掰開揉碎，解析低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）在攝像頭應(yīng)用中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

掰開揉碎，解析低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)在攝像頭應(yīng)用中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)-WAYON維安方案設(shè)計(jì)代理商KOYUELEC光與電子

近年來，隨著5G、AI、生物識(shí)別等技術(shù)的不斷發(fā)展，攝像頭也迎來了升級(jí)迭代。無論是清晰度還是智能化程度抑或是應(yīng)用場(chǎng)景，都在不斷加強(qiáng)和豐富，遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程辦公、AI測(cè)溫、非接觸式識(shí)別等等。對(duì)攝像頭而言，實(shí)時(shí)的清晰圖像傳輸是其運(yùn)作的基礎(chǔ)，因此產(chǎn)品的穩(wěn)定性、清晰度成為了重要的指標(biāo)。

#維安低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)

手機(jī)攝像頭供電方案

通常來講，一個(gè)攝像頭硬件上包括五個(gè)部分：外殼(馬達(dá))、鏡頭、紅外濾光片、圖像傳感器和撓性印刷電路板。圖像傳感器作為攝像頭的核心部件，其組件特別容易被電源干擾，并且電源噪聲會(huì)影響像素正常捕獲光線的能力，導(dǎo)致照片質(zhì)量不佳。手機(jī)作為應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)智能終端，隨著攝像頭3D感測(cè)技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)攝像頭應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到生物識(shí)別、人機(jī)交互、AR體驗(yàn)等場(chǎng)景，手機(jī)多攝像頭的增長(zhǎng)需求，更是給電源的設(shè)計(jì)帶來了極大的挑戰(zhàn)。

圖1 維安LDO手機(jī)攝像頭供電方案

CMOS Image Sensor(圖像傳感器)需要三路電源(Core，Analog和I/O)，其中2.8V為模擬電壓，1.8V為I/O數(shù)字電壓，1.2V為核電壓。此時(shí)，通過維安WR0332外置低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)為CMOS Image Sensor供電，可將集中在IC的熱量分散開，抑制整個(gè)電路的發(fā)熱量，實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率，有助于進(jìn)一步降低手機(jī)攝像頭模塊的功耗。特別是應(yīng)用于 AVDD時(shí)，優(yōu)秀的紋波抑制能力1KHz@70dB，還能顯著較少電源線干擾噪聲，為CMOS圖像傳感器穩(wěn)定供電。另外核電壓部分，維安還開發(fā)設(shè)計(jì)了1.0V~1.2V輸出的規(guī)格，可根據(jù)用戶的需求選擇不同的電壓給Core供電。

對(duì)于要求低Vin的攝像頭模組應(yīng)用，當(dāng)前大部分解決方案是使用輸入1.8V或者1.6V轉(zhuǎn)輸出1.05V/1.1V的LDO，維安的WR0513可以實(shí)現(xiàn)1.2V輸入電源來提供輸出1.05V或1.1V的解決方案。伴隨著手機(jī)攝像頭數(shù)量的增加，電池可供給的電量和安裝攝像頭的空間都會(huì)受限， 維安WR0332/WR0341、WR0513系列在兼顧小型化封裝DFN-4 1mm*1mm*0.4mm的同時(shí)能夠很好的解決功耗和供電問題。

圖2 維安LDO低Vin輸入手機(jī)攝像頭供電方案

#維安低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)

安防監(jiān)控系統(tǒng)供電方案

安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求信號(hào)實(shí)時(shí)、連續(xù)、清晰，而且圖像信號(hào)的數(shù)據(jù)量非常大，需要將模擬攝像機(jī)采集到的模擬視頻信號(hào)編碼壓縮成數(shù)字信號(hào)，從而可以直接接入網(wǎng)絡(luò)交換及路由設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)一般由圖像/聲音傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、圖像/聲音/控制器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、外部報(bào)警、控制接口、鏡頭等部分組成。其對(duì)系統(tǒng)供電要求非常高，特別是在模擬部分要求低噪聲。此時(shí)LDO就可以作為完美解決方案。

圖3 LDO安防監(jiān)控系統(tǒng)供電方案

圖3為系統(tǒng)電源管理部分的設(shè)計(jì)，內(nèi)置的DC/DC轉(zhuǎn)換器電路將12 V直流供電轉(zhuǎn)換成5.0V后，需要多路LDO提供不同電壓的輸出，給系統(tǒng)的數(shù)字電源、模擬電源、主芯片的內(nèi)核以及IO供電。選用維安LDO為系統(tǒng)供電，可在確保高可靠性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)攝像頭模塊低EMI和高效率的電源電路。

#維安低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)

選型關(guān)鍵參數(shù)及主要產(chǎn)品系列

低壓差線性穩(wěn)壓器的主要性能參數(shù)有漏失電壓、瞬態(tài)響應(yīng)、輸出精度、PSRR & Noise等。在CMOS Image Sensor 及安防監(jiān)控系統(tǒng)供電時(shí)，對(duì)LDO比較敏感的參數(shù)主要是PSRR和Noise。LDO的噪聲主要有兩部分構(gòu)成，一部分來自輸入端前級(jí)電路，另一部分則來自LDO自身。前者可通過提高PSRR來抑制外部的噪聲干擾。后者就需要通過優(yōu)化LDO的設(shè)計(jì)或者引入前饋電容來優(yōu)化輸出Noise。

圖4 噪聲頻譜圖

在安防監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中如果帶有音頻信號(hào)的處理應(yīng)用，那么就需要LDO給麥克風(fēng)提供偏置電壓。由于麥克風(fēng)微弱的信號(hào)在系統(tǒng)中會(huì)經(jīng)過放大和A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換，因此LDO在音頻范圍內(nèi)(20 Hz～20 kHz)的Noise的差異會(huì)對(duì)編解碼后的數(shù)字音頻輸出產(chǎn)生較大的影響。

圖5 PSRR @ 10 Hz to 10 MHz

CMOS Image Sensor的動(dòng)態(tài)負(fù)載范圍主要在10kHz到1MHz之間。因此，在較高頻率下，高PSRR可改善圖像質(zhì)量。另外PSRR由LDO有源控制;而在高于100 kHz的頻率范圍，PSRR更多的受到系統(tǒng)中無源器件(電容器、負(fù)載電流、PCB布板)的影響。

在系統(tǒng)電路中, 提高紋波抑制能力需要注意以下幾點(diǎn)：

1、LDO的選擇。根據(jù)CMOS Image Sensor對(duì)電源PSRR的要求來選擇適合的LDO。

2、選擇合適的電容器。對(duì)于某些陶瓷電容器，實(shí)際電容值隨直流偏壓和應(yīng)用的工作溫度范圍而變化，因此增加更多的電容并不一定會(huì)改善性能。

3、盡可能留夠壓降的余量。LDO工作在接近Dropout模式時(shí)沒有充分的空間來抑制輸入紋波信號(hào)，會(huì)降低PSRR。

4、優(yōu)化PCB線路。保證布板的合理性及接地環(huán)路設(shè)計(jì)盡可能小，以減少外部紋波的串?dāng)_。

維安LDO主要產(chǎn)品系列

審核編輯：湯梓紅