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解析低压差线性稳压器(LDO)在摄像头应用中的创新设计
文章来源:永阜康科技 更新时间:2021/9/3 10:27:00
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近年来,随着5G、AI、生物识别等技术的不断发展,摄像头也迎来了升级迭代。无论是清晰度还是智能化程度抑或是应用场景,都在不断加强和丰富,远程医疗、远程办公、AI测温、非接触式识别等等。对摄像头而言,实时的清晰图像传输是其运作的基础,因此产品的稳定性、清晰度成为了重要的指标。

手机摄像头供电方案

通常来讲,一个摄像头硬件上包括五个部分:外壳(马达)、镜头、红外滤光片、图像传感器和挠性印刷电路板。图像传感器作为摄像头的核心部件,其组件特别容易被电源干扰,并且电源噪声会影响像素正常捕获光线的能力,导致照片质量不佳。手机作为应用最为广泛的移动智能终端,随着摄像头3D感测技术的发展,手机摄像头应用已经扩展到生物识别、人机交互、AR体验等场景,手机多摄像头的增长需求,更是给电源的设计带来了极大的挑战。


图1  维安LDO手机摄像头供电方案

CMOS Image Sensor(图像传感器)需要三路电源(Core,Analog和I/O),其中2.8V为模拟电压,1.8V为I/O数字电压,1.2V为核电压。此时,通过维安WR0332外置低压差线性稳压器(LDO)为CMOS Image Sensor供电,可将集中在IC的热量分散开,抑制整个电路的发热量,实现高转换效率,有助于进一步降低手机摄像头模块的功耗。特别是应用于 AVDD时,优秀的纹波抑制能力1KHz@70dB ,还能显著较少电源线干扰噪声,为CMOS图像传感器稳定供电。另外核电压部分,维安还开发设计了1.0V~1.2V输出的规格,可根据用户的需求选择不同的电压给Core供电。

对于要求低Vin的摄像头模组应用,当前大部分解决方案是使用输入1.8V或者1.6V转输出1.05V/1.1V的LDO,维安的WR0513可以实现1.2V输入电源来提供输出1.05V或1.1V的解决方案。伴随着手机摄像头数量的增加,电池可供给的电量和安装摄像头的空间都会受限, 维安WR0332/WR0341、WR0513系列在兼顾小型化封装DFN-4 1mm*1mm*0.4mm的同时能够很好的解决功耗和供电问题。


图2  维安LDO低Vin输入手机摄像头供电方案

维安低压差线性稳压器(LDO)

安防监控系统供电方案

安防视频监控系统要求信号实时、连续、清晰,而且图像信号的数据量非常大,需要将模拟摄像机采集到的模拟视频信号编码压缩成数字信号,从而可以直接接入网络交换及路由设备。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、控制接口、镜头等部分组成。其对系统供电要求非常高,特别是在模拟部分要求低噪声。此时LDO就可以作为完美解决方案。


图3  LDO安防监控系统供电方案

图3为系统电源管理部分的设计,内置的DC/DC转换器电路将12 V直流供电转换成5.0V后,需要多路LDO提供不同电压的输出,给系统的数字电源、模拟电源、主芯片的内核以及IO供电。选用维安LDO为系统供电,可在确保高可靠性的同时实现摄像头模块低EMI和高效率的电源电路。

维安低压差线性稳压器(LDO)

选型关键参数及主要产品系列

低压差线性稳压器的主要性能参数有漏失电压、瞬态响应、输出精度、PSRR & Noise等。在CMOS Image Sensor 及安防监控系统供电时,对LDO比较敏感的参数主要是PSRR和Noise。LDO的噪声主要有两部分构成,一部分来自输入端前级电路,另一部分则来自LDO自身。前者可通过提高PSRR来抑制外部的噪声干扰。后者就需要通过优化LDO的设计或者引入前馈电容来优化输出Noise。


图4  噪声频谱图

在安防监控系统当中如果带有音频信号的处理应用,那么就需要LDO给麦克风提供偏置电压。由于麦克风微弱的信号在系统中会经过放大和A/D(模数)转换,因此LDO在音频范围内(20 Hz~20 kHz)的Noise的差异会对编解码后的数字音频输出产生较大的影响。


图5  PSRR @ 10 Hz to 10 MHz

CMOS Image Sensor的动态负载范围主要在10kHz到1MHz之间。因此,在较高频率下,高PSRR可改善图像质量。另外PSRR由LDO有源控制;而在高于100 kHz的频率范围,PSRR更多的受到系统中无源器件(电容器、负载电流、PCB布板)的影响。

在系统电路中, 提高纹波抑制能力需要注意以下几点:

1、LDO的选择。根据CMOS Image Sensor对电源PSRR的要求来选择适合的LDO。

2、选择合适的电容器。对于某些陶瓷电容器,实际电容值随直流偏压和应用的工作温度范围而变化,因此增加更多的电容并不一定会改善性能。

3、尽可能留够压降的余量。LDO工作在接近Dropout模式时没有充分的空间来抑制输入纹波信号,会降低PSRR。

4、优化PCB线路。保证布板的合理性及接地环路设计尽可能小,以减少外部纹波的串扰。

 
 
 
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