CN105305912A - 音圈马达的输入信号整形方法、驱动电路及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种音圈马达的输入信号整形方法、驱动电路及其驱动方法，输入整形是将矢量脉冲序列与系统的输入信号进行卷积，从而产生一个整形的输入信号，该整形后的信号作用于系统，能消除或极大的减少系统的残余振荡，同时亦能增大对音圈马达系统参数(自然震荡频率和阻尼系数)的误差范围的适应，减少设计、生产及测试音圈马达模组的成本。

Description

音圈马达的输入信号整形方法、驱动电路及其驱动方法

技术领域

本发明涉及集成电路领域，用于相机音圈马达驱动的控制，涉及二阶欠阻尼系统的矢量图控制方法，尤其涉及一种音圈马达的输入信号整形方法、驱动电路及其驱动方法。

背景技术

音圈马达(VCM)广泛应用于智能手机和平板电脑的相机镜头驱动中。音圈马达驱动芯片通过接受系统驱动芯片提供的控制信号，输出相应的线性电流，通过音圈马达控制相机镜头的位置，从而实现自动对焦。音圈马达可以等效成二阶欠阻尼振荡系统，在音圈马达到达目标位置时，并不能马上停下来，而是以该位置为中心做减幅振荡，需要较长的时间才能稳定下来。这种残余振荡极大延长了自动对焦的时间。

通常，有几种方法可用于减少系统的残余震荡。一种方法是增加系统的阻尼系数，从而减少甚至消除残余振荡，加快自动对焦速度；但是这需要更大的能量消耗，会显著的缩短电池使用时间。另一种方法是把一个长的驱动行程分成许多的短的行程，然后以台阶分部的方式驱动音圈马达，最终达到目标位置；这种方法减少了每一步的残余振荡的幅值，但是并没有减少残余振荡的幅值与每个台阶幅值的比值，可以看到达到最终稳定的时间还是较长。

此外，音圈马达的系统参数(自然震荡频率ω_n,阻尼系数ξ)会有个体的和批次的差异，随着时间老化以及环境温度变化均有差异，这种差异亦会导致自动对焦的不理想。

为了实现更高效的音圈马达的自动对焦效果，必须有相应的方法来消除或减少系统的这种残余震荡，并且能适应音圈马达驱动参数的变化，这种适应的误差范围越大越好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种音圈马达的输入信号整形方法、驱动电路及其驱动方法，能够解决音圈马达驱动的残余振荡问题，以实现快速高效的自动对焦效果。

为了实现上述目的，本发明提出了一种音圈马达的输入信号整形方法，包括步骤：

S100：确定音圈马达的等效模型的传输函数；

S200：随机放置N个矢量脉冲，找出第N+1个脉冲抵消N个脉冲的和；

S300：将上述N+1个脉冲与系统的输入信号进行卷积，得到整形输入信号。

进一步的，在所述的音圈马达的输入信号整形方法中，所述音圈马达的等效模型的传输函数为：

$G\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\ω}}^2}{S^2+2\mathrm{\ξ}\mathrm{\ω}s+{\mathrm{\ω}}^2}---\left(1\right);$

其中ω为系统无阻尼固有频率，ξ为系统阻尼系数，s为频域变量。

进一步的，在所述的音圈马达的输入信号整形方法中，假定θ＝ωΔT；获得振幅A_i+1计算公式：

$\left|A_{i+1}\right|=\sqrt{{\left|R_x\right|}^2+{\left|R_y\right|}^2}---\left(2\right);$

${\mathrm{\θ}}_{i+1}=\mathrm{\π}+{\tan }^{-1}\frac{R_y}{R_x}---\left(3\right);$

Rx＝ΣA_icosθ_i(4)；

Ry＝ΣA_isinθ_i(5)；

其中，A_i为第i个矢量的幅度，Rx为矢量序列x分量的和，Ry为矢量序列y分量的和，i为正整数。

进一步的，在所述的音圈马达的输入信号整形方法中，假定每个脉冲幅度相等，获得2脉冲序列UM2的脉冲表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1/2& 1/2\\ 0& \mathrm{\π}\end{array}\right]---\left(6\right);$

设定获得2脉冲序列UM2的时域表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1/2& 1/2\\ 0& \frac{T_d}{2}\end{array}\right]---\left(7\right).$

进一步的，在所述的音圈马达的输入信号整形方法中，假定每个脉冲幅度相等，获得3脉冲序列UM3的脉冲表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& -1& 1\\ 0& \frac{\mathrm{\π}}{3}& \frac{2\mathrm{\π}}{3}\end{array}\right]---\left(8\right);$

设定获得3脉冲序列UM3的时域表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& -1& 1\\ 0& \frac{T_d}{6}& \frac{T_d}{3}\end{array}\right]---\left(9\right).$

进一步的，在所述的音圈马达的输入信号整形方法中，获得2脉冲序列UM2及3脉冲序列UM3的脉冲表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}1/2& -1/2& 1/2& 1/2& -1/2& 1/2\\ 0& \frac{\mathrm{\π}}{3}& \frac{2\mathrm{\π}}{3}& \frac{5\mathrm{\π}}{6}& \frac{7\mathrm{\π}}{6}& \frac{9\mathrm{\π}}{6}\end{array}\right]---\left(10\right);$

设定获得2脉冲序列UM2和3脉冲序列UM3之和的时域表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}1/2& -1/2& 1/2& 1/2& -1/2& 1/2\\ 0& \frac{T_d}{6}& \frac{2T_d}{6}& \frac{5T_d}{12}& \frac{7T_d}{12}& \frac{9T_d}{12}\end{array}\right]---\left(11\right).$

进一步的，在所述的音圈马达的输入信号整形方法中，两组2脉冲序列UM2直接相隔的角度可以为公式(10)延伸为：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}1/2& -1/2& 1/2& 1/2& -1/2& 1/2\\ 0& \frac{\mathrm{\π}}{3}& \frac{2\mathrm{\π}}{3}& \frac{2\mathrm{\π}}{3}+{\mathrm{\θ}}_s& \frac{6\mathrm{\π}}{6}+{\mathrm{\θ}}_s& \frac{8\mathrm{\π}}{6}+{\mathrm{\θ}}_s\end{array}\right]---\left(12\right).$

进一步的，在所述的音圈马达的输入信号整形方法中，用衰减自然本征频率来描述矢量图，公式为：

$\mathrm{\θ}=\sqrt{1-{\mathrm{\ξ}}^2}\mathrm{\ω}T---\left(13\right);$

A_i+1＝A_ie^-ξωT(14)；

设定： ${\mathrm{\ξ}}^{\′}=\frac{\mathrm{\ξ}}{\sqrt{1-{\mathrm{\ξ}}^2}}---\left(15\right);$

A_i+1＝A_ie^-ξ′θ(16)；

定义脉冲A在时间T时的有效振幅为|A_eff|，其是时间0时的脉冲幅度|A|振动衰减到时间T时的幅度，公式为：

$\left|A_{eff}\right|=\frac{\left|A\right|}{e^{-{\mathrm{\ξ}}^{\′}\mathrm{\θ}}}---\left(17\right).$

进一步的，在所述的音圈马达的输入信号整形方法中，第N+1个脉冲的表达式：

$\left|A_{i+1}\right|=\left(e^{-{\mathrm{\ξ}}^{\′}{\mathrm{\θ}}_{i+1}}\right)*\sqrt{{\left|R_x\right|}^2+{\left|R_y\right|}^2}---\left(18\right);$

${\mathrm{\θ}}_{i+1}=\mathrm{\π}+{\tan }^{-1}\frac{R_y}{R_x}---\left(19\right);$

Rx＝ΣA_ieffcosθ_i(20)；

Ry＝ΣA_ieffsinθ_i(21)；

其中，A_i为第i个矢量的幅度，Rx为矢量序列有效幅度x分量的和，Ry为矢量序列有效幅度y分量的和，i为正整数。

进一步的，在所述的音圈马达的输入信号整形方法中，假定每个脉冲幅度相等，获得2脉冲序列UM2的脉冲表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1/2& e^{-{\mathrm{\π\ξ}}^{\′}/2}\\ 0& \mathrm{\π}\end{array}\right]---\left(22\right);$

设定获得2脉冲序列UM2的时域表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& e^{-{\mathrm{\π\ξ}}^{\′}}\\ 0& \frac{T_d}{2}\end{array}\right]---\left(23\right).$

在本发明的另一方面，还提出了一种音圈马达驱动电路，包括：与驱动芯片通讯的I2C接口电路、半振荡周期发生器电路、输入整形器、数模转换器电路、缓冲器及音圈马达；其中，所述I2C接口电路的输出分别与所述半振荡周期发生器电路及输入整形器的输入相连，所述半振荡周期发生器电路的输出与输入整形器的输入相连，所述数模转换器电路的输入与所述输入整形器的输出相连，所述缓冲器的输入与所述数模转换器电路的输出相连，所述音圈马达的输入与所述缓冲器的输出相连，所述输入整形器采用如上文所述的音圈马达的输入信号整形方法。

在本发明的另一方面，还提出了一种音圈马达的驱动方法，用于对上文所述的音圈马达驱动电路进行驱动，包括步骤：

所述I2C接口电路与所述驱动芯片通讯，所述驱动芯片首先提供音圈马达的目标位置信息X_tar，然后根据所述音圈马达的系统参数选择半振荡周期；

计算出矢量脉冲表达式，所述输入整形器输出经过所述数模转换器，再经过所述输出缓冲器转换成对应的电流值来驱动所述音圈马达，经过所述输入整形器之后，输入到所述音圈马达。

本发明相比于现有技术的有益效果主要体现在：输入整形是将矢量脉冲序列与系统的输入信号进行卷积，从而产生一个整形的输入信号，该整形后的信号作用于系统，能消除或极大的减少系统的残余振荡，同时亦能增大对音圈马达系统参数(自然震荡频率和阻尼系数)的误差范围的适应，减少设计、生产及测试音圈马达模组的成本。

附图说明

图1为单位脉冲信号作用于二阶振荡系统中系统响应时减幅的正弦振荡曲线示意图；

图2a为本发明一实施例中不考虑音圈马达系统中阻尼系数时UM2、UM3和UM2+UM3的输入整形图；

图2b为本发明一实施例中不考虑音圈马达系统中阻尼系数时UM2、UM3和UM2+UM3的残余振动矢量图；

图2c为本发明一实施例中考虑音圈马达系统中阻尼系数而产生的脉冲序列UM2、UM3和UM2+UM3的输入整形图；

图2d为本发明一实施例中考虑音圈马达系统中阻尼系数后UM2、UM3和UM2+UM3的残余振动矢量图；

图2e为本发明一实施例中考虑音圈马达系统中阻尼系数后(采用图2c中的)UM2、UM3以及UM2+UM3的残余振动矢量图；

图3为本发明一实施例中UM2、UM3和UM2+UM3输入整形残余振荡本振频率灵敏度曲线的示意图；

图4为本发明一实施例中音圈马达驱动电路的方框示意图；

图5为本发明一实施例中考虑阻尼系数后UM2的极坐标图；

图6为本发明一实施例中考虑阻尼系数后UM3的极坐标图；

图7为本发明一实施例中考虑阻尼系数后UM2+UM3的极坐标图。

图8为本发明一实施例中音圈马达驱动电路的方框示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的音圈马达的输入信号整形方法、驱动电路及其驱动方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想是提出一种利用矢量图方法输入整形的控制方法。该方法输入整形是将脉冲序列与系统的输入信号进行卷积，从而产生一个整形的输入信号，该整形后的信号作用于系统，能消除或极大的减少系统的残余振荡。如图1所示，一个单位脉冲信号作用于一个二阶振荡系统，系统响应是减幅的正弦振荡曲线。如果给二阶振荡系统作用两个脉冲信号，第一个脉冲信号A₁δ(t-t₁)的幅值为A₁，作用时间为t₁，第二个脉冲信号A₂δ(t-t₂)的幅值为A₂，作用时间为t₂。通过合理设计这两个脉冲信号的幅值和时滞(|t₂-t₁|)，使第一个脉冲信号在t₁时刻产生振动经过延时后与第二个脉冲在t₂时刻产生的振动刚好振幅大小相等，方向相反，叠加结果为零(如图1中A₁和A₂叠加后的响应所示)，从而可以完全消除系统的振动。输入整形就是利用上述的原理来达到消除或者减少系统的振动的。

具体的，本实施例中提出了一种音圈马达的输入信号整形方法，包括步骤：

S100：确定音圈马达的等效模型的传输函数；

S200：随机放置N个矢量脉冲，找出第N+1个脉冲抵消N个脉冲的和；

S300：将上述N+1个脉冲与系统的输入信号进行卷积，得到整形输入信号。

具体的，S100：确定音圈马达的等效模型的传输函数：

$G\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\ω}}^2}{S^2+2\mathrm{\ξ}\mathrm{\ω}s+{\mathrm{\ω}}^2}---\left(1\right);$

其中ω为系统无阻尼固有频率，ξ为系统阻尼系数，s为频域变量；

假设放置N个矢量在矢量图上，求它们的和为零。那么作用于满足公式(1)所描述的二阶系统，在时间域里，它的残余振荡为零。

S200：在矢量图上，随机放置N个矢量脉冲，可以找到第N+1个脉冲，抵消前面N个脉冲的和。通过把上述N+1个脉冲与系统输入进行卷积，所得的整形输入信号作用于系统，系统将会非常精确的到达目标。

假定θ＝ωΔT。下面是A_i+1计算公式：

$\left|A_{i+1}\right|=\sqrt{{\left|R_x\right|}^2+{\left|R_y\right|}^2}---\left(2\right);$

${\mathrm{\θ}}_{i+1}=\mathrm{\π}+{\tan }^{-1}\frac{R_y}{R_x}---\left(3\right);$

Rx＝ΣA_icosθ_i(4)；

Ry＝ΣA_isinθ_i(5)；

其中，A_i为第i个矢量的幅度，Rx为矢量序列x分量的和，Ry为矢量序列y分量的和，i为正整数。

依据公式(2)、(3)、(4)和(5)，假定每个脉冲幅度相等，计算出2脉冲序列(UnityMagnitude)UM2的脉冲表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1/2& 1/2\\ 0& \mathrm{\π}\end{array}\right]---\left(6\right);$

设定获得2脉冲序列UM2的时域表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1/2& 1/2\\ 0& \frac{T_d}{2}\end{array}\right]---\left(7\right).$

依据公式(2)、(3)、(4)和(5)，假定每个脉冲幅度相等，计算出3脉冲序列(UnityMagnitude)UM3的脉冲表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& -1& 1\\ 0& \frac{\mathrm{\π}}{3}& \frac{2\mathrm{\π}}{3}\end{array}\right]---\left(8\right);$

设定从而UM3的时域表达式为：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& -1& 1\\ 0& \frac{T_d}{6}& \frac{T_d}{3}\end{array}\right]---\left(9\right).$

根据公式(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)及(9)，可以推导出UM2+UM3的脉冲表达式为：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}1/2& -1/2& 1/2& 1/2& -1/2& 1/2\\ 0& \frac{\mathrm{\π}}{3}& \frac{2\mathrm{\π}}{3}& \frac{5\mathrm{\π}}{6}& \frac{7\mathrm{\π}}{6}& \frac{9\mathrm{\π}}{6}\end{array}\right]---\left(10\right);$

设定从而UM2+UM3的时域表达式为：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}1/2& -1/2& 1/2& 1/2& -1/2& 1/2\\ 0& \frac{T_d}{6}& \frac{2T_d}{6}& \frac{5T_d}{12}& \frac{7T_d}{12}& \frac{9T_d}{12}\end{array}\right]---\left(11\right).$

其中，UM2、UM3、UM2+UM3的输入整形图请参考图2a，UM2、UM3、UM2+UM3的残余振动矢量图请参考图2b，UM2、UM3、UM2+UM3输入整形残余振荡本振频率灵敏度曲线如图3a所示。

进一步的，还可以通过对公式(8)、(10)和(11)分析，得出任意两组UM3按照UM2方式组合，均可以得到UM2+UM3的矢量脉冲表达式。两组UM2直接相隔的角度可以为那么公式(10)可以延伸为如下：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}1/2& -1/2& 1/2& 1/2& -1/2& 1/2\\ 0& \frac{\mathrm{\π}}{3}& \frac{2\mathrm{\π}}{3}& \frac{2\mathrm{\π}}{3}+{\mathrm{\θ}}_s& \frac{6\mathrm{\π}}{6}+{\mathrm{\θ}}_s& \frac{8\mathrm{\π}}{6}+{\mathrm{\θ}}_s\end{array}\right]---\left(12\right).$

而公式(10)就是

进一步，推导提升矢量图UM整形输入的系统鲁棒性，还包含以下步骤：

步骤1、确定音圈马达的等效模型的传输函数：

$G\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\ω}}^2}{S^2+2\mathrm{\ξ}\mathrm{\ω}s+{\mathrm{\ω}}^2}---\left(1\right);$

其中ω为系统无阻尼固有频率，ξ为系统阻尼系数，s为频域变量；

假设放置N个矢量在矢量图上，求它们的和为零。那么作用于满足公式(1)所描述的二阶系统，在时间域里，它的残余振荡为零。

步骤2、在矢量图上，随机放置N个矢量脉冲，可以找到第N+1个脉冲，来抵消前面N个脉冲的和。通过将上述N+1个脉冲与系统输入进行卷积，所得的整形输入作用于系统，系统将会非常精确的到达目标。

步骤3、从公式(1)可以看到，音圈马达的等效模型里面，含有阻尼系数ξ，那么矢量图振荡表达式需要在两个方面做出改进：第一，需要用衰减自然本征频率来描述矢量图，公式如下：(13)；第二，矢量的幅度会随着阻尼振荡而衰减。公式为：

$\mathrm{\θ}=\sqrt{1-{\mathrm{\ξ}}^2}\mathrm{\ω}T---\left(13\right);$

A_i+1＝A_ie^-ξωT(14)；

设定： ${\mathrm{\ξ}}^{\′}=\frac{\mathrm{\ξ}}{\sqrt{1-{\mathrm{\ξ}}^2}}---\left(15\right);$

A_i+1＝A_ie^-ξ′θ(16)；

以2脉冲为例，加入阻尼系数ξ以后的表达式：

A₂＝A₁e^-ξωT(14)；

设定： ${\mathrm{\ξ}}^{\′}=\frac{\mathrm{\ξ}}{\sqrt{1-{\mathrm{\ξ}}^2}}---\left(15\right);$

A₂＝A₁e^-ξ′θ(16)。

定义脉冲A在时间T时的有效振幅|A_eff|，它是时间0时的脉冲幅度|A|振动衰减到时间T时的幅度，公式为：

$\left|A_{eff}\right|=\frac{\left|A\right|}{e^{-{\mathrm{\ξ}}^{\′}\mathrm{\θ}}}---\left(17\right);$

在矢量图上，随机放置N个矢量脉冲，可以找到第N+1个脉冲，来抵消前面N个脉冲的和，第N+1个脉冲的表达式：

具体的，应用到UM2的脉冲表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1/2& e^{-{\mathrm{\π\ξ}}^{\′}}/2\\ 0& \mathrm{\π}\end{array}\right];$

转述上面矢量图到时域，设定得到的2脉冲时域表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1/2& e^{-{\mathrm{\π\ξ}}^{\′}}/2\\ 0& \frac{T_d}{2}\end{array}\right].$

其中，考虑阻尼系数(以ξ＝0.02为例)中的UM2、UM3、UM2+UM3输入整形图请参考图2c，考虑阻尼系数(以ξ＝0.02为例)中的UM2、UM3、UM2+UM3的残余振动矢量图请参考图2d，考虑阻尼系数(以ξ＝0.02为例)采用图2c的UM2、UM3以及UM2+UM3的残余振动矢量图请参考图2e。考虑阻尼系数(以ξ＝0.02为例)UM2、UM3、UM2+UM3输入整形残余振荡本振频率灵敏度曲线如图3b所示；考虑阻尼系数(以ξ＝0.02为例)UM2、UM3、UM2+UM3采用图2c输入整形残余振荡本振频率灵敏度曲线如图3c所示。

有必要简要介绍一下音圈马达的工作原理及其在相机自动变焦领域的应用。音圈马达(VoiceCoilMotor)，简称VCM，其工作原理是在基座(Holder)内有一个小型的强力磁场，通过驱动芯片(本发明应用之驱动芯片)来控制VCM内部线圈的电流而产生磁力方面的作用力，从而去动中间的镜头(Lens)达到需要的位置，从而实现自动变焦(AutoFocus)。具体而言，当相机进入到AF模式之后，驱动芯片驱动镜头从最小位移处移动到最大位移处，此时摄像头感应器拍摄不同位移处的图片并保存到驱动芯片DSP内，DSP通过图像处理算法找到成像最好的图片的位移点，这个位移点有与其唯一对应的VCM驱动芯片电流。DSP提供这个最佳成像点的信息给VCM驱动芯片，从而使镜头稳定在此位置，达到自动变焦。如前面论述，VCM可等效为欠阻尼的二阶振荡系统，因而当VCM驱动芯片给定目标电流值时，如果不施加外界辅助措施，VCM将要很长的时间才能达到满足需要的稳定程度，这个稳定时间由VCM系统参数ω_n、ξ确定。采用本发明所述的输入整形控制方法，则能大幅度缩短VCM达到稳定性所要求的时间。

因此，请参考图8，在本实施例的另一方面，还提出了一种基于上文所述的音圈马达的整形信号控制方法的一种音圈马达驱动电路，所述驱动电路包括：与驱动芯片通讯的I2C接口电路、半振荡周期发生器电路、输入整形器、数模转换器电路、缓冲器及音圈马达；其中，所述I2C接口电路的输出分别与所述半振荡周期发生器电路及输入整形器的输入相连，所述半振荡周期发生器电路的输出与输入整形器的输入相连，所述数模转换器电路的输入与所述输入整形器的输出相连，所述缓冲器的输入与所述数模转换器电路的输出相连，所述音圈马达的输入与所述缓冲器的输出相连。

此外，还提出了一种基于所述的音圈马达输入信号整形方法的一种音圈马达驱动的控制方法，包括步骤：

所述I2C接口电路与所述驱动芯片通讯，所述驱动芯片首先提供音圈马达的目标位置信息X_tar，然后根据所述音圈马达的系统参数选择半振荡周期，假设音圈马达当前位置为X_ori，则对应的位置阶跃量为ΔX＝X_tar-X_ori；

所述音圈马达驱动芯片根据设定计算出相对应的矢量的幅值A_i和角度θ_i；

所述输入整形器输出经过所述数模转换器，再经过所述输出缓冲器转换成对应的电流值来驱动所述音圈马达，经过所述输入整形器之后，所述音圈马达的残余振荡就达到理想范围以内。

具体的，按照上述公式UM2，UM3，UM2+UM3的矢量参数分别为：

UM2: $\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1/2& 1/2\\ 0& \frac{T_d}{2}\end{array}\right]$

UM3: $\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& -1& 1\\ 0& \frac{T_d}{6}& \frac{T_d}{3}\end{array}\right]$

UM2+UM3： $\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}1/2& -1/2& 1/2& 1/2& -1/2& 1/2\\ 0& \frac{T_d}{6}& \frac{2T_d}{6}& \frac{5T_d}{12}& \frac{7T_d}{12}& \frac{9T_d}{12}\end{array}\right]$

考虑到阻尼系数的影响，假设阻尼系数ξ为0.02(音圈马达的阻尼系数一般在0.01-0.1之间)，得到的UM2，UM3，UM2+UM3的表达式以及极坐标矢量图：

UM2: $\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1/2& 0.4695\\ 0& \frac{T_d}{2}\end{array}\right],$ 其极坐标矢量图如图5所示；

UM3: $\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& -1& 0.9696\\ 0& \frac{T_d}{6}& 0.3303T_d\end{array}\right],$ 其极坐标矢量图如图6所示；

UM2+UM3： $\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}1/2& -1/2& 1/2& 1/2& -1/2& 0.4932\\ 0& \frac{T_d}{6}& \frac{2T_d}{6}& \frac{5T_d}{12}& \frac{7T_d}{12}& 0.7482T_d\end{array}\right]$ 其极坐标矢量图如图7所示。

综上，在本发明实施例提供的音圈马达的输入信号整形方法、驱动电路及其驱动方法中，输入整形是将矢量脉冲序列与系统的输入信号进行卷积，从而产生一个整形的输入信号，该整形后的信号作用于系统，能消除或极大的减少系统的残余振荡，同时亦能增大对音圈马达系统参数(自然震荡频率和阻尼系数)的误差范围的适应，减少设计、生产及测试音圈马达模组的成本。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种音圈马达的输入信号整形方法，其特征在于，包括步骤：

S100：确定音圈马达的等效模型的传输函数；

S200：随机放置N个矢量脉冲，找出第N+1个脉冲抵消N个脉冲的和；

S300：将上述N+1个脉冲与系统的输入信号进行卷积，得到整形输入信号。

2.如权利要求1所述的音圈马达的输入信号整形方法，其特征在于，所述音圈马达的等效模型的传输函数为：

$G\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\ω}}^2}{S^2+2\mathrm{\ξ}\mathrm{\ω}s+{\mathrm{\ω}}^2}---\left(1\right);$

其中ω为系统无阻尼固有频率，ξ为系统阻尼系数，s为频域变量。

3.如权利要求2所述的音圈马达的输入信号整形方法，其特征在于，假定θ＝ωΔT；获得振幅A_i+1计算公式：

$\left|A_{i+1}\right|=\sqrt{\left|R_x\right|+{\left|R_y\right|}^2}---\left(2\right);$

${\mathrm{\θ}}_{i+1}=\mathrm{\π}+{\tan }^{-1}\frac{R_y}{R_x}---\left(3\right);$

Rx＝ΣA_icosθ_i(4)；

Ry＝ΣA_tsinθ_i(5)；

其中，A_i为第i个矢量的幅度，Rx为矢量序列x分量的和，Ry为矢量序列y分量的和，i为正整数。

4.如权利要求3所述的音圈马达的输入信号整形方法，其特征在于，假定每个脉冲幅度相等，获得2脉冲序列UM2的脉冲表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right]=\[\begin{array}{cc}1/2& 1/2\\ 0& \mathrm{\π}\end{array}\]---\left(6\right);$

设定获得2脉冲序列UM2的时域表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1/2& 1/2\\ 0& \frac{T_d}{2}\end{array}\right]---\left(7\right).$

5.如权利要求4所述的音圈马达的输入信号整形方法，其特征在于，假定每个脉冲幅度相等，获得3脉冲序列UM3的脉冲表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right]=\[\begin{array}{ccc}1& -1& 1\\ 0& \frac{\mathrm{\π}}{3}& \frac{2\mathrm{\π}}{3}\end{array}\]---\left(8\right);$

设定获得3脉冲序列UM3的时域表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& -1& 1\\ 0& \frac{T_d}{6}& \frac{T_d}{3}\end{array}\right]---\left(9\right).$

6.如权利要求5所述的音圈马达的输入信号整形方法，其特征在于，获得2脉冲序列UM2及3脉冲序列UM3的脉冲表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}1/2& -1/2& 1/2& 1/2& -1/2& 1/2\\ 0& \frac{\mathrm{\π}}{3}& \frac{2\mathrm{\π}}{3}& \frac{5\mathrm{\π}}{3}& \frac{7\mathrm{\π}}{3}& \frac{9\mathrm{\π}}{3}\end{array}\right]---\left(10\right);$

设定获得2脉冲序列UM2和3脉冲序列UM3之和的时域表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}1/2& -1/2& 1/2& 1/2& -1/2& 1/2\\ 0& \frac{T_d}{6}& \frac{2T_d}{6}& \frac{5T_d}{12}& \frac{7T_d}{12}& \frac{9T_d}{12}\end{array}\right]---\left(11\right).$

7.如权利要求5所述的音圈马达的输入信号整形方法，其特征在于，两组2脉冲序列UM2直接相隔的角度可以为公式(10)延伸为：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}1/2& -1/2& 1/2& 1/2& -1/2& 1/2\\ 0& \frac{\mathrm{\π}}{3}& \frac{2\mathrm{\π}}{3}& \frac{2\mathrm{\π}}{3}+{\mathrm{\θ}}_s& \frac{6\mathrm{\π}}{6}+{\mathrm{\θ}}_s& \frac{8\mathrm{\π}}{6}+{\mathrm{\θ}}_s\end{array}\right]---\left(12\right).$

8.如权利要求2所述的音圈马达的输入信号整形方法，其特征在于，用衰减自然本征频率来描述矢量图，公式为：

$\mathrm{\θ}=\sqrt{1-{\mathrm{\ξ}}^2}\mathrm{\ω}T---\left(13\right);$

A_i+1＝A_ie^-ξωT(14)；

设定： ${\mathrm{\ξ}}^{\′}=\frac{\mathrm{\ξ}}{\sqrt{1-{\mathrm{\ξ}}^2}}---\left(15\right);$

A_i+1＝A_ie^-ξ′θ(16)；

定义脉冲A在时间T时的有效振幅为|A_eff|，其是时间0时的脉冲幅度|A|振动衰减到时间T时的幅度，公式为：

$\left|A_{eff}\right|=\frac{\left|A\right|}{e^{-{\mathrm{\ξ}}^{\′}\mathrm{\θ}}}---\left(17\right).$

9.如权利要求8所述的音圈马达的输入信号整形方法，其特征在于，第N+1个脉冲的表达式：

$\left|A_{i+1}\right|=\left(e^{-{\mathrm{\ξ}}^{\′}{\mathrm{\θ}}_{i+1}}\right)*\sqrt{{\left|R_x\right|}^2+{\left|R_y\right|}^2}---\left(18\right);$

${\mathrm{\θ}}_{i+1}=\mathrm{\π}+{\tan }^{-1}\frac{R_y}{R_x}---\left(19\right);$

Rx＝ΣA_ieffcosθ_i(20)；

Ry＝ΣA_ieffsinθ_i(21)；

其中，A_i为第i个矢量的幅度，Rx为矢量序列x分量的和，Ry为矢量序列y分量的和，i为正整数。

10.如权利要求9所述的音圈马达的输入信号整形方法，其特征在于，假定每个脉冲幅度相等，获得2脉冲序列UM2的脉冲表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1/2& e^{-{\mathrm{\π\ξ}}^{\′}/2}\\ 0& \mathrm{\π}\end{array}\right]---\left(22\right);$

设定获得2脉冲序列UM2的时域表达式：

$\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ T_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& e^{-{\mathrm{\π\ξ}}^{\′}}\\ 0& \frac{T_d}{2}\end{array}\right]---\left(23\right).$

11.一种音圈马达驱动电路，其特征在于，包括：与驱动芯片通讯的I2C接口电路、半振荡周期发生器电路、输入整形器、数模转换器电路、缓冲器及音圈马达；其中，所述I2C接口电路的输出分别与所述半振荡周期发生器电路及输入整形器的输入相连，所述半振荡周期发生器电路的输出与输入整形器的输入相连，所述数模转换器电路的输入与所述输入整形器的输出相连，所述缓冲器的输入与所述数模转换器电路的输出相连，所述音圈马达的输入与所述缓冲器的输出相连，所述输入整形器采用如权利要求1至10中任一项所述的音圈马达的输入信号整形方法。

12.一种音圈马达的驱动方法，用于对权利要求11所述的音圈马达驱动电路进行驱动，其特征在于，包括步骤：

所述I2C接口电路与所述驱动芯片通讯，所述驱动芯片首先提供音圈马达的目标位置信息X_tar，然后根据所述音圈马达的系统参数选择半振荡周期；

计算出矢量脉冲表达式，所述输入整形器输出经过所述数模转换器，再经过所述输出缓冲器转换成对应的电流值来驱动所述音圈马达，经过所述输入整形器之后，输入到所述音圈马达。