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相机应用中解析LDO的创新设计

发布日期:2022-08-31 00:00:00     作者:德力西旗舰店
摘要: 近年来,随着5G、AI、生物识别等技术的不断发展,相机也迎来了升级迭代。无论是清晰度、智能化还是应用场景

        近年来,随着5G、AI、生物识别等技术的不断发展,相机也迎来了升级迭代。无论是清晰度、智能化还是应用场景,都在不断加强和丰富,比如远程医疗、远程办公、AI测温、非接触式识别等等。对于相机来说,实时清晰的图像传输是其运行的基础,因此产品的稳定性和清晰度成为了重要的指标。


手机摄像头供电方案

        

        一般来说,相机硬件包括五个部分:外壳(电机)、镜头、红外滤光片、图像传感器和柔性印刷电路板。传感器作为相机的核心部件,其元器件容易受到电源的干扰,电源的噪声会影响像素正常捕捉光线的能力,导致照片质量不佳。作为应用最广泛的移动智能终端,随着相机3D传感技术的发展,手机相机的应用已经扩展到生物识别、人机交互、AR体验等场景。手机中多摄像头的需求越来越大,给电源的设计带来了巨大的挑战。

        

        CMOS图像传感器需要三个电源(核心、模拟和I/O),其中2.8V为模拟电压,1.8V为I/O数字电压,1.2V为核心电压。此时CMOS图像传感器采用卫安WR0332外置低压差线性稳压器(LDO)供电,可以分散集中在IC中的热量,抑制整个电路的发热,实现高转换效率,进一步降低手机摄像头模块的功耗。尤其是应用于AVDD时,具有1KHz@70dB的出色纹波抑制能力,能够显著降低电源线的干扰噪声,从而为CMOS图像传感器提供稳定的电源。此外,在核电压部分,维安还开发设计了1.0V~1.2V输出的规格,可以根据用户需求选择不同的电压为核供电。

        

        对于要求低Vin的摄像头模块应用,目前的解决方案大多是输入1.8V或1.6V到输出1.05V/1.1V的LDO,卫安的WR0513可以实现1.2V输入供电,以提供输出1.05V或1.1V的解决方案,随着手机摄像头数量的增加,电池可以提供的电量和安装摄像头的空间将受到限制。卫安WR0332/WR0341和WR0513系列在兼顾小型化封装DFN-41mm * 1mm * 0.4mm的同时,很好的解决了功耗和供电的问题。


        视频监控系统要求信号实时、连续、清晰,图像信号的数据量非常大。需要将模拟摄像机采集的模拟视频信号编码压缩成数字信号,直接连接到网络交换和路由设备。网络摄像机一般由图像/声音传感器、A/D转换器、图像/声音/控制器网络服务器、外部报警器、控制接口和镜头组成。它要求系统具有高电源,尤其是模拟部分的低噪声。在这一点上,LDO可能是完美的解决方案。

        

        在系统的电源管理部分的设计中,内置的DC/DC转换电路将12 V DC电源转换为5.0V后,需要多个LDO为系统的数字电源、模拟电源、主芯片的核心和IO电源提供不同的电压输出。系统选用维安LDO供电,保证高可靠性,实现摄像头模块低EMI、高效率供电电路。


        LDO线性稳压器的主要性能参数包括泄漏电压、瞬态响应、输出精度、PSRR和噪声等。在给CMOS图像传感器和安防监控系统供电时,对LDO最敏感的参数是PSRR和噪声。LDO的噪声主要由两部分组成,一部分来自输入前级电路,另一部分来自LDO本身。前者可以通过增加PSRR来抑制外部噪声干扰。后者需要通过优化LDO的设计或引入前馈电容来优化输出噪声。

        

        如果在安全监控系统中有音频信号处理应用,则需要LDO为麦克风提供偏置电压。由于麦克风的微弱信号在系统中会被放大和A/D(模数)转换,因此LDO在音频范围内(20 Hz~20 kHz)的噪声差会对编解码后的数字音频输出产生很大的影响。

        

        CMOS图像传感器的动态负载范围主要在10kHz到1MHz之间。因此,在较高的频率下,高PSRR可以提高图像质量。此外,PSRR受到LDO的积极控制;在高于100 kHz的频率范围内,PSRR更多地受到系统中无源元件(电容、负载电流、PCB布局)的影响。

        

在系统电路中,为了提高纹波抑制能力,应注意以下几点:

        

1.LDO精选。根据PSRR对CMOS图像传感器的要求,选择合适的LDO。

        

2.选择合适的电容器。对于某些陶瓷电容,实际电容值会随着DC偏置电压和应用的工作温度范围而变化,因此增加更多电容不一定能提高性能。

        

3.尽可能留有足够的压降余量。当LDO工作在近压差模式时,没有足够的空间来抑制输入纹波信号,这将降低PSRR。

        

4.优化PCB电路。确保布局的合理性,接地回路的设计尽可能小,以减少外部纹波的串扰。

        

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