeuren - binnen 25 milliseconden, zei hij.

"Vanaf het moment dat je op het scherm drukt tot wanneer je vinger de haptische sensatie voelt, als dat binnen 25 ms is, voelt het als een echte klik op de knop", zei hij. "Dus die snelle latentie is echt belangrijk. Als je eenmaal voorbij de 50 ms bent gekomen, weten je hersenen dat er iets niet klopt. Dit voelt niet als een echte knop.”

De chip van Cirrus Logic is ontworpen om binnen 4 ms te reageren, wat Tadayon toeschrijft aan de golfvormen die zijn opgeslagen in het geheugen en de versterkte driver.

Bovendien, in plaats van dat de microcontroller al het zware werk doet, wat tijd kost en de latentie beïnvloedt, kan de haptische oplossing 50 verschillende en aanpasbare golfvormen (effecten) in RAM opslaan dankzij "een flinke hoeveelheid intern geheugen".

Cirrus Logic heeft verschillende varianten ontwikkeld voor verschillende producttoepassingen. Deze omvatten de CS40L25-CWZR en CS40L25B-CWZR IC's in 30-ball WLCSP-pakketten voor mobiele en draagbare toepassingen, die nu in volume worden verzonden. De commerciële CS40L25B-CNZR in een 32-pins QFN-product richt zich op pc/laptop en andere algemene markttoepassingen, terwijl de automotive-gekwalificeerde CS40L25B-DNZ AEC-Q100 in een 32-pins QFN-behuizing met bevochtigbare flanken is ontworpen voor infotainmenttoepassingen zoals aanraakknoppen en touchscreens. Zowel de commerciële als de auto-gekwalificeerde apparaten zijn steekproeven.

"De komende jaren zullen steeds meer gebruikers een rijkere ervaring met hun elektronica ervaren", zegt Tadayon. De roadmap van het bedrijf omvat het inbrengen van geïntegreerde force-sensing-technologie, samen met de haptiek en algoritmen om de grootte, het stroomverbruik en de latentie te verminderen.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, Electronic Products.