在智能手机全面取代手持相机的今天，拍摄早已成为用户最核心的使用场景之一。而摄像头防抖效果，作为影响拍摄体验的核心技术，不仅决定了画面的清晰程度，更深刻改变着消费者记录生活、创作内容的方式，成为消费者选购手机中不可忽视的关键指标。本文档系统性介绍压电马达的核心原理、结构分类、性能参数、优缺点，聚焦压电马达在消费电子、精密光学、工业制造、医疗设备等领域的应用场景。
在智能手机全面取代手持相机的今天，拍摄早已成为用户最核心的使用场景之一。而摄像头防抖效果，作为影响拍摄体验的核心技术，不仅决定了画面的清晰程度，更深刻改变着消费者记录生活、创作内容的方式，成为消费者选购手机中不可忽视的关键指标。本文档系统性介绍压电马达的核心原理、结构分类、性能参数、优缺点，聚焦压电马达在消费电子、精密光学、工业制造、医疗设备等领域的应用场景。
压电马达应用
压电马达应用主要用于高端旗舰手机长焦、微距镜头，凭借纳米级定位精度，实现无损变焦、微距高清拍摄；部分高端智能穿戴设备、运动相机采用压电马达，利用无磁干扰特性，避免影响传感器工作，提升拍摄稳定性。
另外，在精密光学与光电行业，压电马达为该领域核心优选器件，依托超高定位精度、无磁干扰优势，应用于光纤耦合校准、光学显微镜载物台位移调节、激光光路微调、光谱仪镜片定位。在光纤通信领域，压电马达可精准控制光纤对接位移，降低光信号损耗；在科研光学仪器中，实现纳米级光路校准，满足高精度实验检测需求。VCM马达多用于普通光学检测设备、简易光路调节装置。
压电马达工作原理
压电效应是压电材料的一种独有特性，压电材料受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现与压力相关的正负相反电荷(可以利用该特性检测外部压力大小)如下图所示：
图1 压电效应示意图（图片来源：今日头条@罗罗日记luoluonotes）
压电马达核心驱动材料为PZT锆钛酸铅压电陶瓷，利用逆压电效应，外加高压交变电压时，压电陶瓷产生微观形变；通过结构设计将微量形变放大，结合摩擦传动、惯性驱动、共振驱动方式，将微观形变转化为宏观连续位移。区别于电磁类马达，压电马达无线圈、无磁干扰，依靠晶体形变直接驱动，响应速度可达微秒级。
VCM马达和压电马达驱动原理对比
| 对比项目 | VCM音圈马达 | 压电马达 |
| 驱动原理 | 电磁感应、安培力驱动 | 压电逆效应、晶体形变放大 |
| 驱动电压 | 低压驱动（2-5V） | 高压驱动（几十至几千伏） |
| 磁场干扰 | 存在电磁磁场 | 无磁场、无电磁干扰 |
| 形变响应 | 毫秒级响应 | 微秒级高速响应 |
表1 VCM马达和压电马达驱动原理对比表
压电马达和VCM马达对比具有无电磁干扰，定位精度高，级微秒级快速响应以及断电自锁和功耗低的巨大优势。下面会重点介绍压电马达的驱动及调试流程。
压电马达的驱动方法以及驱动流程
不同类型的压电马达使用的驱动方式不同，有正弦波驱动、锯齿波驱动、方波驱动等。实际调试时，需根据压电马达厂商提供的规格参数，输出电压信号控制马达运动。以下以手机领域常见的PWM波(方波)方式介绍压电马达的驱动方法以及驱动流程。
方波驱动，即使用不同的PWM信号作用到压电马达的端子上。当输出不同频率、占空比和相位的PWM波时，压电马达的运动方式会跟着改变。
比如假设一款压电马达，由厂商给出的规格如下：
图2 正/反向运动波形对比
从上图可知，该压电马达有两个输入端子：IN1和IN2，马达正向和负向的驱动参数如下：
正向运动
IN1和IN2两个端子PWM的频率均为150K；IN1的占空比约为33.3%，IN2的占空比约为66.7%；IN1的相位设置为0°，IN2的相位设置为120°。
反向运动
IN1和IN2两个端子PWM的频率均为150K；IN1的占空比约为66.7%，IN2的占空比约为33.3%；IN1的相位设置为0°，IN2的相位设置为180°。
理论上，按照压电规格，当拿到马达后，按如上正向和反向波形循环把PWM信号输出到压电马达上。如果周期设置为1S，则马达便会以1S为周期，循环进行开环运动。
针对压电马达应用，awinic和客户紧密配合提出了压电马达系统解决方案，系统框图如下：
图3 PIEZO控制系统方案
硬件电路设计可查阅艾为官网，在产品中心中搜索->影像运动控制->光学防抖驱动->AW86102参考技术文档产品设计指南。按照硬件设计连接好压电马达负载后，可根据AW86102芯片特性，设计固件驱动马达开环运动，在固件驱动中将对应的PWM频率，占空比以及相位设置后好，并在PWM通道映射到对应的OUT驱动管脚中，此时压电马达便可以实现正向或反向运动啦。硬件设计参考如下：
图4 AW86102应用电路
压电马达在作动过程中，由于驱动芯片输出高频方波，高频电流在线圈、电容上产生电磁振动，会发出细微电流啸叫，且电压的突变会让电压抖动加剧，噪声放大。面对压电马达在驱动过程中的噪音问题，艾为提供优秀的算法和控制方案，能够大大降低压电端子在马达运动过程中带来的噪音。
压电马达的噪声抑制
Audio noise主要分为两种：一种是马达运动产生Audio noise，Audio noise频点一般对应FRA Gain较大的位置，第二种是电流产生Audio noise，Audio noise一般对应环路控制频率Fs，马达运动Audio noise，可通过滤波器限制audio noise频点增益，减小该频点下马达运动幅度，降低Audio noise，而电流Audio noise，可以通过提升环路控制频率Fs到20kHz以上，避开人耳能识别的频率范围，实现Audio noise降低；对于大部分芯片Fs的提升意味着电路noise增加，为了规避这个问题可以通过在环路Fs不变的前提下，提升driver驱动频率，同时不会增加电路noise对于有噪信号，AW降噪方案为复合滤波器去噪算法：
图5 复合滤波器
复合滤波器可以有效抑制高频噪声如马达运动噪声、控制信号噪声等；相比常规低通滤波器具有更好的幅频特性表现，降低对控制系统低频段信号相位的影响。
另外在控制策略上，艾为也提供了先进的压电控制驱动模式，该驱动模式可以解决由于PWM相位频繁切换，导致的驱动马达出现的尖锐异响。以下是某AF马达阶跃前后对比音频频谱的对比，可以看出整体增益降低10dB以上，在10Khz附近增益下降超过20dB，有效抑制了高频噪声。
图6 异响优化前后左右声道对比
同时对于自动对焦与光学防抖应用，艾为持续推出多款产品，涵盖开/闭环对焦驱动、OIS驱动、压电驱动等，做到了VCM马达驱动领域的全面覆盖。丰富的产品体系，为客户提供了更多选择。艾为目前在VCM产品线深度耕耘10年，拥有开环，闭环，OIS（集成式、分离式、SMA）等全系列量产的纯国产厂商，目前已经和多家品牌客户量产：vivo，联想，华硕，OPPO......同时艾为和马达长模组厂深度合作紧密配合，具有完整的VCM driver全套解决方案。
表2 VCM driver全套解决方案表
