相机模块的闭环控制的制作方法

[0001]
本公开一般涉及电子设备，并且更具体地涉及包括相机模块的驱动输出电流信号的电路中的闭环控制。


背景技术：

[0002]
许多传统的移动设备(例如移动电话)包括一个或多个用于捕捉图像的相机。为了提供图像稳定和对焦，相机在平行于图像主体的平面内的位置，以及相机的镜头在垂直于该平面的方向上的位置，可以由相机控制器下控制的多个电机控制。可以使用移动设备的应用处理器实现控制系统，该应用处理器通过通信接口(例如，内部集成电路或i2c接口)耦合到相机本地的相机控制器及其各种电机。例如，应用处理器可以向相机控制器传达关于用于应用处理器的目标位置的数据向量，而相机控制器可以向应用处理器传达关于相机的实际位置的向量，正如多个磁力传感器(例如，霍尔传感器)和/或其他适当的传感器感测的。
[0003]
相机的电机可能需要由电流驱动，而不是像用于其他类型的传感器负载的情况那样由电压驱动。此外，除了相机电机之外的应用(例如，诸如触觉设备)可能需要电流驱动。在电流被驱动到负载的系统中，机械质量的位置可以通过提供由电流生成的力而在空间中被控制。电流作为脉宽调制(pwm)信号驱动可以最大限度地提高系统的功率效率，而以功率效率为代价驱动线性电流可以提高精度，因为线性驱动器具有比pwm驱动器更低的噪声。因此，提供一种可在pwm驱动器和线性驱动器之间切换的多模电流驱动器可能是有益的。然而，在这样的多模电流驱动器中的操作模式之间切换可能会导致不期望的信号伪影，包括导致在相机系统的电机中不期望的位置变化。


技术实现要素：

[0004]
根据本公开的教导，可以减少或消除与相机模块中控制机械组件和其他电流驱动负载有关的缺点和问题。
[0005]
根据本公开的实施例，一种系统可包括用于在输出级的输出端驱动负载的输出级，被配置为在第一操作模式中预驱动输出级的脉宽调制模式路径，被配置为第二操作模式中预驱动输出级的线性模式路径，以及环路滤波器，在其输入端耦合到输出级的输出端以及在其输出端耦合到所述脉宽调制模式路径和所述线性模式路径。脉宽调制模式路径和线性模式路径可以被配置为，使得所述环路滤波器的输出端和所述输出级的输出端之间的第一传递函数基本上等同于所述环路滤波器的输出端和所述输出级的输出端之间的第二传递函数。
[0006]
根据本公开的这些实施例和其他实施例，一种方法可以包括在第一操作模式中用脉宽调制模式路径预驱动输出级，用于在输出级的输出端驱动负载。该方法可以进一步包括在第二操作模式中，用线性模式路径预驱动输出级。该方法可以进一步包括用环路滤波器对输出信号进行滤波，所述环路滤波器在其输入端耦合到输出级的输出端，以及在其输
出端耦合到脉宽调制模式路径和线性模式路径。脉宽调制模式路径和线性模式路径可以被配置为，使得所述环路滤波器的输出端和所述输出级的输出端之间的第一传递函数基本上等同于所述环路滤波器的输出端和所述输出级的输出端之间的第二传递函数。
[0007]
根据本文所包括的附图、说明书和权利要求中本公开的技术优势，对于具有本领域基本技能的人而言是显而易见的。实施例的目的和优点将至少通过权利要求中特别指出的元素、特征和组合来实现和达到。
[0008]
应当理解，上述的一般描述和以下的详细描述均为示例性和实施例性的，对本公开所述权利要求不具有限制性。
附图说明
[0009]
通过参照以下结合附图的描述，对于本实施例及其优点可进行更完整的理解，其中相同的附图标标记指示相同的特征，并且其中：
[0010]
图1示出依照本公开实施例的示例移动设备的所选组件的框图；
[0011]
图2示出依照本公开实施例的示例多模电流驱动器的所选组件的框图；以及
[0012]
图3示出依照本公开实施例的示例线性预驱动器的所选组件的框图。
具体实施方式
[0013]
图1示出了根据本公开实施例的示例移动设备102的所选组件的框图。如图1所示，移动设备102可以包括外壳101、应用处理器103、麦克风106、无线电发射机/接收机108、扬声器110，以及包括相机107和相机控制器112的相机模块109。
[0014]
外壳101可以包括任何合适的壳体、机箱或其他外壳，用于容纳移动设备102的各种组件。外壳101可以由塑料、金属和/或任何其他合适的材料构成。此外，外壳101可以被适配为(例如，定大小和定形状)使得移动设备102容易地携带在移动设备102的用户身上。因此，移动设备102可能包括但不限于智能手机、平板电脑设备、手持计算设备、个人数字助理、笔记本电脑、视频游戏控制器，或任何可能容易地携带在移动设备102的用户身上的其他设备。
[0015]
应用处理器103容纳在外壳101内，并且可以包括任何系统、设备或装置，其被配置为解释和/或执行程序指令和/或过程数据，并且可以包括不限于微处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、特定应用集成电路(asic)，或被配置为解释和/或执行程序指令和/或过程数据的任何其他数字或模拟电路。在一些实施例中，应用处理器103可以解释和/或执行存储在存储器(未明显示出)和/或应用处理器103可访问的其他计算机可读介质中的程序指令和/或过程数据。
[0016]
麦克风106可以至少部分地容纳在外壳101内，其可以与应用处理器103通信地耦合，并且可以包括被配置为将麦克风106处入射的声音事件转换为应用处理器103可处理的电信号的任何系统、设备或装置。其中，使用膜片或薄膜将这种声音转换为电信号，该膜片或薄膜具有根据在膜片或薄膜上接收到的声波振动而变化的电容。麦克风106可包括静电麦克风、电容麦克风、驻极体麦克风、微机电系统(mems)麦克风或任何其他合适的电容麦克风。
[0017]
无线电发射机/接收机108容纳在外壳101内，可以与应用处理器103通信地耦合，
并可以包括被配置为在天线的帮助下生成和传输射频信号以及接收射频信号并且将接收信号所携带的信息转换成应用处理器103可用的形式的任何系统，设备或装置。无线电发射机/接收器108可以被配置为发射和/或接收各种类型的射频信号，包括但不限于蜂窝通信(例如2g、3g、4g、lte等)、短程无线通信(例如蓝牙)、商业无线电信号、电视信号、卫星无线电信号(例如gps)、无线保真等。
[0018]
扬声器110可以至少部分地容纳在外壳101内，或者可以容纳在外壳101外，其可以与应用处理器103通信地耦合，并且可以包括被配置为响应电音频信号输入而产生声音的任何系统、设备或装置。在一些实施例中，扬声器110可包括动态扬声器，其采用通过柔性悬架机械耦合到刚性框架上的轻型膜片，该柔性悬架约束音圈通过磁隙轴向移动。当电信号施加于音圈时，音圈内的电流产生磁场，使其成为可变电磁铁。音圈和驱动器的磁系统相互作用，产生使音圈(以及所附的纸盆)前后移动的机械力，从而在放大器所施加的电信号的控制下重现声音。
[0019]
相机107可以至少部分容纳在外壳101内(以及部分在外壳101以外，使光线进入相机107的镜头)，并可以包括任何合适的系统，设备或装置，其用于将图像(移动或者静止的)记录成应用处理器103处理的一个或多个电子信号的。如图1所示，相机107可以包括多个电机114、传感器116和图像捕捉组件118。
[0020]
图像捕捉组件118可包括被配置为捕捉图像的组件集合，包括但不限于用于感测接收光的强度和波长的一个或多个镜头和图像传感器。这样的图像捕捉组件118可以耦合到应用处理器103，这样相机107可以将捕捉的图像传达给应用处理器103。
[0021]
电机114可以机械耦合到一个或多个图像捕捉组件118，并且每一个电机114可以包括任何合适的系统、设备或装置，其被配置为基于相机控制器112收到的电流信号指示期望的相机位置，使得一个或多个图像捕捉组件118机械运动到期望的相机位置。
[0022]
传感器116可机械耦合到一个或多个图像捕捉组件118和/或电机114，并可被配置为感测与相机107相关联的位置。例如，第一传感器116可以相对于第一线性方向感测相机107的位置(例如，x位置)，第二传感器116可以相对于垂直于第一线性方向的第二线性方向感测相机107的第二位置(例如，y位置)，以及第三传感器116可以相对于垂直于第一线性方向和第二线性方向的第三线性方向感测相机107(例如，镜头的位置)的第三位置(例如，z位置)。
[0023]
相机控制器112可以容纳在外壳101内，可以与相机107和应用处理器103通信地耦合(例如，通过内部集成电路(i2c)接口)，并可以包括被配置为控制电极114或相机107的其他组件以将107相机的组件放置到期望位置的任何系统，设备或装置。相机控制器112还可被配置为接收来自传感器116关于相机107的实际位置和/或关于相机107的状态的信号。如图1所示，相机控制器112可以包括控制子系统111和电流驱动器113。
[0024]
控制子系统111可以是相机控制器112的一部分，并可以包括被配置为解释和/或执行程序指令和/或过程数据任何系统，设备或装置，并可以包括但不限于微处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)，或被配置为解释和/或执行程序指令和/或过程数据的任何其他数字或模拟电路。在一些实施例中，控制子系统111可以解释和/或执行存储在存储器和/或可访问控制子系统111的其他计算机可读介质中的程序指令和/或处理数据。具体地说，控制子系统111可被配置为执行相机控制器112的功能，包括但不限
于控制电机114和接收和处理来自传感器116的数据。
[0025]
电流驱动器113可以包括多个电路，每一个这样的电路被配置为从控制子系统111接收一个或多个控制信号(包括但不限于指示用于电机114的期望目标电流的信号)，并且根据一个或多个控制信号将电流型信号驱动到各自的电极114，以控制各自的电极114的操作。在一些实施例中，一个或多个电流驱动器113可以包括在下文图2和图3更详细地描述的多模电流驱动器。
[0026]
图2示出了根据本公开实施例的示例多模电流驱动程序200的所选组件的框图。在一些实施例中，多模电流驱动器200可用于实现图1中的一个或多个电流驱动器113。如图2所示，多模电流驱动器200可以包括组合器202、环路滤波器204、量化器206、pwm预驱动器208(如图2所示，其可以分成两个以生成差分预驱动器信号)、线性预驱动器210、输出级212、电流监控器222。
[0027]
组合器202可以包括被配置为生成等于从控制子系统111接收到的目标电流信号i
tgt
与测量反馈电流i
fb
的差值的误差信号的任何系统、设备或装置。
[0028]
环路滤波器204可包括被配置为接收来自组合器202的误差信号并且生成滤波后的误差信号以传达给量化器206和线性预驱动器210的任何系统、设备或装置。在一些实施例中，环路滤波器204可包括比例-积分-微分(pid)控制器。
[0029]
量化器206可以包括被配置为量化信号(例如，滤波后的误差信号error)，以生成等效的数字pwm信号的任何系统、设备或装置。
[0030]
pwm预驱动器208可以包括被配置为接收量化的pwm信号(例如，来自量化器206)并调节用于输出级212的所述信号的任何系统、设备或装置。因此，pwm预驱动器208可以包括信号缓冲器和/或其他逻辑元件，以提供对输出级212的开关的门极端子的控制。如图2所示，pwm预驱动208可以由分成两部分，从而pwm预驱动208的一部分可以生成第一差分预驱动信号，该第一差分预驱动信号是由pwm预驱动208的另一部分驱动的第二差分预驱动信号的补充。
[0031]
线性预驱动器210可以包括被配置为生成到输出级212的线性预驱动器信号linear pre-drive的任何系统、设备或装置，其中该线性预驱动器信号linear pre-drive是滤波后的误差信号error的线性函数。因此，线性预驱动器210可以实现为线性放大器。线性预驱动器210的示例实施例在图3中列出，下面将进行更详细的讨论。
[0032]
输出级212可以包括被配置为接收量化的pwm信号(例如，由pwm预驱动器208生成并调节)或线性预驱动信号linear pre-drive并驱动到负载的输出电流信号i
out
(例如，诸如相机107的电机114或触觉换能器的电感负载)的任何系统、设备或装置。因此，输出级212可包括多个输出开关214和216，其被配置为(例如，在h桥的配置中)从由pwm预驱动器208生成的调制信号或由线性预驱动器210生成的线性信号生成输出电流信号i
out
。
[0033]
如图2所示，输出级212可以包括极性开关220。当以线性操作方式工作时，如本公开的其他部分跟更详细描述的那样，极性开关220可响应于目标电流i
tgt
的极性开关，以生成适当的输出电流i
out
的极性。
[0034]
电流监测器222可以包括被配置为感测输出级212的感测电阻218上的电压降的任何系统、设备或装置，其中该电压降指示输出电流信号i
out
，并生成反馈电流信号i
fb
。
[0035]
图3示出依照本公开实施例的示例线性预驱动器210所选组件的框图。如图3所示，
线性预驱动器210可以实现为差分输入运算放大器302，其具有分别耦合到运算放大器302的各个输入端的输入电阻304，以及耦合到运算放大器302的各个输入端和各对开关308a和308b之间的反馈电阻306(例如，反馈电阻306a和306b)。正如本领域技术人员将认识到的那样，线性预驱动器210的信号增益可以通过输入电阻304和反馈电阻306的电阻来设置。在线性预驱动器210的操作过程中，当目标电流的极性i
tgt
是正的，可以启用开关308a(例如，激活，开启，闭合)并且禁用开关308b(例如，停用，关闭，断开)，这样反馈电阻306a和306b分别耦合到输出级212的输出节点v
out+
和v
out-。相反地，当目标电流i
tgt
的极性为负时，可以启用开关308b，禁用开关308a，这样反馈电阻306a和306b分别耦合到输出级212的输出节点v
out-和v
out+
。此外，线性预驱动器210可以被配置为接收模式选择信号mode select(例如，来自控制子系统111)，这样当模式选择信号mode select指示操作线性模式已被选择时，开关310可以启用，从而使线性预驱动器210驱动线性预驱动信号linear pre-drive到输出级212。相反地，当模式选择信号mode select指示操作pwm模式已被选择时，开关310可以被禁用(例如，停用，关闭，断开)，从而导致线性预驱动器210具有高输出阻抗(例如，“三电平”线性预驱动器210的输出)。虽然没有明确显示在图中，但pwm预驱动器208也可以基于模式选择信号mode select类似地选择性地启用和禁用。
[0036]
因此，在操作中，控制子系统111可以选择性地有效和无效模式选择信号mode select，以在多模电流驱动器200操作的线性操作模式(其中输出级212是由线性预驱动器210预驱动)和pwm操作模式(其中输出级212由pwm预驱动器208预驱动)之间切换。因此，在其中多模电流驱动器200驱动缓慢运动的质量的运动的系统中，正如可能就相机107的电极114而言，多模电流驱动器200可以在大多数时候以pwm操作模式操作，以提供粗略的位置控制将相机镜头放置在近似期望的位置，并且在图像捕捉之前切换到线性操作模式提供良好的位置控制，其具有比当前pwm模式下更少的噪声。此外，为了最小化或消除与这种切换相关的信号伪影，多模电流驱动器200被配置为对其负载保持恒定的输出电流i
out
，以便在这种操作模式之间的变化期间机械质量的位置保持不变。
[0037]
为了进一步说明，在pwm操作模式期间，输出级212的开关214和216可以以生成期望的平均输出电流i
out
所需的占空比切换。因此，量化器206可生成pwm波形，该波形可设置与占空比乘以输出级212的电源电压的数学乘积成比例的输出电压。然而，电流监测器222感测由于部分无功负载的存在而可能具有相对于驱动电压的相位偏移的电流，从而导致在输出级212和电流监测器222之间的极点。因此，在环路滤波器204的pid控制范围内可以有补偿器，以确保在该负载极点存在时的环路稳定。此外，可以选择量化器206的架构，以在输出级212电源电压和开关频率的较宽的工作范围内，提供从环路滤波器204的输出端到输出级212的固定增益，以方便环路的稳定。
[0038]
在线性模式中，为了在操作模式从pwm操作模式到线性操作模式时实现快速固定和最小误差，反之亦然，线性预驱动器210的架构可以选择具有与量化器206和pwm预驱动器208的组合基本类似的环路特征。因此，线性预驱动器210可以是局部环路放大器的一部分，其增益与量化器206和pwm预驱动器208的组合相匹配，这样，局部环路放大器可以驱动电压，其由多模电流驱动器200的负载生成期望的电流。对于给定的输出负载和驱动输出电流i
out
，在线性和pwm的操作模式下可以匹配一个稳定的状态变量(例如，环路滤波器204的输出)。
[0039]
因此，上述讨论公开了一个系统，其包括：输出级(例如，输出级212)，其用于在输出级的输出端驱动负载；脉宽调制模式路径(例如，量化器206和pwm预驱动器208的组合)，其被配置为在第一操作模式(例如，pwm的操作模式)中预驱动输出级；线性模式路径(例如，线性预驱动器210)，其被配置为在第二操作模式(例如，线性操作模式)中预驱动输出级；以及环路滤波器(例如，环路滤波器204)，在其输入端耦合到输出级的输出端，以及在其输出端耦合到脉宽调制模式路径和线性模式路径。此外，正如上面所讨论的，脉宽调制模式路径和线性模式路径可以在特征上相匹配，使得所述环路滤波器的输出端和所述输出级的输出端之间的第一传递函数基本上等同于所述环路滤波器的输出端和所述输出级的输出端之间的第二传递函数。
[0040]
在本文使用的，当两个或两个以上的元件由称为彼此“耦合”，该术语表示这两个或两个以上的元件处于电子连通或机械连通，无论是间接连接还是直接连接、具有还是不具有中间元件。
[0041]
本公开包含了对此处示例性实施例的所有改变、替换、变体、变更和修改，即在具有该领域普通技能的人员将理解的所有改变、替换、变体、变更和修改。同样地，在适合的情况下，所附权利要求包含了对此处示例性实施例的所有改变、替换、变体、变更和修改，即是具有该领域普通技能的人员所能理解的。此外，参考所附权利要求的设备或系统或设备或系统的组件被“适应为”、“布置成”、“能够”、“配置成”、“可启用的”、“可操作的”或“有效地”执行特定的包含设备、系统或组件的函数，无论特定功能是否被激活，打开，或者解锁，只要设备、系统或组件被如此“适应为”、“布置成”、“能够”、“配置成”、“可启用的”、“可操作的”或“有效地”。因此，可以在不背离本公开范围的情况下，对本文所述的系统、设备和方法进行修改、添加或省略。例如，系统和设备的组件可以被集成或分离。此外，本文公开的系统和设备的操作可以由更多、更少或其他组件执行，所述方法可以包括更多、更少或其他步骤。此外，步骤可以按照任何合适的顺序执行。正如在本文所使用的，“每一个”指集合的每个成员或集合子集的每个成员。
[0042]
尽管示例性实施例在图中说明并在下面描述，但是本公开的原则可以使用任意数量的技术来实现，无论当前是否已知。本公开不应限于附图和以上描述的示例性方式和技术。
[0043]
除特别注明外，否则图中所绘物品不一定按比例绘制。
[0044]
本文所述的所有示例和条件语言旨在帮助读者理解本公开的内容和本领域的发明者贡献的概念，以促进本领域，并被解释为不限于这些具体引用的示例和条件。尽管本公开的实施例已被详细描述，但应当理解，在不背离本公开的精神和范围的情况下，可以在本公开的实施例中进行各种变更、替换和变更。
[0045]
尽管上述列举了具体的优点，但各种实施例可以包括一些、没有或所有的所列举的优点。此外，在审阅上述数字和说明之后，其他技术优势对该领域的普通技能者而言变得显而易见。
[0046]
为了帮助专利局和关于本申请所发布的任何专利的读者解读所附权利要求，申请人希望注意，他们并不欲使任何所附权利要求或权利要求要素援引35u.s.c.
§
112(f)，除非在特定权利要求中明确使用“用于
……
的部件”或“用于
……
的步骤”的词语。