高性能圖像傳感器參考設(shè)計(jì)的核心集成與協(xié)作

Scott Hunt，ADI系統(tǒng)應(yīng)用工程師

色散譜應(yīng)用中的圖像傳感需要超低噪聲和高比特率的線性陣列圖像傳感器，以實(shí)現(xiàn)高靈敏度和高速測量。為了降低探測器的暗噪聲并進(jìn)一步提高測量靈敏度，需要一個(gè)熱電冷卻器(TEC)。為達(dá)到這些要求，還需要高性能電子器件來與傳感器接口。從傳感器采樣數(shù)據(jù)需要具有低噪聲、且快速建立時(shí)間的放大器和低噪聲精密模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。TEC需要精密電流控制和限壓，以便精確控制溫度。電源管理電子器件必須能夠提供TEC所需的高功率，以及采樣電路所需的低噪聲。最后，良好的PCB布局對于避免大功率電源的開關(guān)信號(hào)對精密采樣電子器件的磁耦合或傳導(dǎo)耦合干擾至關(guān)重要。

利用分立電子器件設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)來與這些復(fù)雜的高性能傳感器連接，這在過去一直是一個(gè)挑戰(zhàn)，需要仔細(xì)權(quán)衡尺寸、復(fù)雜度與性能。Hamamatsu Photonics, Inc.和ADI公司認(rèn)為這是一個(gè)機(jī)會(huì)，于是結(jié)合各自專業(yè)知識(shí)來為Hamamatsu G920x InGaAs線性圖像傳感器系列創(chuàng)建參考設(shè)計(jì)，其中Hamamatsu提供傳感器和系統(tǒng)組件，ADI公司設(shè)計(jì)模擬前端(AFE)板。該參考設(shè)計(jì)允許通過FMC連接器連接到FPGA承載卡進(jìn)行模塊化評估。ADI公司的μModule?穩(wěn)壓器用于為設(shè)計(jì)中最具挑戰(zhàn)性的布局部分提供緊湊、優(yōu)化的布局。例如，LTM8053μModule降壓調(diào)節(jié)器將磁性元件集成到內(nèi)部布局中，大大降低了電磁噪聲。通過提供緊湊優(yōu)化的布局并減少器件數(shù)量，這些高集成度產(chǎn)品還能實(shí)現(xiàn)更小的解決方案，而不會(huì)影響性能。

圖1.圖像傳感器參考設(shè)計(jì)簡化框圖

有三個(gè)關(guān)鍵的高集成度產(chǎn)品助力實(shí)現(xiàn)這一緊湊的高性能AFE設(shè)計(jì)：

ADAQ7980是一款單芯片、高性能、16位、1 MSPS SAR ADC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模塊。ADAQ7980采用高精度SAR ADC，并集成ADC驅(qū)動(dòng)器、基準(zhǔn)電壓緩沖器、LDO穩(wěn)壓器、精密無源器件和去耦元件。

ADN8835是一款精密TEC控制器，集成了3 A功率FET管。ADN8835可精確控制傳感器的溫度，無需外部分立功率FET管。

LTM8053是一款超低噪聲3.5 A Silent Switcher? μModule降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器。LTM8053將開關(guān)控制器、功率開關(guān)、電感和所有支持元件集成到一個(gè)緊湊封裝中，以實(shí)現(xiàn)最佳噪聲性能。

這些產(chǎn)品展示了ADI公司高集成度產(chǎn)品的關(guān)鍵特性，包括降低BOM復(fù)雜性和減小電路板空間，通過消除關(guān)鍵電路中的電路板級寄生效應(yīng)來優(yōu)化性能，以及通過提供集成更多信號(hào)鏈的性能規(guī)格的器件來減少系統(tǒng)誤差和不確定性。完整AFE解決方案還包括ADI公司的其他高性能器件，例如ADR4550精密基準(zhǔn)電壓源和ADA4807高速精密放大器。AFE還能將LTM8053和ADN8835的時(shí)鐘與提供給傳感器和ADAQ7980的采樣時(shí)鐘同步。

圖2.ADI公司開發(fā)的InGaAs陣列傳感器接口板俯視圖

總之，ADI公司與Hamamatsu Photonics, Inc.合作，為Hamamatsu G920x線性陣列NIR/SWIR InGaAs圖像傳感器系列開發(fā)高性能參考設(shè)計(jì)。這些線性陣列InGaAs圖像傳感器具有高采樣速度，并集成了TEC來給光學(xué)探測器散熱，支持超低噪聲操作。這使其成為高性能NIR/SWIR光譜應(yīng)用（如天然氣和礦物鑒定）的絕佳選擇。ADI公司的AFE板旨在與這些傳感器接口，ADI公司的高集成度產(chǎn)品使其具有高性能且尺寸緊湊。欲了解更多信息，包括該解決方案的完整設(shè)計(jì)文件和文檔，請?jiān)L問Hamamatsu網(wǎng)站。

作者簡介

Scott Hunt是ADI公司儀器儀表市場部（美國馬薩諸塞州威明頓市）的一名系統(tǒng)應(yīng)用工程師，專門從事科學(xué)儀器儀表工作。Scott于2011年作為一名產(chǎn)品應(yīng)用工程師加入ADI公司，負(fù)責(zé)儀表放大器等高性能集成式精密放大器，后于2016年轉(zhuǎn)到儀器儀表市場部。他擁有倫斯勒理工學(xué)院電氣和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程學(xué)士學(xué)位。Scott榮獲ADI公司2015年杰出技術(shù)寫作獎(jiǎng)和2015年杰出計(jì)劃支持獎(jiǎng)。聯(lián)系方式：scott.hunt@analog.com。