传感技术中的运动控制和图像传感器IC简化智能摄像头设计
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2020-12-05
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传感技术中的运动控制和图像传感器传感技术中的运动控制和图像传感器IC简化智能摄像头设计简化智能摄像头设计
随着图像系统的应用日益多样化，对摄像头系统的要求和设计约束也更为繁多。但基本原理并未改变：要做的
就是快速准确地在一维或两维中定位摄像头；调焦、取像并处理图像。但是图像系统现已被用于多种不同的应
用和环境中，从监控、安防到工业机器视觉和程序控制，以及车辆上的避障和盲点辅助，无所不包。结果导致
对设计的要求不断增加，比如降低功耗、减小尺寸，在安全关键的应用中，还需要具有切实可信的可靠性。同
时，这些新应用本身的要求更为苛刻：系统需要更快地取像，并执行更多的处理任务。它们也需要在各类条件
下工作：比如，在光线强度变化的条件下， 同时它们也要耐受（并且按规格运转）严酷的环境，比如在工业环
境和车辆中会遇到的各类
随着图像系统的应用日益多样化，对摄像头系统的要求和设计约束也更为繁多。但基本原理并未改变：要做的就是快速准
确地在一维或两维中定位摄像头；调焦、取像并处理图像。但是图像系统现已被用于多种不同的应用和环境中，从监控、安防
到工业机器视觉和程序控制，以及车辆上的避障和盲点辅助，无所不包。结果导致对设计的要求不断增加，比如降低功耗、减
小尺寸，在安全关键的应用中，还需要具有切实可信的可靠性。同时，这些新应用本身的要求更为苛刻：系统需要更快地取
像，并执行更多的处理任务。它们也需要在各类条件下工作：比如，在光线强度变化的条件下， 同时它们也要耐受（并且按
规格运转）严酷的环境，比如在工业环境和车辆中会遇到的各类情况。
在系统层面，这些不断增加的要求使得系统集成商和应用开发商们越来越多地转向他们的供应商以寻求帮助。他们需要将
全部时间和资源用于真正能为他们带来增值的业务：能够真正实现应用并提供最佳图像，这一问题往往非常复杂。能够为系统
开发商提供帮助的是，供应商的工程师们对照相机如何定位并聚焦、是否有适量的光线到达传感器或者变焦镜头设置是否正确
等“最基本的技术问题”进行了考虑。结果导致摄像头制造商现在面临前所未有的压力，需要提供能够在较高水平控制，同时又
结合了易用性的产品。实际上，朝自动或智能摄像头发展的趋势，可以看作是上述趋势的必然延伸。
在系统集成商和应用开发商向摄像头供应商寻求帮助的同时，摄像头以及嵌入式视觉传感器制造商也遇到了类似情况，他
们都寄望于零件制造商能简化他们的工作。因此，半导体行业开始引入集成了许多必要功能的多种专用IC，这些功能中有一些
原本是在软件中应用的。
IC解决方案解决方案
这一性能非常关键的一点，就是CMOS图像传感器IC的改进，它可将传感功能与控制处理功能完美地结合在一起。再加上
成熟的软件和IP，以及种类越来越丰富的混合信号运动控制器件，所以这些都极大简化了智能摄像头的设计和实现，赋予设计
人员充分的自由，使他们能够将精力集中于可以增加价值及提高竞争优势的应用方面。
混合信号特定应用标准产品 (ASSP)能够提供运动控制和传感器技术，这些器件可以结合使用，组成一个完整的系统。检
查和机器视觉应用往往要求运动为三维形式，这通过步进电机控制实现，对速度和准确度都有非常严格的要求。运动控制的传
统解决方案包括数字信号处理器 (DSP) 的使用、提供解码器输入和电机输出的某类定制逻辑电路及一组模数和数模转换器
（ADC和DAC），还需要与主机系统连接的接口。
单芯片运动控制单芯片运动控制
通过将总线连接、定位、控制电路和电机驱动器集成于单一封装，步进电 机控制器等设备可以取代大量的运动控制电
路。它们为远程和多维定位应用提供微型、高集成度的解决方案。其中包括采用LIN接口或串行连接，因为它们的截面高不到
1mm，占用面积为7mm x 7mm，可以帮助设计人员满足日益增长的小型化需求。图2显示了一个 IC 的框图，它提 供集成的
阻转 检测和连续转动功能，核心是一个数字运动控制器和50mA-800mA的双极两相步进电机驱动器。这种驱动器提供微步进
操作，因此不需要在速度、噪声和共振导致的失步之间进行权衡。运动控制器提供可编程峰值电流，采用20kHz PWM电流控
制方案。
器件通过它的 LIN 或 I 2 C 接口接收顶层位置指令，并驱动电机线圈到需要的位置，无论它们的起始位置在哪里。运动控
制器可以进行配置，通过它的LIN/串行接口或一次性编程 (OTP) 存储器，与一系列不同尺寸的步进电机配合使用。该配置过
程包括一次性设定正确的运动参数，这些参数包括微步进分辨率、运行电流、保持电流、加速度和减速度。在 AMIS-30623
和 AMIS-30624 步进电机控制器中，一个内置的“审核模式”可以使设计人员检验选定的运动参数是否与应用要求相匹配。
L IN 接口选项可与远程应用完美搭配：使用总线型系统不仅可以减少布线，还能提高 EMC 性能，这在汽车应用环境下是
重要的考量因素。I 2 C 版本更适合在单个 PCB 上作为微控制器外围器件使用。在两种情况下，AMIS-30623 和 AMIS-30624
都能有效作为主驱动器或控制器的辅助器件，可以获取实际位置和错误标记等状态信息，以确保系统整体平稳运转。
使用高层命令接口具有几个优势：它减少了主设备端的处理器负载；意味着应用程序可以方便地进行扩展：更为复杂的实
施中，处理器负载不会显著增加；它也使模块化硬件和软件设计成为可能，从而在进行初始开发以及扩展性两方面获益。
为了提供最大程度的灵活性，器件的供电电压从8V至29V均适用：典型的100μA睡眠模式供电电流，保证它们能够用于对
功耗最为敏感的应用中。可选的无传感器停转检测功能防止位置控制器失步，并在电机阻转时停止电机。在初始参考运行时通
过执行精确的位置校准，它还允许在接近机械终点止动位时执行半闭路运行。因为不需要外部传感器，并且阻转检测功能不需
要额外的程序改变，因此可以快速、轻松并经济有效地执行阻转检测。
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