搖桿漂移有救了？TMR 傳感器帶來(lái)新希望

任天堂 Switch 作為一款現(xiàn)象級(jí)的游戲主機(jī)，其便攜性重新點(diǎn)燃了玩家對(duì)掌機(jī)游戲的熱情。然而，它也因一個(gè)硬件問(wèn)題而飽受詬病 —— 搖桿漂移。搖桿漂移是指搖桿在無(wú)人觸碰時(shí)檢測(cè)到虛假輸入，導(dǎo)致游戲中出現(xiàn)非玩家意圖的移動(dòng)。這一問(wèn)題并非任天堂獨(dú)有，索尼、微軟以及第三方配件制造商的控制器也未能幸免。

為解決這一難題，霍爾效應(yīng)傳感器曾被寄予厚望，但如今，一種名為隧道磁阻（TMR）的傳感器技術(shù)正嶄露頭角。TMR 技術(shù)早在二十年前就憑借量子力學(xué)和磁學(xué)原理革新了硬盤(pán)行業(yè)，如今有望在游戲控制器領(lǐng)域大放異彩。

據(jù)IT之家了解，傳統(tǒng)的搖桿控制器大多采用電位器來(lái)檢測(cè)搖桿的上下左右移動(dòng)。電位器內(nèi)部有一條半圓形的碳膜，兩端有電極，通過(guò)搖桿移動(dòng)時(shí)，一個(gè)名為“刮片”的部件在碳膜上滑動(dòng)，測(cè)量接觸點(diǎn)的電壓。然而，這種物理接觸式的部件存在先天不足，碳膜會(huì)因長(zhǎng)期摩擦而磨損，灰塵、食物碎屑等異物也可能進(jìn)入控制器內(nèi)部，影響電壓測(cè)量的準(zhǔn)確性，進(jìn)而引發(fā)搖桿漂移。

霍爾效應(yīng)傳感器的出現(xiàn)為解決這一問(wèn)題提供了新思路。其用磁鐵和傳感器取代了電位器中的電阻條和刮片，傳感器內(nèi)部的“霍爾元件”在磁場(chǎng)作用下，電子流動(dòng)方向會(huì)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生電壓變化，以此來(lái)精準(zhǔn)測(cè)量搖桿的移動(dòng)?；魻栃?yīng)傳感器已有超過(guò)五十年的歷史，曾在世嘉土星 3D 和夢(mèng)幻主機(jī)的控制器中得到應(yīng)用，但因制造成本相對(duì)較高、功耗較大等原因，在游戲硬件領(lǐng)域并未廣泛普及。

據(jù) TheVerge 報(bào)道，TMR 傳感器的出現(xiàn)或許能打破這一僵局。1988 年，物理學(xué)家阿爾貝?費(fèi)爾和彼得?格林貝格爾獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了巨磁阻效應(yīng)（GMR），并因此獲得 2007 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁場(chǎng)作用于由導(dǎo)體薄膜（如幾納米厚的銅或鋁）夾在兩層磁性材料之間的結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)影響電子的自旋方向及其流動(dòng)的難易程度。TMR 的工作原理與 GMR 類(lèi)似，但不同之處在于，TMR 使用絕緣材料作為中間層，電子依靠量子隧穿效應(yīng)穿過(guò)這一絕緣層。這種量子隧穿現(xiàn)象在特定材料厚度極薄時(shí)會(huì)發(fā)生，且已有相關(guān)方程可精確預(yù)測(cè)其發(fā)生條件。

TMR 傳感器的實(shí)用性并非源于隧穿本身，而是磁場(chǎng)的添加和移除會(huì)導(dǎo)致電阻的可測(cè)量變化。2005 年，希捷公司將 TMR 技術(shù)應(yīng)用于硬盤(pán)讀頭，使其不僅尺寸更小，且對(duì)磁場(chǎng)的檢測(cè)靈敏度更高。這使得硬盤(pán)上的磁性存儲(chǔ)單元也能大幅縮小，顯著提升了硬盤(pán)的存儲(chǔ)密度和容量。目前，TMR 技術(shù)仍在硬盤(pán)制造領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

與霍爾效應(yīng)傳感器相比，TMR 傳感器在檢測(cè)搖桿移動(dòng)時(shí)具有諸多優(yōu)勢(shì)。TMR 傳感器通常具有更高的靈敏度和更線性的響應(yīng)，這意味著其可能允許使用更小的磁鐵，從而簡(jiǎn)化 TMR 搖桿的制造過(guò)程。不過(guò)，利用其高靈敏度提升搖桿精度還需取決于制造商及其所用硬件。此外，TMR 傳感器功耗更低，但對(duì)電池續(xù)航的提升并不明顯，因?yàn)閭鹘y(tǒng)游戲控制器的電源設(shè)計(jì)限制了其功耗。然而，TMR 傳感器的低功耗特性使其能夠作為完美的一比一替代品安裝在現(xiàn)有控制器硬件上，無(wú)需其他電路修改，這有助于加速其采用并降低技術(shù)成本。

TMR 傳感器還在更寬的溫度范圍內(nèi)提供更穩(wěn)定的性能，這對(duì)于經(jīng)常被玩家長(zhǎng)時(shí)間握在手中的游戲控制器來(lái)說(shuō)是一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)。盡管目前任天堂、微軟和索尼等公司尚未采用 TMR 技術(shù)，但已有包括 PB Tails 的 Crush 控制器、GameSir 的 Tarantula Pro 和八位堂的 Ultimate 2 控制器在內(nèi)的多家第三方制造商推出了帶有 TMR 搖桿的游戲手柄。2024 年，GuliKit 成為首家將 TMR 技術(shù)應(yīng)用于 PS5、PS4、Xbox 和 Switch 控制器升級(jí)套件的公司。

不過(guò)，TMR 技術(shù)要成為游戲硬件領(lǐng)域的主流仍需數(shù)年時(shí)間。GuliKit 商務(wù)總監(jiān)杰克?何指出：“TMR 傳感器通常比傳統(tǒng)霍爾效應(yīng)傳感器更昂貴，尤其是在小批量生產(chǎn)時(shí)。然而，隨著 TMR 技術(shù)的成熟，成本差異預(yù)計(jì)會(huì)縮小?！?/p>

審核編輯 黃宇