高性能圖像傳感器的供電
發布時間：2022-10-09 來源：安森美 責任編輯：wenwei
【導讀】典型的 CMOS 成像係統包含有源像素顏色陣列、模擬信號處理電路、模數轉換器和用於控製接口、shixuheshujuduqudeshuzibufen。zhenliedetianchongyinshushiganguangbufenxiangduiyuchuanganqizongchicundebaifenbi。guangdiantanceqishiyizhongguangminchuanganqi，yongyubuhuokejianguangzibingjiangqizhuanhuanweidianliu（毫微微安級）。分辨率用於量化 CMOS 圖像傳感器中的總像素陣列數，例如，200 萬像素傳感器陣列是 1600 列和 1200 行。但是，陣列中的像素並非都是有源的（可用於光檢測），其中有些（在光學上是黑色的）像素用於黑電平和噪聲校正。
CMOS 圖像傳感器的電源布局會顯著影響分辨率、幀率等性能。本文討論針對此應用設計電源方案時的重要考量。
CMOS 圖像傳感器的內部結構
典型的 CMOS 成像係統包含有源像素顏色陣列、模擬信號處理電路、模數轉換器和用於控製接口、shixuheshujuduqudeshuzibufen。zhenliedetianchongyinshushiganguangbufenxiangduiyuchuanganqizongchicundebaifenbi。guangdiantanceqishiyizhongguangminchuanganqi，yongyubuhuokejianguangzibingjiangqizhuanhuanweidianliu（毫微微安級）。分辨率用於量化 CMOS 圖像傳感器中的總像素陣列數，例如，200 萬像素傳感器陣列是 1600 列和 1200 行。但是，陣列中的像素並非都是有源的（可用於光檢測），其中有些（在光學上是黑色的）像素用於黑電平和噪聲校正。
圖 1：典型的 CMOS 圖像傳感器模塊
現有多種不同的像素晶體管設計，包括三晶體管 (3T)、四晶體管 (4T) 和五晶體管 (5T) 版本。在 4T 布局中，光電二極管將接收到的可見光子轉換為電荷。每個電壓一次讀取一行並放入柱狀電容器 (C) 中。然後使用解碼器和多路複用器進行讀取。
圖 2：四晶體管像素設計
幀率用於量化圖像處理陣列捕捉完整圖像的速度，一般為 30-120 fps。幀率受快門速度影響，後者控製圖像傳感器收集光線的時間。可編程時間間隔，也稱為“暗期”，在讀取最後一行之後執行其他任務時，此間隔也會影響幀率，約為讀取速率的 75%。幀是按順序逐行讀取的；最後，緩衝器將整個幀存儲為完整圖像。
電源設計考量
CMOS 圖像傳感器一般使用三個不同的供電軌，分別是模擬供電軌 (2.8 V AVDD)、接口供電軌（1.8 或 2.8 V DOVDD）和數字供電軌（1.2 或 1.8 V DVDD）。低壓降 (LDO) 穩壓器的輸入引腳上有一個大旁路電容，可以穩定電源，幫助減少電壓波動，從而改善圖像傳感器的噪聲性能。電源抑製比 (PSRR) 衡量 LDO 抑製電源紋波引起的輸入電壓變化，或者阻斷由其他開關穩壓器導致的噪聲的能力。具有低 PSRR 的 LDO 可能導致捕獲的圖像中出現不必要的水平紋波。在針對此應用設計具有足夠高 PSRR 的 LDO 之前，可計算給定幀率所需的傳感器行頻。
圖 3：正在進行穩壓的 LDO
LDO 內部的反饋環路基本決定了工作頻率低於 100 kHz 的係統的 PSRR。對於更高頻率（高於 100 kHz）應用，仍取決於無源組件和 PCB 布局。因此，謹慎的 PCB 設計可以實現緊湊的電流環路，並降低寄生電感。普通 LDO 在高頻率下 PSRR 較低。雖然這對標準攝像頭來說不是問題，但更高分辨率 (50−200 MP) 和高幀率的圖像傳感器要求 LDO 在更低頻率（最高 10 kHz）下的 PSRR 高於 90 dB，在更高頻率 (1−3 MHz) 下高於 45 dB。
設計技巧
幀率 (30−120 fps) 和行速率 (22−44 kHz) 會產生動態負載，在模擬供電軌上引起下衝和過衝。在每次幀或行轉換時，獲取的電流類似於階躍負載，意味著在每次讀取幀和行（或之間）時，LDO 必須能夠處理數百毫安級的負載變化。大容量電容（在行和幀頻率下具有低阻抗）可以幫助攝像頭去耦，以減少這種負載切換引起的紋波。
圖像傳感器的每個像素都有電荷飽和水平（或最大阱容），這是在達到飽和之前像素能留存的電荷量（以電子為單位）。圖像傳感器的動態範圍（以 dB 表示）是能同時捕獲的圖像最亮和最暗部分的比率。LDO 輸出端的低頻譜噪聲密度（在 10 Hz 至 1 Mhz 之間）也有助於減少傳輸至 CMOS 圖像傳感器的噪聲量，使像素實現更大的動態範圍。最後，總體紋波和噪聲應至少低於傳感器的噪聲閾值 40 dB，在數據手冊中通常表示為信噪比 (SNR)。
作者：安森美首席現場應用工程師Majid Dadafshar
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。
推薦閱讀：
- 噪聲中提取真值！瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行！氮矽科技發布集成驅動GaN芯片，助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%！力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電！聖邦微電子發布雙輸出電源芯片，簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端：金升陽推出1200W可編程電源，賦能高端裝備製造
- 築基AI4S：摩爾線程全功能GPU加速中國生命科學自主生態
- 一秒檢測，成本降至萬分之一，光引科技把幾十萬的台式光譜儀“搬”到了手腕上
- AI服務器電源機櫃Power Rack HVDC MW級測試方案
- 突破工藝邊界，奎芯科技LPDDR5X IP矽驗證通過，速率達9600Mbps
- 通過直接、準確、自動測量超低範圍的氯殘留來推動反滲透膜保護
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
