3 ハードウェア テスト設定と構成

オーディオ/ハプティクス性能を評価するために、DRV2605L と代表的な LRA アクチュエータを使用してテスト ベンチを設定しました。ハードウェアは、ホスト コントローラに接続された TI DRV2605LEVM-MD 評価モジュール(DRV2605L ドライバおよび小型基板上の LRA を含む) で構成されていました。実際の製品では、ホストは携帯コンソール内のアプリケーション プロセッサやマイコンが該当します。DRV2605L にオーディオ信号を入力し、さまざまな条件下で LRA の振動出力を観察しました。設定と構成には、次のような重要な要素が含まれます：

• オーディオ入力および結合：オーディオ コーデックまたは信号発生器が、アナログ オーディオ信号を DRV2605L の IN ピンに入力しました。入力は、推奨されている通り、1µF のコンデンサを直列に接続して AC カップリングし、DC オフセットを遮断して AC オーディオ信号のみを通過させました。DRV2605L の入力インピーダンス (約 100kΩ) と 1µF のコンデンサによって、カットオフ周波数が約 1.6Hz のハイパス フィルタが形成されます。これにより、関心のあるオーディオ周波数は容易に通過し、DC 成分は除去されます。オーディオ信号の振幅は、DRV2605L が許容する範囲内 (最大で約 1.8V のピーク ツー ピーク) に保たれました。実際には、100% 体積のテスト レベルは 1.0V RMS (約 2.8Vp-p) に相当し、そこからパーセンテージを下げるごとに振幅も縮小されました。DRV2605L の内蔵ノイズ ゲートはデフォルト設定のままとし、数ミリボルト未満のオーディオ信号を無視するようにしました。これにより、無音が期待される際にバックグラウンド ノイズやごく小さな音によってアクチュエータが誤作動するのを防ぐことができます。
• I ² C 制御およびモード構成: ホスト コントローラは、DRV2605L の I ² C インターフェイス (SCL、SDA) に接続されています。I ² C コマンドを使用して、DRV2605L のレジスタをオーディオ/ハプティクス モードに構成しました。重要なレジスタ設定としては、モード 0x04(オーディオから振動)の選択、LRA 駆動の有効化 (ERM モードではない)、AC 結合によるアナログ入力の有効化 (これには DRV2605Lの制御レジスタの設定 (例: 適切な制御レジスタで AC_COUPLE = 1、N_PWM_ANALOG = 1 が含まれます))。定格電圧およびオーバードライブ クランプも LRA 用に設定しましたが、必要に応じてオート キャリブレーション (次に説明) でこれらの値を調整することもできます。図 3-1 は、ホスト (アプリケーション プロセッサ)、DRV2605L、および LRA 間の接続を示す設定の簡易回路図です。
• 自動キャリブレーション: オーディオ/ハプティクスへの変換モードを使用する前に、DRV2605L の LRA 用オートキャリブレーション手順を実行しました。これは一度きり (またはごくまれに実施する) 工程であり、ドライバが LRA の共振周波数や定格駆動電圧などの各種パラメータを測定するのに役立ちます。これを行うために、DRV2605L をキャリブレーション モード (モード レジスタ = 0x07) に設定し、GO ビットを I²C 経由でトグルしました。ドライバは短時間 LRA を駆動し、応答を測定します。数百ミリ秒後、ステータス ビットがキャリブレーションの完了と成功を示していました。オート キャリブレーションによって、LRA の実効抵抗や逆起電力 (EMF) 定数などの駆動用パラメータが設定され、TI の特定のアクチュエータに対し閉ループ制御が正確に行えるようになりました。新しい LRA を初めて使用する際にはキャリブレーションが重要であり、一度キャリブレーションが完了すると、その値はレジスタに保存され、以降のオーディオ/ハプティクスへの変換動作で使用されます。
• 測定装置: ハプティック動作を観察するために、複数のプローブを備えたデジタル オシロスコープ (Rigol DS シリーズ) を使用しました。1 つの差動プローブを LRA の端子間に接続し、DRV2605L が LRA に印加している電圧を監視しました (この差動電圧は LRA の出力の力に相関します)。もう一つのチャネルはオーディオ入力信号に接続し、オーディオ信号とそれによって生じる振動駆動との関係を確認できるようにしました。モード切り替えの評価のために、オシロスコープはタイムベースを遅く(1 ディビジョンあたり数百ミリ秒) 設定し、モードがトグルされた瞬間をキャプチャできるようにしました。定常状態の波形 (特定の周波数や振幅での LRA の応答など) を観測する際には、より速いタイムベース (マイクロ秒～ミリ秒スケール) を使用して、PWM 波形やエンベロープの詳細を確認しました。

DRV2605Lは、I²C (SCL、SDA ラインとプルアップ抵抗付き) を介してアプリケーション プロセッサと接続されています。アナログ オーディオ入力は、カップリング コンデンサ C (IN) を介して IN/TRIG ピンに入力されます (未使用の場合はグランドに短絡することも可能です)。DRV2605Lは、差動出力 (OUT+ および OUT–) で LRA (または ERM) を駆動します。レギュレータや電源ライン用のデカップリング コンデンサ (C(REG)、C(VDD)) も示されています。EN ピンは、ドライバのイネーブル/ディセーブルに使用できます (常時オンの場合は High に接続されます)。1µF の入力コンデンサは IN ピンのインピーダンスとともに、カットオフ周波数が約 1.6Hz のハイパス フィルタを形成し、DC を遮断しつつ低周波オーディオ信号を通過させます。

図 3-1 オーディオ/ ハプティクス変換モードをテストするためのハードウェア設定

この設定を使用して、次の 2 つの主要な実験が行われました:

1. 定常状態のオーディオ/ ハプティクス性能: さまざまなオーディオ周波数と振幅で LRA をオーディオ/ハプティクス モードで駆動し、LRA の応答を特性評価します。
2. モード スイッチング テスト: DRV2605L をオーディオ/ ハプティクス変換モードとリアルタイム再生モードの間で、オーディオ信号の有無を含むさまざまな条件下で切り替え、スムーズな遷移が行われることを確認しました。次のセクションでは、最初のテストセット (オーディオ/ ハプティクス モードの性能評価) の波形結果を示します。

I ² C の初期構成

DRV2605L を動作させる前に、DRV2605LEVM-MD GUIを使用して初期構成を適用する必要があります。次の手順に従います:

1. DRV2605LEVM-MD GUIを開き、USB 経由で EVM を接続します。
2. Import Settings (設定をインポート) を選択し、提供された構成ファイル (initial table.txt) をロードします。

適切な初期化には、以下のレジスタ設定が不可欠です:

これらの設定により、オーディオ/ハプティクス変換機能に最適化された性能、適切なキャリブレーション、およびモード設定が確保されます。

モード切り替えの手順

初期化後、DRV2605L はオーディオ/ ハプティクス モードと内蔵ライブラリ モードを動的に切り替えることができます。以下の I²C コマンドを、GUI のレジスタ書き込み機能またはマイコンの I²C スクリプトで使用します:

• オーディオ/ハプティクス モードに切り替え:

レジスタ 0x01 = 0x04 を書き込み

• 内蔵ライブラリ モード (ゲーム モード) に切り替え:

レジスタ 0x01 = 0x00 を書き込み

レジスタ 0x0C = 0x01 を書き込み// 振動イベントをトリガ

スムーズな動作を確保し、連続トリガを防ぐため、次のタイミング推奨に従ってください:

• 振動イベントが発生した後、約20 ミリ秒待ちます。それ以上のイベントが発生しない場合:

レジスタ 0x01 = 0x04 を書き込み // オーディオ/ ハプティクス モードに戻る

このタイミングにより、明示的なイベントが終了した後も、デバイスが連続的なオーディオ由来のハプティックスフィードバックへスムーズに復帰できるようになります。

GUI の使用方法 (DRV2605LEVM-MD)

1. 評価ボードを接続した後、DRV2605LEVM-MD GUIを開きます。
2. GUI の「Import Settings」(設定のインポート) ボタンを使用して、提供された初期構成(initial table.txt) をインポートします。
3. モードを手動で切り替える場合：
   • GUI の書き込みオプションを使用します:
     • オーディオ/ハプティクス モードには、レジスタ = 0x01、値 = 0x04を入力します。
     • 内蔵ライブラリ モードに、Reg=0x01、Val =0x00 と入力します。
   • 「Write」 (書き込み) ボタンをクリックして確定し、実行します。

これにより、DRV2605L が正しく動作していることを簡単に確認でき、さまざまなモードでのハプティックスフィードバック性能を迅速に評価できます。

自動テスト用の I ² C スクリプトの例

迅速かつ自動的にテストを行うために、ホスト マイコンで以下のスクリプト (擬似コード例) を実装できます:

// DRV2605Lを初期化 (初期テーブルから設定をロード)

I2C_Write (0x5A、0x01、0x04); // デフォルトでは ATH モード

// ゲーム イベントが発生したとき (ユーザーがボタンを押す、またはゲームがイベントをトリガした場合)

I2C_Write(0x5A、0x01、0x00); // ライブラリ モード

I2C_Write(0x5A、0x0C、0x01); // ハプティクス イベントをトリガ

遅延 (20ms); // イベント バイブレーションが完了するまで待機

// これ以上イベントが発生しない場合は、ATH に戻ります

I2C_Write(0x5A, 0x01, 0x04); // オーディオ/ ハプティクス変換モード

このスクリプトは、ゲーム用携帯機器のファームウェアに組み込むことで、効果的かつシームレスなハプティック体験の制御が可能になります。