JP5841882B2 - アナログ駆動回路および位置制御回路 - Google Patents
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Description
図5にレンズに固着した磁石から発する磁場をHALL素子で検知し、これに基づきカメラモジュールのコイルに電流を供給する回路を示す。
図5において、Aはカメラモジュール、Bは位置制御回路であって、位置制御回路Bは例えばIC回路として構成される。
位置制御回路Bは、磁石A12が発する磁場を電気信号に変換するHALL素子B1と、HALL素子B1により変換された電気信号L1−1、L1−2を増幅する増幅段B2と、増幅した信号L2をバッファするBUFFER回路B3と、レンズA11の目標位置を指示するためのレンズ位置指示信号を生成するレンズ位置指示信号生成回路B4と、BUFFER回路B3でバッファされたバッファ信号L3とレンズ位置指示信号生成回路B4から出力されたレンズ位置指示信号L4とを比較し、レンズ位置指示信号生成回路B4およびレンズ位置指示信号L4をもとに、レンズA11の現在位置をレンズ位置指示信号L4で指定される目標位置に移動させるための制御信号L5を出力するPID回路B5と、PID回路B5からの制御信号L5をもとに、PWM制御方式でHブリッジ回路B7を制御するためのPWM信号を生成する、ドライバ制御(DRIVER−CONTROL)回路B6と、を備え、これら回路は、電源VDDライン、電源VSSライン間に並列に接続されている。
まず、ドライバ制御回路B6は、PID回路B5からの信号N1(=図5中のL5)をバッファするAMP(B61)と、基準電圧信号を生成する基準電圧生成回路B62と、AMP(B61)61でバッファされた信号N2を基準電圧生成回路B62で生成された基準電圧信号N4を基準に反転増幅するAMP(B63)と、鋸波からなる信号を生成する鋸波生成回路B64と、鋸波生成回路B64からの鋸波信号N5とAMP(B61)の出力信号N2とを比較して2値化された信号C1を出力するコンパレータB65と、鋸波生成回路B64の鋸波信号N5とAMP(B63)の出力信号N3とを比較して2値化された信号C2を出力するコンパレータB66と、コンパレータB65の出力信号C1とコンパレータB66の出力信号C2とにより、Hブリッジ回路B7の出力端子間に流れる電流の方向、言い換えればカメラモジュールAのレンズA11の移動方向を決める位相比較器B67と、Hブリッジ回路B7を構成するトランジスタのうち、電源VDD−VSS間に直列に接続されたトランジスタTrp1およびトランジスタTrn1が同時にオン状態となることを防ぐための駆動信号P11およびN11を位相比較器B67の出力信号C11をもとに生成するNon−Overlap回路B68と、直列に接続されたトランジスタTrp2およびトランジスタTrn2が同時にオン状態となることを防ぐための駆動信号P21およびN21を位相比較器B67の出力信号C21に基づき生成するNon−Overlap回路B69と、を備える。
図7および図8は、図6で示した各信号線の状態遷移を表したものである。
図7は、AMP(B61)でバッファされた信号N2が基準電圧生成回路B62から出力された信号N4よりも大きい場合の各信号線の状態遷移を表す。図8は、AMP(B61)でバッファされた信号N2が基準電圧生成回路B62から出力された信号N4よりも小さい場合の各信号線の状態遷移を表す。
ここで、スイッチング動作とは、図7および図8で出力信号Vout1(h)、Vout2(i)が、High→Low、Low→Highと変化する動作、すなわちVDDからVSSまで変化する動作のことをいう。
この逆流した電流と電源VDD−VSSラインの寄生インダクタンスA2、A3とが作用して電源VDDライン、電源VSSラインが揺れる。
この図9は、図5に示す、位置制御回路Bにおいてノイズがのる様子を表したものである。
なお、図10および図11において、(a)は信号N2およびN3と鋸波生成回路64の鋸波信号N5、(b)はコンパレータB65から出力される信号C1、(c)、(d)はNon−Overlap回路B68からで生成された駆動信号P11、N11、(e)、(f)はNon−Overlap回路B69で生成された駆動信号P21、N21、(g)は出力端子OUT1からの出力信号Vout1、(h)は出力端子OUT2からの出力信号Vout2、(i)は、出力端子OUT1からOUT2側に流れる電流、(j)は電源VDDラインに流れる電流、(k)は電源VDDラインの電圧である。
いま、信号N2およびN3と、鋸波信号N5とが図10中に示す状態t1にあるものとする。
この状態t1では、信号N2は信号N3よりも大きく、且つ信号N2が鋸波信号N5よりも大きく、コンパレータ65の出力信号C1はHighレベル、各トランジスタTrp1、Trn1、Trp2、Trn2への駆動信号P11、N11、P21、N21は、それぞれLowレベル、Lowレベル、Highレベル、Highレベルである。このため、出力信号Vout1はHighレベル、出力信号Vout2はLowレベルとなり、出力端子OUT1からOUT2の方向に電流が流れる。
いま、図10と同様に、信号N2およびN3と、鋸波信号N5とが図11中に示す状態t1にあるものとする。
このとき、図10で説明したように、出力信号Vout1はHighレベル、出力信号Vout2はLowレベルとなり、出力端子OUT1からOUT2の方向に電流が流れる。
しかしながら、このとき、電源VDDラインおよび電源VSSラインの寄生インダクタンスA2、A3により逆方向に電流が流れ、電源VDDライン、電源VSSラインの寄生抵抗分だけ、位置制御回路Bを構成するIC回路の内部の電源VDDライン、電源VSSラインの電源電圧が変動することになる。これら電源VDDライン、電源VSSラインにおける電源電圧の変動は、図5のHALL素子B1から出力される電気信号L1−1、L1−2やレンズ位置指示信号L4、図6のAMP(B61)の信号N2などを揺らすことになる。つまり、これら信号にノイズが生じることになる
一例として図6中の信号N2が揺らされた場合、出力信号Vout1は図11中の区間Lでは、図10に示すように、本来Lowレベルとなるはずである。しかしながら、信号N2が揺らされることにより、信号N2と鋸波信号N5とのレベルの大小関係が再び反転し、信号N2が揺れの大きさによる信号N2と鋸波信号N5とのレベルの大小関係により、区間Lで、信号C1がHighレベルとなることが生じ、このため、出力信号Vout1がHighレベルとなる状態が生じる。
そのため、IC回路内の各部の信号レベルが変動し、ドライバ制御回路B6においても内部の信号レベルが変動し(ステップSt3)、ドライバ制御回路B6において、コンパレータB65、B66の出力信号C1、C2が期待値と異なる値となり(ステップSt4)、期待したDuty比で、出力信号Vout1、Vout2が出力されない(ステップSt5)。
このように、レンズ位置指示信号L4やHALL素子B1で検知した電気信号L1−1、L1−2にノイズが重畳されると、位置制御の精度が悪化する。
また、請求項4にかかるアナログ駆動回路は、前記第1アナログ演算増幅器の前記第1の出力部は、前記第1指令信号と基準電圧との差分信号に基づいてアナログ制御され、前記第2アナログ演算増幅器の前記第2の出力部は、前記第2指令信号と基準電圧との差分信号に基づいてアナログ制御されることを特徴としている。
さらに、本発明の請求項5にかかるアナログ駆動回路は、コイルの一端に出力端が接続される第1アナログ演算増幅器と、前記コイルの他端に出力端が接続される第2アナログ演算増幅器と、駆動対象物の目標位置を指示する指示信号と前記駆動対象物の現在位置を表すホール素子の出力信号とに基づいて制御信号を出力するPID回路と、前記制御信号に基づき、前記第1アナログ演算増幅器および前記第2アナログ演算増幅器に入力される指令信号を生成する制御部と、を備え、前記第1アナログ演算増幅器および前記第2アナログ演算増幅器は、直列に接続された2つのトランジスタをそれぞれ有し、且つ、当該2つのトランジスタの接続点が前記第1アナログ演算増幅器および前記第2アナログ演算増幅器それぞれの出力端をなし、前記制御部の前記指令信号に基づいて、前記2つのトランジスタは、それぞれ線形領域のみで動作することを特徴としている。
さらに、本発明の請求項6にかかるアナログ駆動回路は、前記第2指令信号は、前記第1指令信号の反転信号であることを特徴としている。
また、本発明の請求項7にかかる位置制御回路は、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のアナログ駆動回路と、ホール素子と、を備え、前記ホール素子で検知した磁場から予測される前記レンズの位置と前記レンズの目標位置とが一致するように制御することを特徴としている。
ここでは、カメラモジュール10のレンズの位置調整を行う位置制御回路20に適用した場合について説明する。
図1において、10はカメラモジュール、20は位置制御回路であって、位置制御回路20は例えばIC回路として構成される。
位置制御回路20は、HALL素子21と、増幅段22と、バッファ(BUFFER)回路23と、レンズ位置指示信号生成回路24と、PID回路25と、ドライバ制御(DRIVER−CONTROL)回路26と、AMP型ドライバ27および28と、を備え、これら各部は、電源VDD−VSS間に並列に接続されている。
増幅段22は、HALL素子21から入力される電気信号S21a、S21bを増幅し、増幅した信号S22をバッファ回路23に出力する。バッファ回路23は、増幅段22から入力した信号S22をバッファする。
PID回路25は、バッファ回路23でバッファされたバッファ信号S23と、レンズ位置指示信号生成回路24で生成されたレンズ位置指示信号S24とを入力し、バッファ信号S23から特定されるレンズ11の現在位置と、レンズ位置指示信号S24により指示されるレンズ11の目標位置とから、レンズ11を目標位置に移動させるための制御信号S25を出力する。
AMP型ドライバ27および28は、ドライバ制御回路26からの指令信号S26a、S26bに基づき、出力信号Vout1、Vout2を生成する。この出力信号Vout1、Vout2はカメラモジュール10のコイル13の両端に供給される。
図2は、ドライバ制御回路26と、AMP型ドライバ27および28の一例を示す構成図である。
ドライバ制御回路26は、AMP41と、AMP42と、基準電圧生成回路43と、を備える。
図2に、AMP型ドライバ27の一例を示す。なお、AMP型ドライバ27は、図2に示す構成に限るものではなく、アナログ演算増幅器を含んで構成され、ドライバ制御回路26からの指令信号S26aを反転増幅するアナログ型の回路であれば適用することができる。
第1ゲート信号生成部51は、出力部53を構成する後述の、直列に接続されたPチャネル型MOSトランジスタ112およびNチャネル型MOSトランジスタ113のうち、Pチャネル型MOSトランジスタ112用のゲート信号を生成し、第2ゲート信号生成部52は、Nチャネル型MOSトランジスタ113用のゲート信号を生成する。
トランジスタ102のゲートは、ドライバ制御回路26のAMP41の出力端子と抵抗R27aを介して接続されるとともに、フィードバック抵抗R27bを介してAMP型ドライバ27の出力端子と接続される。
トランジスタ103およびトランジスタ105のゲートは、トランジスタ102および103の接続点と接続される。トランジスタ104および105の接続点が第1ゲート信号生成部51の出力端子となる。つまり第1ゲート信号生成部51はトランジスタ102および104のゲートへの信号を入力信号とし、これらの差分信号を出力する。
出力部53は、電源VDD−VSS間に直列に接続されたPチャネル型MOSトランジスタ112およびNチャネル型MOSトランジスタ113を備え、トランジスタ112および113の接続点が出力端子OUT1となる。この出力端子OUT1は、カメラモジュール10のコイル13の一端に接続される。
また、出力端子OUT1は、定電流源109およびトランジスタ110の接続点とトランジスタ111および113のゲートにコンデンサC27aを介して接続されるとともに、直列に接続された抵抗R27cおよびコンデンサC27bを介して、第1ゲート信号生成部51の出力端子(トランジスタ104および105の接続点)と接続される。
図2に示すように、AMP型ドライバ28は、第1ゲート信号生成部61と、第2ゲート信号生成部62と、出力部63と、を備える。
第1ゲート信号生成部61は、出力部63を構成する後述の、直列に接続されたPチャネル型MOSトランジスタ114およびNチャネル型MOSトランジスタ115のうち、Pチャネル型MOSトランジスタ114用のゲート信号を生成し、第2ゲート信号生成部62は、Nチャネル型MOSトランジスタ115用のゲート信号を生成する。
第2ゲート信号生成部62は、AMP型ドライバ27の第2ゲート信号生成部52と同一構成を有する。
このトランジスタ114のゲートは、第1ゲート信号生成部61の出力端子、つまりトランジスタ104および105の接続点と接続される。トランジスタ115のゲートは、定電流源109およびトランジスタ110の接続点と接続される。
ここで、指令信号S26a、S26bは、制御信号S25に基づき、AMP41、42を介して生成された信号であり、制御信号S25は、PID回路25により生成されるアナログ信号であるから、指令信号S26a、S26bはアナログ信号となる。
図2に示すように、第1ゲート信号生成部51では、基準電圧S43と指令信号S26aとの差分信号をとりこれを増幅してゲート信号としている。そのため、ゲート信号のとり得る電圧は、最大でも基準電圧S43と電源電圧VDDとの差分、または基準電圧S43と電源電圧VSSとの差分相当に制限される。このときトランジスタ112が、オフ状態或いは飽和領域で動作することはなく、線形領域で動作させることができる。第2ゲート信号生成部51では、第1ゲート信号生成部51で生成した差分増幅信号をもとに、トランジスタ113へのゲート信号を生成しているため、トランジスタ112と同様にトランジスタ113が、オフ状態或いは飽和領域で動作することなく、線形領域で動作させることができる。
逆に、指令信号S26bは基準電圧S43よりも大きくなるため、差分反転信号は正値となり、これがトランジスタ114および115のゲートに入力されるため、トランジスタ114はコイルに電流を供給しなくなり、トランジスタ115はコイルから電流を引くようになる。
逆に、指令信号S26b(図4(g))は基準電圧S43(図4(d))よりも小さくなるため、差分反転信号は負値となり、これがトランジスタ114および115のゲートに入力されるため、トランジスタ114はコイルに電流を供給するようになり、トランジスタ115はコイルから電流を引かないようになる。
図3および図4からわかるように、AMP型ドライバ27、28の出力信号Vout1、Vout2は、Highレベル→Lowレベル、Lowレベル→Highレベルと切り替わることはなく、電源電圧VDD−VSS間でリニアに変化し、且つ一方が基準電圧S43よりも大きな値であれば他方は基準電圧S43よりも小さな値をとる。これは、出力端子OUT1、OUT2間に流す電流の制御をトランジスタ112〜115をフルON/フルOFFの割合で決めているPWM制御のようなデジタル制御により行うのではなく、出力端子OUT1およびOUT2間に流す電流の制御をアナログ制御することによるものである。
なお、上記実施形態においては、カメラモジュール10のレンズ11の位置調整を行う位置制御回路に適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、例えばカメラモジュール10のオートフォーカスを制御する回路に適用することも可能であり、要はコイルへの通電量を制御することにより位置調整を行うようにした制御回路であれば適用することができる。
11 レンズ
12 磁石
13 コイル
20 位置制御回路
25 PID回路
26 ドライバ制御回路(DRIVER Control)
27、28 AMP型ドライバ
31、32 寄生インダクタンス
Claims (7)
- 駆動対象物の目標位置を指示する指示信号と前記駆動対象物の現在位置を表すホール素子の出力信号とに基づいて制御信号を出力するPID回路と、
前記制御信号に基づいて、第1指令信号及び第2指令信号を生成する制御部と、
前記第1指令信号に基づいて第1出力信号を生成しコイルの一端に供給する第1アナログ演算増幅器と、
前記第2指令信号に基づいて第2出力信号を生成し前記コイルの他端に供給する第2アナログ演算増幅器と、を備え、
前記ホール素子は、電源ラインと接地ラインとの間に接続され、
前記第1アナログ演算増幅器は、前記電源ラインと前記接地ラインとの間に直列に接続された2つのトランジスタを含み、当該2つのトランジスタの接続点が前記コイルの一端に接続される第1の出力部を有し、
前記第2アナログ演算増幅器は、前記電源ラインと前記接地ラインとの間に直列に接続された2つのトランジスタを含み、当該2つのトランジスタの接続点が前記コイルの他端に接続される第2の出力部を有することを特徴とするアナログ駆動回路。 - 前記第1の出力部及び前記第2の出力部それぞれに含まれる2つのトランジスタは、それぞれ前記第1指令信号及び前記第2指令信号に基づいて線形領域のみで動作することを特徴とする請求項1記載のアナログ駆動回路。
- 前記制御部は、前記制御信号を反転した前記第1指令信号と、前記第1指令信号を反転した前記第2指令信号を生成する請求項1又は請求項2に記載のアナログ駆動回路。
- 前記第1アナログ演算増幅器の前記第1の出力部は、前記第1指令信号と基準電圧との差分信号に基づいてアナログ制御され、
前記第2アナログ演算増幅器の前記第2の出力部は、前記第2指令信号と基準電圧との差分信号に基づいてアナログ制御される請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のアナログ駆動回路。 - コイルの一端に出力端が接続される第1アナログ演算増幅器と、
前記コイルの他端に出力端が接続される第2アナログ演算増幅器と、
駆動対象物の目標位置を指示する指示信号と前記駆動対象物の現在位置を表すホール素子の出力信号とに基づいて制御信号を出力するPID回路と、
前記制御信号に基づき、前記第1アナログ演算増幅器および前記第2アナログ演算増幅器に入力される指令信号を生成する制御部と、を備え、
前記第1アナログ演算増幅器および前記第2アナログ演算増幅器は、直列に接続された2つのトランジスタをそれぞれ有し、且つ、当該2つのトランジスタの接続点が前記第1アナログ演算増幅器および前記第2アナログ演算増幅器それぞれの出力端をなし、
前記制御部の前記指令信号に基づいて、前記2つのトランジスタは、それぞれ線形領域のみで動作することを特徴とするアナログ駆動回路。 - 前記第2指令信号は、前記第1指令信号の反転信号である請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のアナログ駆動回路。
- 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のアナログ駆動回路と、
ホール素子と、を備え、
前記ホール素子で検知した磁場から予測される前記レンズの位置と前記レンズの目標位置とが一致するように制御する位置制御回路。
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