MS41968——低压、多通道镜头驱动芯片（内置光圈控制）

王子文 2024-11-19 784

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描述

产品简述

MS41968 是一款低压 5V 多通道镜头驱动芯片，

集成 Hall 模式的光圈驱动、四通道步进电机驱动、两

通道直流电机驱动和四通道的 LED 驱动。步进电机驱

动部分采用具有电流细分的电压驱动方式以及扭矩纹

波修正技术，实现了超低噪声微步进电机驱动。

主要特点

◼电压驱动方式，256 细分微步进驱动电路：

工作电压 5V，每个 H 桥驱动电流±0.4A

◼四线 SPI 串行总线通信控制电机

◼Hall 位置检测的 PID 光圈控制

◼四通道高精度步进电机驱动

◼两通道直流电机驱动用于 IRCUT，

也可以组合成第五个通道的步进驱动

◼四通道 LED 驱动

◼QFN88 (10x10) 封装

应用

◼摄像机

◼监控摄像机MS41968 集成逻辑 IO 接口电源供电 VIO，可以

应用于 1.2V 到 3.6V 的不同电压接口。

产品规格分类

驱动芯片

管脚图

驱动芯片

管脚说明

驱动芯片

内部框图

驱动芯片

极限参数

绝对最大额定值

芯片使用中，任何超过极限参数的应用方式会对器件造成永久的损坏，芯片长时间处于极限工作

状态可能会影响器件的可靠性。极限参数只是由一系列极端测试得出，并不代表芯片可以正常工作在

此极限条件下。

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注：1. 绝对最大额定值，是指在容损范围内使用的场合。

2. 容损值，是指在Ta = 85°C 时封装单体的值。实际使用时，希望在参考技术资料和PD- Ta特性图的基

础上，依据电源电压、负荷、环境温度条件，进行不超过容损值的散热设计。

3. 除了容损值、工作环境温度以及存储温度的参数以外，所有温度为 Ta = 25°C。

4. (VIO + 0.3)电压不可超过5.5V。

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端子容许电流电压范围

注：1. 容许端子电流电压范围，是指任何情况下不允许超过这个电气参数范围。

2. 额定电压值，是指对 GND 的各端子的电压。GND 是指 GNDD，MGNDx。

3. 应用时，VDDA 与 VDDD 需要接一起，可以接 2.7V5V 电源。另外，需要保证 VMxx 电压大于等于

VDDA 的电压。

4. 在下面没有记述的端子以外，严禁从外界输入电压和电流。

5. 关于电流，“+”表示流向 IC 的电流，“-”表示从 IC 流出的电流。

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电气参数

VDD5=VMx =5V，VDDD=VDDA=3.3V， VIO=3.3V。没有特别规定，环境温度为Ta=25°C±2°C。

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功能描述

1. 串行接口

驱动芯片

电气参数（设计参考值）

VDD5=VMxx=5V，VDDD=VDDA=3.3V，VIO=3.3V。没有特别规定，Ta = 25°C ±2°C。

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1. 数据转换在 CS 的上升沿开始，在 CS 的下降沿停止。

2. 一次转换的数据流单位是 24 位。

3. 当地址和数据从 SIN 引脚输入时，同时钟信号 SCK 保持一致在CS = 1的条件下。

4. 数据在SCK信号的上升沿被打入IC。

同时，数据输出时，在 SOUT 引脚读出（数据在SCK的上升沿输出）

5. 在CS = 0时，SOUT 输出高阻态，并且在CS= 1，输出“0”，除非有数据读出。

6. 整个串行接口的控制在CS = 0时复位。

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1.4 寄存器列表

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所有寄存器位数据在RSTB = 0时被初始化。

其中，α通道对应由OUT1A、 OUT1B、OUT2A、 OUT2B组成的步进电机通道。

其中，β通道对应由OUT3A、OUT3B、 OUT4A、 OUT4B组成的步进电机通道。

其中，γ通道对应由OUT5A、OUT5B、 OUT6A、OUT6B组成的步进电机通道。

其中，δ通道对应由OUT7A、 OUT7B、 OUT8A、OUT8B组成的步进电机通道。

其中，ε通道对应由OUT9A、OUT9B、 OUTAA、 OUTAB组成的步进电机通道。

*注：27h、31h地址对应的β通道、δ通道没有细分选项（固定为256分频）和相位矫正选项。27h、31h

地址的D15D8需要固化为0。

1.5 寄存器建立时刻

驱动芯片

* 0→1：起作用于DT1：1→0：起作用于DT2x。

*注：27h、31h地址对应的β通道、δ通道没有细分选项（固定为256分频）和相位矫正选项。27h、31h

地址的D15D8需要固化为0。

原则上来说，用于细分步进的寄存器的建立应该在起始点延时的这段时间段执行完（参考第19页

图）。在起始点延时这段时间外写入的数据也能被存入寄存器。然而，如果写操作在刷新时间后执行

的话，写入的寄存器不会在计划的时刻有效。举例说明：如果在起始点激励延时后更新的数据14如下

图一样被写入，数据1和2在a时刻立即被更新，数据3和4在b时刻被更新。即使数据是连续写入的，更

新的时间间隔了1个VD的周期。

由于上述原因，为了数据及时更新，寄存器数据的建立需要在起始点延时的这段时间段执行完。

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2. VD信号内部处理

这个系统中，步进电机的反射时间和旋转时间分别基于VD_IS和VD_FZ的上升沿。VD_IS和VD_FZ的

极性能通过下面的寄存器设置。

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3. 光圈控制

3.1 特性

◼PWM 波驱动→低功耗

◼通过寄存器可以设置每个滤波器→低噪声

◼增益放大器周围内置无源部件→对外置部分减幅

◼内置 8 比特 DAC 用来调整霍尔补偿

◼内置电流 DAC 用来调整霍尔偏置电流

3.2 寄存器细节描述

驱动芯片

系统的极点位置主要影响系统幅度特性峰值的位置，系统的零点位置主要影响系统的幅度特性谷

值位置及下凹程度。积分器作用的强弱由零点位置决定，微分器作用的强弱由零极点位置共同作用。

零点位置越小，积分作用越强，积分作用使系统的稳定性下降。积分作用强时，系统会不稳定，但能

消除稳态误差。微分作用由零极点共同作用，可以改善动态特性。微分作用偏大时，超调量较大，调

节时间较短。微分作用偏小时，超调量也较大，调节时间较长。只有设置参数合理时，才能使超调量

较小，减短调节时间。增益加大，使系统动作灵敏，速度加快，稳态误差减少。增益偏大，振荡次数

加多，超调时间加长。增益太大时，系统会趋于不稳定。增益太小时，又会使系统的动作缓慢。

一般情况下，对参数的选择通常采用实验凑试法，整体步骤为“先比例，再积分，最后微分”。

(1)整定增益控制：将增益控制作用由小变到大，观察各次响应，直到得到响应快、超调小的响应曲

线。(2)整定积分环节：将步骤(1)中选择的比例系数减小到原来的50%80%，再调节零点使积分作用由

小到大，反复试凑得到较满意的响应，确定比例和积分的相关参数。(3)若经过上述两个步骤，动态过

程不能令人满意，则将极点设置由小到大，同时相应地改变比例和零点，反复试凑得到满意的控制效

果和相关参数。

驱动芯片

START2[9:0]、WIDTH2[5:0]和P2EN设置给光圈用来完全关断的脉冲输出（脉冲2）。

注：PID工作时不能有脉冲2。

START2[9:0]设置脉冲2的开始时间。从视频场同步信号 (VD_IS) 的上升沿开始计算，直到达到了设

置时间。

WIDTH2[5:0]设置脉冲2的脉宽。这个设置在开始时间计数结束后开始执行，出现上升沿。经过了

计数值个VD_IS的上升沿个数后，在VD_IS的下降沿结束。

P2EN控制脉冲2的输出。

START2[9:0]、WIDTH2[5:0]和P2EN中的任一一个寄存器为“0”时，脉冲不输出。同时，计数时，

START2和WIDTH2不更新。

驱动芯片

光圈模块输出驱动信号的占空比能被直接控制。DUTY_TEST必须为“1”才能使算法使能。

TGT_IN_TEST[9]设置光圈输出模块的转动方向。TGT_IN_TEST[8:0]设置光圈输出模块的驱动占空比。

计算占空比的方法

驱动信号占空比与 PWM_IRIS[2:0] 的设置值有关。

a 的计算方法是 a = {TGT_IN_TEST[8:1], 2’b00, TGT_IN_TEST[0]} （11位2进制数）

b 如上面的表格所示和PWM_IRIS[2:0]有关

占空比由计算a/b得到。如果a/b>1，占空比是100%。

举例说明：当TGT_IN_TEST[8:0] = 80h，PWM_IRIS[2:0] = 2，

a = {40h, 2’b00, 1’b0} = 200h

a/b = 200h / 862 =0.59

驱动芯片

举例说明：

设置AVE_SPEED[4:0]使得数据更新的速度和VD信号的周期基本相同。

如果VD = 60Hz，那么在8步调节的情况下，每一步的时间即 1 / (60Hz) / 8 = 2.08ms

参考表格，根据AVE_SPEED[4:0]的值，每一步的时间可设置为2.12ms，所以光圈每隔17.0ms改变一次。

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偏置电流和偏压调整的方法如下：

1. 霍尔信号偏置电流设置。

2. 一旦失调电压被设置为 0（设置值为：80h），输出 OP3OUT 被调整（反馈到 10bit ADC）。

a ) 调整霍尔增益 (HALL_GAIN[3:0]) ，使得 OP3OUT 的输出在光圈完全打开和完全关断的范围内，接近

于目标值范围。

举例说明：当目标值 VDDD = 3.0V，完全打开 = 0.2V，完全关闭 = 2.8V；

调整霍尔增益(HALL_GAIN[3:0])，使得 OP3OUT 端口的输出范围接近于：2.8V - 0.2V = 2.6V。

b) 调整偏置电流，使得输出范围接近于目标值范围。

c) 调整失调电压，使得 OP3OUT 的输出接近于目标值范围。

b 和 c 能分别执行。

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这个模块是一个用于聚焦和放大的步进电机驱动。下面的一些设置可以用来执行一系列的控制。

（下面是对 α 电机：驱动器 A/B 的描述。驱动器 C/D，E/F，G/H，I/J 和 α 电机执行一样的算法）。

其中，驱动器 I/J 可由 20h 的 DC_EN 复用为 2 路直流电机通道。

主要的设置参数：

1）微步进分频数 MICROAB[1:0]：微步数能设置成 64、128 和 256 微步进模式。

2）相位矫正 PHMODAB[5:0]：驱动器 A 和驱动器 B 的相位差目标在 90°；可以做-22.5°到 +21.8°的相位

修正。

3）起始点激励延时 DT2A[7:0]：更新数据时间设置。

4）幅度设置 PPWA[7:0]，PPWB[7:0]：独立设置驱动器 A/B 的负载驱动电流。

5）步进数设置 PSUMAB[11:0]：步进电机步进数。

6）步进周期 INTCTAB[15:0]：电机旋转速度设置；电机旋转速度与正弦波的的微步进模式无关。

7）PWM 频率 PWMMODEAB[4:0]，PWMRESAB[1:0]：驱动器输出的 PWM 波频率设置

8）观察项 FZTEST_1[4:0]：设置 PLS1 的输出项。

9）过流。

10）其他。

4.2 相关设置的建立时刻

建立时刻和相关时间如下所示。

驱动芯片

地址 27h 到 2Bh，2Ch 到 30h，31h 到 35h，36h 到 3Ah 的设置同 22h 到 26h 的设置相同，所以

27h 到 3Ah 的描述省略。如果相关寄存器被刷新，则每一个 VD 周期来到时，会实现一次设置的加载

刷新。当同样的设置被执行超过 2 个 VD 脉冲时，没有必要在每个 VD 脉冲都写入寄存器数据。

DT1[7:0]（起始点等待时间，地址 20h）

更新数据时间设置。5 个步进通道共用设置。在系统硬件复位后（39 引脚 RSTB：低→高），开始

激励和驱动电机前（DT1 结束）这段时间内，必须设置此项。

由于这个设置在每次 VD 脉冲来到时更新，没有必要一定在起始点等待时间内写入。

DT2A[7:0]（起始点激励等待时间，地址 22h）

更新数据时间设置。复位后（39 引脚 RSTB：低→高），需要在开始激励和驱动电机前被设置执行

（DT1 结束）。

MICROAB[1:0]（正弦波分频数，地址 22h）

设置正弦波的分频数。这个设置不改变转动次数和转动速度。

只有当转速达不到要求时，才需要设置此项。复位后（39 引脚 RSTB：低→高），设置有效。

PHMODAB[5:0]（相位矫正，地址 22h）

通过矫正线圈 A 和 B 的相位差，驱动器产生的噪声会减少。合适的相位矫正必须依据于电机的旋

转方向和速度，此设置需要随着旋转方向 (CCWCWAB) 或者旋转速度 (INTCTABA) 的变化而改变。

PPWA[7:0], PPWB[7:0]（峰值脉冲宽度，地址 23h）

设置 PWM 最大占空比。设置需要在开始激励和驱动电机前被设置执行（DT1 结束）。

PSUMAB[11:0]（步进电机步进数，地址 24h）

1 个 VD 的时间间隔内的电机的转动次数设置。

每次 VD 脉冲输入时，电机转动所设置的次数。因此，设置次数为“0”是可以停止电机的转动。

当设置的转动次数总额超过了 1 个 VD 脉冲的时间，超出部分会被取消。

CCWCWAB（转动方向，地址 24h）

电机转动方向设置。只要在选择转动方向前设置即可。

BRAKEAB（电机刹车设置，地址 24h）

刹车时设置电流为 0。由于执行此设置时，很难得到电机的最终位置，所以此设置一般用于立即

停止电机。

ENDISAB（电机工作使能/不使能，地址 24h）

设置电机工作使能。当设置为不使能时，电机引脚输出高阻态，电机正在转动时不要设置成不是

使能。

LEDA（LED 设置，地址 24h）

LED 开/关设置。在 CS 的下降沿被设置。可以认为和电机驱动无关，能实现开/关的独立设置。

INTCTAB[15:0]（脉冲周期，地址 25h）

脉冲周期设置。转动速度决定于这个设置。

TESTEN2_1（电机通道测试输出使能，地址 26h）

PLS1 输出使能，需要配合 TESTEN1 使用

FZTEST_1[4:0]（PLS1 引脚输出信号选择，地址 26h）

PLS1 引脚输出信号选择。

OCP1_dly[1:0]（光圈模块过流判定时长，地址 26h）

过流事件判定时长设置，同 OCPIris_dly[1:0]。

PWMMODEAB[4:0], PWMRESAB[1:0]（微步进输出 PWM 波频率，地址 26h）

设置微步进输出 PWM 波频率。需要在开始激励和驱动电机前设置执行（DT1 结束）。

4.3 步进电机微步驱动时，如何调整寄存器值

为了控制镜头，需要在每个 VD 都要求设置电机转动次数和转动速度。相关设置的转动次数和速

度的寄存器为：

INTCTxx[15:0]：设置每一步的时间（相应的，即转动速度）

PSUMxx[11:0]：每个 VD 时段内转动总步数

当在连续的 VD 时段内持续驱动电机，需要设置持续转动时间以适应 VD 周期。

以下是电机转动时，计算 INTCTxx[15:0]和 PSUMxx[11:0]的方法：

1）计算 INTCTxx[15:0]（决定电机转动速度）

INTCTxx[15:0] × 768 = OSCIN 频率 / 转动频率

2）由 INCTxx[15:0]计算 PSUMxx[11:0]。不能单单看 PSUMxx[11:0]的值。

下面的等式成立时，持续转动时间和 VD 时间相同，电机实现均匀转动

INTCTxx[15:0] × PSUMxx[11:0] × 24 = OSCIN 频率 / VD 频率

3) PSUMxx[11:0]设置完成后，由上式重新计算 INTCTxx[15:0]

举例说明，OSCIN 频率 = 27MHz，VD 频率 = 60Hz

计算 PSUMxx[11:0]和 INTCTxx[15:0]，使电机在 800pps（1-2 相位）转动

800pps = 100Hz，所以

INTCTxx[15:0] = 27MHz / (100Hz × 768) =352

相应的

PSUMxx[11:0] = 1/(60Hz)× 27MHz/ (352 × 24) = 53

重新计算 INTCTxx[15:0]得：

INTCTxx[15:0] = 1/(60Hz)× 27MHz/ (53 × 24) = 354

可以通过查看第 46 页和第 47 页来查看更多细节。

如果上述 2）中等式左边比右侧小，那么转动时间比 VD 周期小且会引起不连续的转动。反之，超

过 VD 周期的转动会被取消。

驱动芯片

DT1[7:0]设置数据写入系统的延时时间（起始点等待时间）。

电机可以精确地在起始点等待时间从“1”到“0”翻转后被激活。起始点等待时间从视频同步信

号(VD_FZ)的上升沿开始计算。

由于起始点延时时间是主要是用来等待串行数据的写入。应该设置寄存器值大于“0”，如果是

“0”的话，相应的数据不能更新。

参考第 19 页 VD_FZ 和起始点等待时间的关系。

驱动芯片

DT2A[7:0]设置 α 电机开始转动前的等待延迟时间。

电机在起始点激励等待时间从“1”到“0”翻转后开始转动。起始点激励等待时间是在起始点等

待时间结束时刻开始计算。

这个信号是 AB 通道的单独延迟。应该设置寄存器值大于“0”，如果是“0”的话，相应的数据

不能更新。

驱动芯片

PPWA[7:0]到 PPWD[7:0]设置 PWM 波的最大占空比，决定了驱动器 A 到 D 输出电流峰值的位置。

最大占空比由下式进行计算：

驱动器 X 最大占空比 = PPWx/ (PWMMODE × 8)

当 PPWx = 0，线圈电流为 0。

举例，当 PPWA[7:0] = 200，PWMMODE[4:0] = 28，最大占空比为：200 / (28 × 8)= 0.89。

根据 PWMMODE 和 PPWx 的值，最大占空比可能超过 100%。

当然 PWM 中占空比不可能超过 100% ，正弦波峰值点会被削去如下图所示。

举例说明，当 PWMMODE = 10，PPWx = 96，最大占空比 = 90/(10 × 8)= 120%。

驱动芯片

PWMMODEAB[4:0]通过设置系统时钟 OSCIN 的分频数来设置微步进输出 PWM 的频率。

PWMMODEAB[4:0]能在 131 的范围内设置，PWM 频率在 PWMMODEAB = 0 和 PWMMODAB = 1 时

候的取值是一样的。

PWMRESAB[1:0]设置由 PWMMODEAB[4:0]决定的频率的分频数。

PWM 频率由下面的式子进行计算：

PWM 频率 = OSCIN 频率 / ((PWMMODEAB × 2 3 ) × 2 PWMRESAB)

OSCIN = 27MHz 时，PWM 的频率如下表

驱动芯片

输入引脚的输入电容

输入引脚的电容值为 10pF 或者更小。

OSCIN 和 VD 信号的时刻

一旦 VD 信号（VD_FX 或者 VD_IS 输入）和 OSCIN 同步，那么 VD 信号和 OSCIN 信号对输入时刻没

有约束。

掉电模式

当 PDWNB = 0，掉电模式被设置。掉电模式下，光圈模拟部分的电路停止工作（电机驱动不受影

响）。当只有电机驱动在使用时，设置 PDWNB 为“0”可以减少功耗。

掉电模式下，相关引脚的操作如下：

驱动芯片

典型应用图

驱动芯片

注：VIO 给数字输入脚供电，输入逻辑电压不要超过 VIO。

VDDA 与 VDDD 需要接一起，可以接 2.7V5V 电源。另外，需要保证 VMxx 电压大于等于 VDDA 的

电压。

封装外形图

QFN88

驱动芯片

——爱研究芯片的小王

审核编辑黄宇

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