- 相機(jī)馬達(dá)的基礎(chǔ)知識
- 馬達(dá)驅(qū)動的實(shí)現(xiàn)與效率
- 直流致動器(actuator)一般用來驅(qū)動快門
- 光學(xué)變焦可采用直流馬達(dá)或步進(jìn)馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)
消費(fèi)市場是所有IC電子市場中最大以及成長最快的市場。數(shù)位相機(jī)(DSC)、MP3與DVD播放機(jī)、視訊轉(zhuǎn)換盒、視訊游戲控制臺，以及手機(jī)等這些需要用到馬達(dá)的電子設(shè)備的市場成功，為IC市場注入了發(fā)展動力。這些馬達(dá)用于控制諸如相機(jī)的行動鏡頭、硬碟驅(qū)動器的旋轉(zhuǎn)以及行動讀/寫磁頭等。
電子設(shè)備中輔助部件使用的馬達(dá)數(shù)量更多，如冷卻風(fēng)扇和CDROM/RW/DVDROM驅(qū)動器。最近，照相手機(jī)甚至已將馬達(dá)整合到手機(jī)里。在這些應(yīng)用中的每一個馬達(dá)都需要馬達(dá)驅(qū)動器，使馬達(dá)驅(qū)動器IC的需求量急劇增加并刺激整個市場的發(fā)展。
本文將討論現(xiàn)代數(shù)位相機(jī)對運(yùn)動控制的要求，因?yàn)樗鼈兛赡苁窃诤苄◇w積內(nèi)裝有馬達(dá)數(shù)量最多的精巧設(shè)備。此外，本文還將討論一種基于高度整合的馬達(dá)驅(qū)動器IC的馬達(dá)驅(qū)動器解決方案(見圖1)。
圖1：DSC使用的所有馬達(dá)，其中1為用于快門的直流致動器，2為用于自動調(diào)焦的步進(jìn)
馬達(dá)，3為用于調(diào)節(jié)光圈的步進(jìn)馬達(dá)，4為用于變焦的直流馬達(dá)。
相機(jī)的基礎(chǔ)知識
大多數(shù)數(shù)位相機(jī)都具有光學(xué)變焦或者數(shù)位變焦功能(或者二者都有)。光學(xué)變焦鏡頭實(shí)際上是朝著拍攝對象向外運(yùn)動以獲得清晰的特寫照片，它與傳統(tǒng)相機(jī)中的變焦鏡頭屬于同一類型。數(shù)位變焦則是相機(jī)里的一種軟體功能，即裁剪照片邊緣并以電子方式放大照片的中央部分以填滿整個畫面，它會使照片的清晰度下降。
孔徑(或光圈，光線透過它進(jìn)入相機(jī))由鏡頭里的鎖光圈(irisdiaphragm)控制，例如一組重疊的金屬薄片形成一個中心有孔的圓環(huán)，這個孔的孔徑可根據(jù)需要調(diào)大或者調(diào)小。快門用來控制允許光線進(jìn)入相機(jī)的時間。透過調(diào)節(jié)快門速度，配合采用合適的光圈大小，便可得到良好曝光所需的合適光量。
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馬達(dá)和馬達(dá)驅(qū)動器
圖1顯示了DSC里常見的三種馬達(dá)類型。直流致動器(actuator)一般用來驅(qū)動快門，它以恒流驅(qū)動(CCD)模式控制，可實(shí)現(xiàn)高速的快門作業(yè)(現(xiàn)代DSC的快門速度超過1/2,000秒)；步進(jìn)馬達(dá)則將對自動調(diào)焦(AF)進(jìn)行精確的位置控制。
光學(xué)變焦可采用直流馬達(dá)或步進(jìn)馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)。對于快速變焦作業(yè)，特別是當(dāng)DSC電源打開時，采用直流馬達(dá)更好，因?yàn)樗霓D(zhuǎn)矩大于步進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩。但另一方面，為在正常作業(yè)時進(jìn)行平滑和精確的變焦，采用步進(jìn)馬達(dá)可能會更好些。對于單光圈應(yīng)用，可使用DC致動器調(diào)節(jié)光圈，而當(dāng)需要精確控制位置時則采用步進(jìn)馬達(dá)。
圖2展示了DSC里的所有馬達(dá)。這些馬達(dá)有6個專用通道(CH1至CH6)：CH5驅(qū)動用于快門作業(yè)的DC致動器；CH1和CH2驅(qū)動用于自動調(diào)焦的步進(jìn)馬達(dá)(有兩個線圈)；CH3和CH4(兩個線圈)驅(qū)動用于調(diào)節(jié)光圈的步進(jìn)馬達(dá)；CH6驅(qū)動用于光學(xué)變焦的直流馬達(dá)，由于直流馬達(dá)的轉(zhuǎn)動慣量，CH6具有直流馬達(dá)所需的制動功能。
驅(qū)動的實(shí)現(xiàn)與效率
DSC中馬達(dá)的主要驅(qū)動方式為恒壓驅(qū)動(CVD)與橫流驅(qū)動，有時也會采用電壓脈寬調(diào)變(PWM)從一個固定電源上為不同馬達(dá)提供合適電壓。例如，鏡頭筒制造商可能推出工作在3V和3.6V的用于變焦的新型直流馬達(dá)與用于調(diào)節(jié)光圈的直流致動器，而可用的VM(即馬達(dá)電源電壓)固定為4V。在這種情況下，DSP或伺服IC可能需要產(chǎn)生一個占空比為0.75和0.9的PWM訊號來將4V電壓轉(zhuǎn)換成3V和3.6V。由於小型DSC馬達(dá)的電感值很小，所以必須將這種PWM訊號的頻率設(shè)置在100kHz以上。
圖2：在DSC鏡頭中組裝的三種馬達(dá)。
以Fairchild的馬達(dá)驅(qū)動器ICFAN8702為例，它具有6個通道(CH1至CH6，每一個通道驅(qū)動一個線圈)，能驅(qū)動相機(jī)里的所有馬達(dá)。像這種型號的驅(qū)動器IC具有4路用于調(diào)節(jié)輸出電壓及電流的命令輸入，它們分別由接腳VC1、VC2、IAE和ISH設(shè)置。正確選擇輸出電壓與電流將使電源功耗最小，這種高度靈活性使諸如CVD、CCD等簡單的控制方法十分受歡迎因?yàn)镃VD/CCD除了方法簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、具有成本效益外，還具有低噪音特性。
DSC的功耗
DSC可用一節(jié)或兩節(jié)鋰離子電池供電，如三星DigimaxV50型DSC可用一節(jié)容量大約為5Wh的鋰離子電池(3.7V，1,440mAh)供電；佳能EOS300DDigitalRebel型DSC則可用兩節(jié)容量大約為8Wh的鋰離子電池(7.4V，1,100mAh)供電，它一般在閑置模式下消耗1W的功率，在使用閃光燈拍照時消耗8W的峰值功率。因此，這種相機(jī)的工作時間從1至8小時不等，取決于它的使用頻率與模式。
應(yīng)用在數(shù)位相機(jī)等現(xiàn)代可攜電子設(shè)備中的馬達(dá)數(shù)量的成長速度，將繼續(xù)超過傳統(tǒng)用在硬碟驅(qū)動器里的音圈馬達(dá)(voicecoilmotor)和主軸馬達(dá)數(shù)量的成長速度。令人吃驚的是，現(xiàn)在有很多馬達(dá)可滿足苛刻的小型化趨勢要求，實(shí)際上‘微型’硬碟(1英寸，1.5GB)現(xiàn)已經(jīng)應(yīng)用在智慧手機(jī)里。
市面上出現(xiàn)的新型照相手機(jī)也可能很快采用本文所討論的所有馬達(dá)，包括用于光學(xué)變焦與記憶體的馬達(dá)，數(shù)量將超過6個，而且全都組裝在一個緊湊的空間內(nèi)。除了這些馬達(dá)，現(xiàn)代可攜電子設(shè)備還需要效率高、整合度高的馬達(dá)驅(qū)動器，以滿足它們對功耗、控制及縮小空間的日益成長的需求。
