보이스 코일 모터(VCM)는 현대 광학 시스템의 핵심 구동기로서, 자동 초점(AF)과 광학식 손떨림 보정(OIS)의 정밀도와 속도를 직접적으로 결정한다. 다양한 유형의 VCM 모터는 최적의 성능을 발휘하기 위해 각각 특정 드라이버 IC와 조합되어야 합니다.기본적인 개루프 아키텍처에서 고정밀 폐루프 제어를 거쳐 정교한 광학식 손떨림 보정 시스템에 이르기까지, 기술적 해결 방안들은 다각적으로 발전해 왔습니다. 온디바이스 AI의 배포 요구를 충족하기 위해, 경량의 지능형 추론 모델을 기기 내에 직접 통합함으로써 클라우드 컴퓨팅 자원에 의존하지 않고도 초점 전략, 이미지 안정화 로직, 전력 관리 최적화 등에 대한 현지에서의 자율적 의사결정을 가능하게 할 수 있습니다.엣지 측의 지능형 이미징 하드웨어 생태계와 완벽히 호환됩니다. 이 논문은 최신 구동칩 사례를 바탕으로 설계 원리, 성능 한계 및 적용 시나리오를 규명하면서, 개루프 VCM, 폐루프 VCM, 광학식 손떨림 보정 VCM 및 SMA 기반 대안 등 네 가지 주류 기술적 해결책을 체계적으로 분석한다.
1. 개루프 VCM 모터 구동 솔루션
개폐 루프 VCM은 가장 널리 사용되는 저비용 자동 초점 솔루션입니다. 그 구조는 영구자석, 코일 및 탄성 지지 메커니즘으로 구성되며, 전류 제어를 통해 렌즈의 변위가 이루어집니다. 이 유형의 모터는 센서리스 방식으로, 구동 IC의 전류 제어 정밀도와 알고리즘 보정에 전적으로 의존합니다. 핵심 구동 요구사항은 다음과 같습니다:
전류 제어 정밀도: 렌즈 이동은 20 ms 이내에 완료되어야 하며, 전류 리플은 ±5% 이하로 유지되어야 합니다. 아이웨이 전자의 AW86018CSR는 WLCSP 패키지에 탑재된 중급형 2-in-1 드라이버 IC입니다. 이 제품은 2.3V에서 3.6V까지의 입력 전압 범위를 지원하며, 11비트 DAC를 내장하고 있어 ±100mA와 ±130mA의 두 가지 전류 출력 레벨을 제공합니다.디지털 제어는 I²C 인터페이스(주소 0x18h)를 통해 구현됩니다. 풍부한 인터페이스 대역폭과 컴퓨팅 자원은 엣지 측 AI 비전 인식 데이터와의 신속한 통합을 가능하게 하여, 조정된 지능형 자동 초점 예측을 지원합니다.
단어
그림 1: AW86018 제품의 블록 다이어그램
알고리즘 협업: 아이웨이 전자의 AW86018CSR는 VRC 포커스 알고리즘(VCM 링 제어)과 연동하여 렌즈의 동적 궤적을 예측함으로써 고속의 콘트라스트 기반 자동초점을 구현합니다. 이 솔루션은 중·보급형 스마트폰의 메인 카메라, 디바이스 기반 AI 애플리케이션 및 초광각 렌즈에 적합하며, 폐쇄 루프 시스템 대비 비용을 약 30% 절감합니다.
이들 드라이버 IC는 일반적으로 WLCSP 패키징을 채택하고 평균 전력 소모가 5 mW 미만으로, 휴대용 기기의 요구 사항을 충족합니다. 그러나 개방형 구조로 인해 반복정도는 약 ±10 μm에 그치며, 고배율 줌 응용에서는 초점 드리프트가 발생하기 쉽다.
2. 폐루프 VCM 모터 구동 솔루션
폐루프 시스템은 홀 센서를 이용해 렌즈 위치에 대한 실시간 피드백을 제공함으로써 마이크로미터 수준의 초점 정확도를 달성합니다. 그 드라이버 칩은 세 가지 핵심 기능을 갖추고 있어야 한다:
고정밀 데이터 변환: AW86022CSR는 기본 구동 전류가 ±150 mA이며, 1.7V에서 3.6V의 공급 전압을 지원하고, 14비트 ADC와 13비트 DAC를 내장하고 있습니다. 위치 검출 해상도는 ±1 μm에 달하며, 전류 제어 정밀도는 ±1%보다 우수합니다.5%.
고주파 통신 인터페이스: 3.4 MHz의 I²C 고속 모드를 지원하여, 초당 30프레임의 각 이미지 프레임마다 최소 세 차례의 위치 보정이 가능합니다.
특정 시나리오에서의 문제점: 볼형 모터가 적용되는 응용에서는 불필요한 정지 마찰을 상쇄하기 위해 유지 전류를 공급해야 하므로 전력 소모 손실이 발생한다. 이를 해결하기 위해 아이웨이 전자는 스마트홀딩 지능형 알고리즘을 개발했습니다. 해당 알고리즘은 정지 마찰을 극복하는 데 불필요하게 소모되는 구동 전류를 크게 감소시키는 혁신적인 제어 루프 메커니즘을 채택하고 있다.이로써 전력 소비를 크게 줄입니다.
폐루프 솔루션은 주로 플래그십 스마트폰의 메인 카메라, 의료용 내시경 렌즈 등과 같은 응용 분야에 사용됩니다.
그림 2 AW86022CSR 제품의 블록 다이어그램
3. 광학 이미지 안정화(OIS) VCM 드라이버 솔루션
3.1 “징더우윈” 알고리즘: OIS 광학식 손떨림 보정 알고리즘
아웨이가 독자적으로 개발한 ‘징더우 클라우드’ 알고리즘이 OIS 드라이버 칩에 통합되어 있습니다. 자이로스코프 데이터를 지속적으로 모니터링하고 필요한 렌즈 보정 변위를 산출함으로써, 안정적이고 정밀하며 신속한 손떨림 보정을 제공합니다.
안정성: ±5°의 안정화 각도(업계 일반 수준인 ±3°를 상회)로, 6축 영상 안정화를 지원합니다.
정밀성: 밀리초 수준의 응답, 지터 궤적에 대한 동적 추적, 그리고 모션 블러 감소.
빠름: 낮은 지연의 폐쇄 루프 제어가 초점 추적 속도를 향상시킵니다.
3.2 알고리즘의 장점
이 제품은 VCM(서스펜디드 와이어형, 리드형, 볼형), SMA(형상기억합금), 압전 액추에이터를 포함한 다양한 모터 유형과 호환되며, 다양한 모듈 설계에 맞게 적용할 수 있습니다.
3.3 통합형 드라이버 칩 대 분리형 드라이버 칩
통합 OIS 구동 칩: 자이로스코프 데이터 처리, 모터 구동 및 알고리즘을 통합한 내장형 MCU 제어 코어를 탑재하여 ‘싱글칩 솔루션’을 제공합니다.
아이웨이 전자의 이중 채널 구동기 AW86064CSR는 와이어 서스펜션, 스프링 접점, 볼 베어링을 포함한 기존의 직립형 OIS 응용 분야의 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
그림 3 AW86064 제품의 블록 다이어그램
표 1: AW86064 제품 사양 정보
한편, 아이웨이 전자는 망원 렌즈 확장기의 이미지 안정화 및 포커스 제어 요구사항을 충족하기 위해 고정밀 3채널 구동 IC AW86068CSR를 출시했습니다.
제품 사양:
64킬로바이트 플래시 메모리
SDK 지원을 통한 고객 맞춤형 2차 개발이 가능한 32KB SRAM으로, 아위닉의 제어 솔루션과도 호환됩니다.
12.5MHz I3C 고속 통신 인터페이스
3채널 16비트 고정밀 ADC
VM은 1.5V에서 3.6V이며, 동적 전압 스케일링을 지원합니다.
WLCSP 3.555mm x 1.255mm x 0.3mm-27B
그림 4 AW86068 제품의 블록 다이어그램
아이웨이의 OIS VCM 구동 솔루션은 ‘징더우윈’ 알고리즘을 핵심으로 하여, 하드웨어와 소프트웨어의 심층적 통합을 통해 이미지 안정화 정확도, 전력 소비 관리 및 시나리오 적응성 측면에서 뛰어난 우위를 확보하고 있습니다. 당사의 제품 포트폴리오는 스마트폰, 짐벌, 외장 렌즈 등 다양한 응용 분야를 지원하기 위해 통합 솔루션부터 개별 부품에 이르기까지 폭넓은 형태와 규격을 아우릅니다. 이는 스마트폰 및 산업용 카메라 분야의 선도 제조사들로부터 가장 선호되는 선택이 되었습니다.그리고 광학식 손떨림 보정 기술의 국산화를 위한 획기적인 성과를 지속적으로 이끌어 내고 있습니다.
디스크리트 OIS 제어 드라이버 IC: 안정화 정확도와 시스템 유연성을 향상시키며, 외부 프로세서와의 협업을 통해 알고리즘 개발을 지원하는 통합형 IC‑모터 아키텍처를 채택하고 있습니다.
그림 5 AW86033A 적용 솔루션 블록 다이어그램
그림 6 AW86033A 제품의 블록 다이어그램
표 2: AW86033A 제품 사양 정보
4. SMA 구동 솔루션(VCM 대체 기술)
형상기억합금(SMAs)은 떠오르는 구동 기술로서, 아이웨이 전자에 의해 국내 최초의 전용 구동 칩 출시와 함께 지원되고 있다. 이 솔루션은 뚜렷한 경쟁 우위를 제공합니다:
초고출력 밀도: SMA 와이어 한 가닥은 50gf의 힘을 발생시킬 수 있으며, 아이웨이 전자의 구동 칩으로 구현된 8선 병렬 구성은 최대 400gf의 출력을 제공해 동급 VCM 대비 10배에 달하는 성능을 발휘함으로써, 초장초점 잠망경 모듈 구동에 이상적입니다.
열 제어 혁신: 이 칩은 32비트 ARM MCU(96 MHz)를 통합하고, 다양한 온도에서의 저항-변위 특성 곡선을 128KB 용량의 플래시 메모리에 저장하여 비선형 보정을 가능하게 합니다.
초박형 구조: SMA 와이어의 두께는 단 0.1mm에 불과하여 모듈의 Z축 높이를 30% 줄이고, 폴더블 스마트폰 설계에 원활히 통합할 수 있도록 합니다.
그러나 SMA 구동기 설계에서는 열 관리 문제가 반드시 해결되어야 합니다. 아위닉의 칩은 시분할 다중화 기술을 적용하여 8채널 SMA에 대한 독립적인 PWM 제어를 제공함으로써, 국부적인 열 집중으로 인한 응답 지연을 방지합니다. 해당 솔루션은 주요 플래그십 스마트폰의 고급 이미징 모듈에 이미 적용되었습니다.그러나 초점 속도는 VCM 대비 약 15ms 느리며, 이는 일반적인 값으로 40ms에 해당합니다.
그림 7: AW86100 제품의 블록 다이어그램
5. 압전 구동 솔루션(VCM 대체 기술)
압전 구동 기술은 카메라 모듈용 모터 분야에서 획기적인 구동 솔루션으로, 그 핵심 원리는 압전 재료의 독특한 물리적 특성에 기반을 두고 있습니다.
카메라 모듈 응용 분야에서 압전 모터는 주로 자동 초점(AF)과 광학식 손떨림 보정(OIS)의 두 가지 핵심 기능을 지원합니다. 자동 초점 모터(AF 모터)로 사용될 때,이는 정밀한 변위 제어를 통해 렌즈와 이미지 센서 간의 상대 위치를 조정하여 피사체가 센서 상에 선명한 이미지로 맺히도록 보장합니다. 또한, 손으로 들고 촬영할 때 발생하는 카메라 흔들림을 보정하기 위해 이미지 안정화 액추에이터로 작동할 경우, 렌즈의 위치를 고속으로 미세하게 조절합니다. 현대의 압전 모터는 일반적으로 20kHz 이상의 주파수(초음파 영역)에서 작동하도록 설계된다.이는 인간의 가청 주파수 대역을 넘어 소음 간섭을 피할 뿐만 아니라, 고주파 진동을 통해 더 높은 에너지 변환 효율을 달성합니다.
아이웨이는 AW86102를 통해 8채널 PWM 출력과 13비트 ADC를 제공하여 압전 모터 응용의 요구를 충족합니다.
ARM 32비트 STARCU 프로세서는 FPU와 DSP를 탑재하고 최대 96 MHz로 동작하며, 128KB의 플래시 메모리, 프로그램 저장용 64KB의 SRAM, 데이터 저장용 16KB의 SRAM, 그리고 8KB의 ROM을 갖추고 있습니다.
제품 사양:
시뮬레이션: VAVDD = 2.6V ~ 3.6V,
구동 전압: VVM = 1.8V ~ 3.6V,
입출력: VIO/VDD = 1.1V ~ 3.6V
각 PGA 오프셋(8채널, 10비트 DAC)은 PWM 드라이버를 독립적으로 조정할 수 있습니다.
시그마-델타 ADC(13비트), 구성 가능한 12/14/16비트 해상도.
SPI(이중 채널)는 마스터/슬레이브/모니터 모드로 구성 가능하며, 3선식 또는 4선식 버스 구성을 지원합니다.
I2C(2채널), 마스터 또는 슬레이브 모드로 구성 가능합니다.
I3C 슬레이브 장치와 UART를 지원합니다.
하드웨어 CORDIC 및 디지털 필터를 지원합니다.
그림 8: AW86102 제품의 블록 다이어그램
6. VCM 응용 분야에서 아이웨이 전자는 OIS 종합 솔루션에 대한 장기적인 연구를 지속해 왔습니다.
요약하면, VCM 기반 칩 솔루션은 개방 루프에서 폐쇄 루프 제어를 거쳐 궁극적으로 OIS에 이르기까지 기술적 발전을 거듭해 왔으며, 반면 SMA 솔루션은 특정 응용 시나리오에서 차별화된 돌파구를 마련했습니다. 설계 선택은 정확성, 속도, 공간적 제약, 비용이라는 4차원적 요구사항을 종합적으로 고려해야 한다. 오픈 루프 VCM은 가성비를 중시하는 분야에서 여전히 주도적인 위치를 유지하고 있으며, 반면 폐쇄 루프 솔루션은 주류 플래그십 모델의 요구를 충족한다.OIS 칩은 고급 이미징 분야의 획기적인 발전을 가능하게 하며, SMA 구동 기술은 초박형·고추력 응용 분야에 활용됩니다. 다중물리학 기반의 협조 제어 알고리즘이 성숙해짐에 따라, 차세대 드라이버 칩은 온도 보상, 진동 억제 및 전력 소모 최적화 기능을 더욱 고도로 통합하여 광학 시스템의 집적도를 한층 더 높아지도록 이끌 것이다.
앞으로도 아이웨이 전자는 VCM 기반의 종합 제어 기술 분야에서 더욱 고도화된 솔루션을 지속적으로 개발해 나갈 것입니다. 본 문서에 기술된 제품 외에도 당사는 지속적으로 투자를 이어가며 정지전류 저감을 목표로 하는 PWM 제어 및 첨단 공정 기술 분야의 혁신을 상용화해 나갈 것입니다. 또한 스마트 웨어러블, 의료기기, 소비자 전자기기 및 엣지 인공지능 분야의 애플리케이션 요구사항을 보다 효과적으로 충족하기 위해 칩 성능을 지속적으로 최적화해 나가겠습니다.종합적인 모터 구동 솔루션을 개발하십시오.
아이웨이의 VCM 드라이버 제품 선택에 대해 더 자세히 알아보시려면, 아이웨이 공식 웹사이트를 방문해 주십시오:
https://www.awinic.com
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