具有正弦数模转换器的马达步进驱动器制造技术

本申请公开具有正弦数模转换器的马达步进驱动器。一种用于马达的步进驱动器包括：H桥(HS1、HS2、LS1、LS2)；感测晶体管(SNS*FET)，其耦合到H桥；电压

【技术实现步骤摘要】
具有正弦数模转换器的马达步进驱动器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年8月15日提交的美国临时申请No.62/886,981和2019年12月27日提交的美国临时申请No.62/954,332的优先权，这些申请通过引用并入本文。

技术介绍

[0003]至少一种类型的步进马达包括从步进驱动器接收电流的两个线圈。到每个线圈的电流应为正弦的，其中到一个线圈的电流相对于到另一线圈的电流异相90度。步进马达的角位置是通过线圈的电流的大小之比的函数(例如，大小之比的反正切)。线圈电流大小的不准确可能导致马达旋转位置的不准确。

技术实现思路

[0004]在至少一个示例中，一种用于马达的步进驱动器包括：H桥；感测晶体管，其耦合到H桥；电压-电流(VtoI)转换器；以及正弦数模转换器(DAC)。VtoI转换器具有VtoI转换器输入和VtoI转换器输出。VtoI转换器输出耦合到感测晶体管。正弦DAC具有正弦DAC数字输入、参考输入和正弦DAC输出。正弦DAC输出耦合到VtoI转换器输入。正弦DAC包括：R-2R网络；偏移控制电路，其耦合到R-2R网络；以及增益控制电路，其也耦合到R-2R网络。
附图说明
[0005]对于各种示例的详细描述，现在将参考附图，其中：
[0006]图1示出了步进马达系统的示例。
[0007]图2示出了包括正弦数模转换器(DAC)的步进驱动器的示例。
[0008]图3示出了包括R-2R网络、增益控制电路和偏移控制电路的正弦DAC的示例。
[0009]图4示出了R-2R网络的DAC输出与数字代码输入的线性关系以及为正弦DAC实现的期望的正弦关系。
[0010]图5示出了使用增益控制电路和偏移控制电路实现的分段线性关系。
[0011]图6进一步示出了使用增益控制电路和偏移控制电路实现的分段线性关系。
[0012]图7示出了可在图2的示例步进驱动器中使用的电压-电流转换器的示例。
[0013]图8示出了正弦DAC的另一示例实施方式。
[0014]图9示出了正弦DAC的又一示例实施方式。
[0015]图10示出了包括多个正弦DAC的步进驱动器集成电路(IC)的示例实施方式。
具体实施方式
[0016]一种类型的步进驱动器包括多个电流源设备(例如，晶体管)，其可以可操作地切入和切出电路以提供可变的跳闸(trip)电流，从而控制流向线圈的电流。每个电流源可以被配置为具有相同的电流(例如，1微安)。通过接通并联的两个电流源，生成两微安的跳闸电流。并联的三个电流源生成三微安的跳闸电流，依此类推。这种类型的步进驱动器可用于
1/4微步进，其中针对正弦电流的每个四分之一周期可以有四个电流电平，从而有四个马达位置。
[0017]为了增加对步进马达的位置控制的分辨率，应当实现更高级别的微步进，诸如1/256、1/1024、1/4096等。在各种应用(例如相机变焦)中，更高分辨率步进马达很有用。增加步进马达的微步进级别的一种方法是增加电流源的数量，其中每个电流源提供的电流少于1/4微步进情况下的电流。然而，在电流电平越来越小时，电流源设备之间的电流失配成为一个更大的问题。较大面积的晶体管可以用于电流源，从而解决失配问题，但是较大的晶体管在管芯上占据更多的面积，并且具有较大的寄生电容，其进而在从一种电流电平变为另一种电流电平时增加稳定时间。此外，用于步进马达的基于电流源的电流控制的静态电流可能不期望地大。特别是当期望较低的电源电压时，电源裕量(headroom)也可能成问题。
[0018]本文公开的示例涉及包括正弦数模转换器(DAC)的步进驱动器。正弦DAC接收数字代码输入，并且产生与数字代码输入具有近似正弦关系的模拟输出电压。然后，电压-电流(VtoI)转换器将正弦DAC输出电压转换为跳闸电流，以控制流经步进马达的线圈的电流。正弦DAC包括R-2R网络、偏移控制电路和增益控制电路。没有增益控制电路和偏移控制电路，R-2R网络的输出电压与其数字代码输入之间的关系通常是线性的。增益控制电路和偏移控制电路操作以将R-2R网络的线性传递函数修改为近似正弦的函数。
[0019]图1示出了步进马达系统100的示例。示例步进马达系统100包括耦合到步进马达驱动器120的控制器102，步进马达驱动器120进而耦合到步进马达M。步进马达M包括线圈1和线圈2，并且步进驱动器120控制流经线圈的电流。流经线圈的电流近似为正弦的，并且流经线圈2的电流相对于线圈1异相90度。
[0020]在一个示例中，控制器102包括处理器或其他类型的数字控制电路。控制器102通过STEP信号、方向(DIR)信号和编程接口耦合到步进驱动器120。编程接口可以包括任何合适的接口，诸如串行外围互连(SPI)。STEP信号的每个上升沿使步进驱动器120将马达的位置前进一步，并且DIR信号指定马达变化的方向(正向或反向)。步进驱动器120包括正弦DAC 121(如下所述)。
[0021]图2示出步进驱动器120的至少一部分的示例。在该示意图中示出了线圈1，但是线圈本身通常不是半导体管芯的组件，该半导体管芯包含用于步进驱动器120的示出的其他组件。在该示例中，步进驱动器120包括高侧晶体管HS1和HS2、低侧晶体管LS1和LS2、比较器210、数字逻辑和驱动器211、电压-电流(VtoI)转换器214和正弦DAC 121。晶体管HS1、HS2、LS1和LS2中的每个可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管(FET)。在该示例中，晶体管HS1、HS2、LS1和LS2包括n型FET(NMOS)，但是可以根据需要实现为其他类型的晶体管。步进驱动器120还包括感测晶体管(SNS FET)。晶体管HS1、HS2、LS1和LS2耦合在一起以形成H桥。如在图2的示例中所示，HS1和HS2的漏极在正电源电压节点(VDD)处耦合在一起，并且LS1和LS2的源极在接地节点处耦合在一起。HS1的源极在节点A处连接到LS1的漏极。类似地，HS2的源极在节点B处连接到LS2的漏极。马达的一个线圈(例如，线圈1)耦合在节点A和B之间。为另一个线圈(线圈2)提供单独的H桥和感测FET。图9示出了既包括H桥又包括感测FET的步进驱动器的示例。
[0022]数字逻辑和驱动器211包括耦合到栅极驱动器213的逻辑212。栅极驱动器213分别断言(assert)晶体管HS1、HS2、LS1和LS2的栅极的栅极信号Hson1、Hson2、Lson1和Lson2。比
较器210包括正(+)输入、负(-)输入和输出。比较器的输出耦合到数字逻辑和驱动器211。比较器的正输入耦合到节点B，该节点B也代表晶体管LS2的漏-源电压。晶体管LS2的栅极连接到SNS FET的栅极，并且SNS FET的漏极耦合到比较器的负输入。SNS FET的源极连接到接地。
[0023]正弦DAC 121包括接收微步进索引器位(s[n:0])的一个输入和接收参考电压VREF的另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于马达的步进驱动器，包括：H桥；感测晶体管，其耦合到所述H桥；电压-电流转换器即VtoI转换器，其具有VtoI转换器输入和VtoI转换器输出，所述VtoI转换器输出耦合到所述感测晶体管；以及正弦数模转换器即正弦DAC，其具有正弦DAC数字输入、参考输入和正弦DAC输出，所述正弦DAC输出耦合到所述VtoI转换器输入，所述正弦DAC包括：R-2R网络；偏移控制电路，其耦合到所述R-2R网络；以及增益控制电路，其也耦合到所述R-2R网络。2.根据权利要求1所述的步进驱动器，其中所述增益控制电路包括第一多个电阻器和第二多个开关；并且所述第二多个开关中的每个开关耦合到所述第一多个电阻器中的至少一个电阻器。3.根据权利要求1所述的步进驱动器，其中所述增益控制电路包括第一多个电阻器和第二多个开关；所述第二多个开关中的所述开关在所述正弦DAC输出处耦合在一起；所述第一多个电阻器中的第一电阻器耦合到所述R-2R网络内的第一节点；所述第一多个电阻器中的第二电阻器耦合到所述R-2R网络内的第二节点；并且所述第二多个开关中的每个开关耦合到所述第一多个电阻器中的至少一个电阻器。4.根据权利要求1所述的步进驱动器，其中所述增益控制电路被配置为基于提供给所述正弦DAC的数字代码来调整所述正弦DAC的增益。5.根据权利要求1所述的步进驱动器，其中：所述偏移控制电路包括第一多个电阻器和第二多个开关；所述第一多个电阻器中的至少一个耦合到所述参考输入；并且所述第二多个开关中的所述开关在所述正弦DAC输出处耦合在一起。6.根据权利要求1所述的步进驱动器，其中：所述偏移控制电路包括第一多个电阻器和第二多个开关；所述第一多个电阻器中的至少一个耦合到所述参考输入；所述第二多个开关中的每个开关耦合到所述第一多个电阻器中的至少一个电阻器；并且所述第二多个开关中的所述开关在所述正弦DAC输出处耦合在一起。7.根据权利要求1所述的步进驱动器，其中所述偏移控制电路被配置为基于提供给所述正弦DAC的数字代码来调整所述正弦DAC的偏移。8.根据权利要求1所述的步进驱动器，还包括具有第一比较器输入和第二比较器输入的比较器，所述第一比较器输入耦合到所述H桥，并且所述第二比较器输入耦合到所述感测晶体管和所述VtoI转换器输出。9.一种用于马达的步进驱动器，包括：H桥，其被配置为向马达线圈提供电流；感测晶体管，其耦合到所述H桥，所述感测晶体管被配置为感测所述马达线圈的所述电流；电压-电流转换器即VtoI转换器，其具有VtoI转换器输入和VtoI转换器输出，所述VtoI
转换器输出耦合到所述感测晶体管；以及正弦数模转换器即正弦DAC，其具有正弦DAC数字输入、参考输入和正弦DAC输出，所述正弦DAC输出耦合到所述VtoI转换器输入，所述正弦DAC包括：R-2R网络；偏移控制电路，其耦合到所述R-2R网络；以及增益控制电路，其也耦合到所述R-2R网络，所述增益控制电路被配置为基于提供给所述正弦DAC的数字代码来调整所述正弦DAC的增益。10.根据权利要求9所述的步进驱动器，其中所述增益控制电路包括第一多个电阻器和第二多个开关；并且所述第二多个开关中的每个开关耦合到所述第一多个电阻器中的至少一个电阻器。11.根据权利要求9所述的步进驱动器，其中所述增益控制电路包括第一多个电阻器...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：