- 相機(jī)馬達(dá)的基礎(chǔ)知識(shí)
- 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)與效率
- 直流致動(dòng)器(actuator)一般用來驅(qū)動(dòng)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(tái)，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(dòng)力。這些馬達(dá)用于控制諸如相機(jī)的行動(dòng)鏡頭、硬碟驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)以及行動(dòng)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(dòng)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(gè)馬達(dá)都需要馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，使馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器IC的需求量急劇增加并刺激整個(gè)市場的發(fā)展。
本文將討論現(xiàn)代數(shù)位相機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)器IC的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)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(dòng)器，2為用于自動(dòng)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(shí)
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(duì)象向外運(yùn)動(dòng)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(gè)畫面，它會(huì)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(gè)中心有孔的圓環(huán)，這個(gè)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(shí)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(dòng)器
圖1顯示了DSC里常見的三種馬達(dá)類型。直流致動(dòng)器(actuator)一般用來驅(qū)動(dòng)快門，它以恒流驅(qū)動(dòng)(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(duì)自動(dòng)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(duì)于快速變焦作業(yè)，特別是當(dāng)DSC電源打開時(shí)，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(shí)進(jìn)行平滑和精確的變焦，采用步進(jìn)馬達(dá)可能會(huì)更好些。對(duì)于單光圈應(yīng)用，可使用DC致動(dòng)器調(diào)節(jié)光圈，而當(dāng)需要精確控制位置時(shí)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(gè)專用通道(CH1至CH6)：CH5驅(qū)動(dòng)用于快門作業(yè)的DC致動(dòng)器；CH1和CH2驅(qū)動(dòng)用于自動(dòng)調(diào)焦的步進(jìn)馬達(dá)(有兩個(gè)線圈)；CH3和CH4(兩個(gè)線圈)驅(qū)動(dòng)用于調(diào)節(jié)光圈的步進(jìn)馬達(dá)；CH6驅(qū)動(dòng)用于光學(xué)變焦的直流馬達(dá)，由于直流馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，CH6具有直流馬達(dá)所需的制動(dòng)功能。
驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)與效率
DSC中馬達(dá)的主要驅(qū)動(dòng)方式為恒壓驅(qū)動(dòng)(CVD)與橫流驅(qū)動(dòng)，有時(shí)也會(huì)采用電壓脈寬調(diào)變(PWM)從一個(gè)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(dòng)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(gè)占空比為0.75和0.9的PWM訊號(hào)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(hào)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(dòng)器ICFAN8702為例，它具有6個(gè)通道(CH1至CH6，每一個(gè)通道驅(qū)動(dòng)一個(gè)線圈)，能驅(qū)動(dòng)相機(jī)里的所有馬達(dá)。像這種型號(hào)的驅(qū)動(dòng)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(shí)消耗8W的峰值功率。因此，這種相機(jī)的工作時(shí)間從1至8小時(shí)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(dòng)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(gè)，而且全都組裝在一個(gè)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(dòng)器，以滿足它們對(duì)功耗、控制及縮小空間的日益成長的需求。
