采用LDO实现简洁的电源以提高图像传感器质量

Tim Kaske 为当今的高性能图像传感器提供电源比以往更具挑战性。增加的像素大小和更新率给负责摄像机模块的工程师带来了供电方案的新挑战。设计图像传感器电源方案时要考虑三个关键因素。 PCB布板和电容选择 图像传感器是高动态的器件,需要稳压器、输出电容器和PCB布线/布局的优化的系统方案。采用相同器件的类似设计可提供截然不同的结果。(见图1)MARS参考设计展示了适当的PCB布板和器件的布局,以实现简洁的供电系统。
图1 – 不良的PCB布板和电容布局引起的Vdd上的电压纹波
图1 – 不良的PCB布板和电容布局引起的Vdd上的电压纹波
输出电容的选择必须考虑到低压降稳压器(LDO)的稳定性,在瞬态响应和启动间隔/过冲时保持充电。 电源抑制比(PSRR)影响 PSRR描述了稳压系统的直流输入电压信号如何传送到稳压输出。这在图像传感器应用中特别重要,因为注入到系统中的任何噪声使图像质量下降。我们可以看到在下面的图2中,低于100kHz的系统的PSRR通过选择适当的LDO控制。在100kHz以上,PSRR通过由选择适当的被动元件和PCB布板/布局控制。在这个例子中您可看到如NCP163 (NCV8163) 的 LDO的PSRR有多高,对达10kHz的提供高于 85 dB的响应,达1MHz的高于 45 dB。
图2 – PSRR系统响应和NCP163 LDO(高PSRR)的PSRR响应
图2 – PSRR系统响应和NCP163 LDO(高PSRR)的PSRR响应
下面的图3对传统的DC-DC转换器和高PSRR的 LDO进行了对比。由于采用了增加能效的拓扑结构,DC-DC在输出端具有固有的开关纹波。此纹波被转移到图像传感器,使得图像质量下降。为了获得高能效和维持一个高PSRR 的LDO的性能,产品也可用一种新的偏置轨架构,如NCP134(NCV8134)。这种偏置轨的配置能保持高PSRR性能,且提供了一个更高能效的方案。
图3 –  LDO和DC-DC转换器的图像质量和纹波对比
图3 – LDO和DC-DC转换器的图像质量和纹波对比
系统噪声 在LDO的输出端有两个主要的噪声源。一个是耦合到LDO输入的外部器件,这LDO是采用高PSRR的方案解决以上问题。第二个是由内部LDO电路产生的噪声。为了满足这一需求,新一代的LDO产品提供超低噪声性能和以外部电容器优化频谱密度的能力。NCP705(NCV8705)用于MARS参考设计以产生2.8 V电源供给图像传感器与协处理器的噪声敏感的轨道。
图4 -具有不同前馈电容值的输出电压噪声谱密度
图4 -具有不同前馈电容值的输出电压噪声谱密度
通过遵循几个简单的规则并利用MARS参考设计作为参考,设计一个简洁的电源方案应该相当简单。稍稍投入了解设计方法将使您的最终产品能够实现最佳的图像质量。