基于压电马达的触觉响应解决方案

在消费类电子设备中增加触觉响应可以增强用户体验，为用户界面设计增添触感功能，这也是智能手机和其它手持式消费类电子设备最新的主流界面。当前市场的几种触觉反馈技术主要包括(但不只限于)振动马达驱动、压电驱动和电活性聚合物激励。本文阐述了压电驱动技术的基本原理，及其快速响应、超薄外观、超低功耗等特点，这些特性对于手持应用尤其重要。

概述
随着触摸屏在手持式消费类设备中逐步替代机械按键，由于缺乏触觉响应，消费者开始提出对实时响应的需求。用户已经习惯了按键按下时表示成功操作按键输入的机械触感，如图1所示键盘。近来，由于缺乏好的触觉反馈设计，从而带动了电子触觉响应系统的需求。

图1. 基于软件的按下激活按键。

使用压电驱动实现触觉反馈是一种比较有前途的方法，这种方式已经在少数消费类设备中应用了很多年。压电式触觉反馈具有很多优点，包括：快速响应、超薄外观、低功耗以及大量可以利用的压电材料和组装工艺。

压电特性和比较
压电材料有各种不同的形状、尺寸、厚度、电压范围、作用力和额定电容，可以加工成特定形状，以满足特殊应用及封装的需求，并可以提供单层和多层结构。多个压电体可以实现较强的触觉反馈和多种不同的触感。

工作在谐振点及其附近的压电驱动应用包括：
振动激励和消除
微型泵
微型雕刻系统
超声钻孔/焊接/雕刻/解剖/计量
工作在谐振点以下的应用包括：
触觉响应
图像稳定
自动对焦系统
纤维光学校准
结构变形
磨损补偿
压电工作原理
低于谐振频率时，压电体可以简单地用一个电容模拟。当直流电压加在压电体两端，构造和物理形状不同的压电体会产生不同的形变(图2)。

图2. 简化压电体模型

库仑定律指出Q＝CV，但在压电体中电容不是常数，这是因为电容极板间距会随着电压变化而变化。

当对压电体施加电压时，由于极板间距离发生变化(图3A)，电容量也会随之改变。压电体位移正比于电场强度，而电场强度是极板间电压和距离的函数。外加电压和压电驱动器产生的作用力保持着合理的正比关系(图3C)。

在大多数压电驱动器移动范围内，压电体等效电容的电荷与位移量都保持近似正比关系。如果等效电容极板间没有漏电流，即使极板与电压源断开，仍能够保持位移量。