Джойстики на датчиках Холла: как они работают и помогут ли устранить дрейф стиков?

Возможно, вы сталкивались с этим в своих контроллерах: персонаж начинает двигаться без вашего участия, прицел медленно ползет вверх или в сторону, когда вы пытаетесь стоять на месте, или кажется, что контроллером управляет призрак, который постоянно хочет сдвинуть обзор чуть влево. Это явление называется «дрейфом стиков» и невероятно распространено в игровых контроллерах. Причина вовсе не в том, что вы уронили контроллер или швырнули его в стену после напряженной игровой сессии; это конструктивный недостаток, присущий механизму большинства представленных на рынке контроллеров — потенциометру.

Потенциометр — это, по сути, переменный резистор, который образует регулируемый делитель напряжения. Если вы не знакомы с электронными компонентами и теорией, это может мало о чем сказать. Все, что вам нужно знать: выходное напряжение делителя меняется в зависимости от положения стика. Контроллер считывает это напряжение и преобразует его в координаты. Скажем, 0,1 В означает «вниз», а 0,9 В — «вверх». Нейтральное положение может быть настроено на 0,5 В. Потенциометры не обладают идеальной точностью, поэтому калибровка обычно проводится на заводе, а значит, контроллер всегда ожидает, что 0,5 В — это центр.

Когда вы двигаете джойстик, он перемещает токопроводящий контакт (ползунок) по резистивной дорожке, что изменяет сопротивление, а следовательно, и выходное напряжение. Вы перемещаете джойстик вверх — сопротивление и выходное напряжение растут. Перемещаете вниз — сопротивление и напряжение падают. На каждом стике есть два потенциометра для горизонтального и вертикального движения, поэтому контроллер считывает напряжение с обоих, чтобы определить направление движения персонажа.

Проблема возникает, когда эти резистивные дорожки со временем стираются из-за трения. Представьте, сколько циклов совершает эта система всего за час игры. Каждый раз, когда вы двигаете джойстик туда-сюда, контакты теряют мизерное количество материала. Со временем это меняет сопротивление дорожек. Как только значение сопротивления в нейтральном положении меняется — готово, дрейф стика. Поскольку контроллер считывает напряжение, отличное от ожидаемого, находясь в покое, он интерпретирует это как ввод команды джойстиком. В итоге ваш персонаж медленно шагает в пропасть, пока вы идете на кухню за перекусом.

Вот здесь на помощь приходят датчики Холла. В отличие от джойстиков с потенциометрами, где для изменения напряжения используются резистивная дорожка и контакт, в джойстиках на датчиках Холла применяется бесконтактная альтернатива — магниты.

В джойстике на датчике Холла токопроводящий контакт (ползунок) заменен магнитом, а резистивная дорожка — плоским проводником («элементом Холла»), чувствительным к магнитным полям.

Когда электроны проходят через этот материал, магнитное поле эффективно «выталкивает» их к одной из сторон проводника в зависимости от полярности поля.

Когда вы двигаете джойстик, датчик определяет, к какой стороне проводника были вытолкнуты электроны, и интерпретирует это как движение. Все это происходит без физического контакта, что исключает износ датчика из-за трения!

Вуаля! Бесконтактный метод считывания движений джойстика — он может значительно увеличить срок службы контроллера и гораздо менее подвержен дрейфу. В то время как джойстик с потенциометром почти гарантированно выйдет из строя рано или поздно, джойстик на датчике Холла теоретически может прослужить столько же, сколько сам контроллер.