為汽車攝像機(jī)應(yīng)用中的數(shù)字影像傳感器供電涉及各種不同的設(shè)計要素。在下雨、積雪、霧天以及其他困難的駕駛環(huán)境下，高水準(zhǔn)的影像質(zhì)量是十分必要的。汽車駕駛員在倒車時對該技術(shù)的依賴程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于肉眼檢查。如果模擬電源軌道的低噪聲需求、效率和尺寸等主要設(shè)計要素不能得到優(yōu)化，那么在良好天氣條件下運(yùn)作良好的解決方案未必能適用于惡劣的天氣條件

設(shè)計要素

為汽車攝像機(jī)應(yīng)用中的數(shù)字影像傳感器供電涉及各種不同的設(shè)計要素。影像質(zhì)量是衡量此類應(yīng)用是否能盈利的重要指標(biāo)。在下雨、積雪、霧天以及其他困難的駕駛環(huán)境下，高水準(zhǔn)的影像質(zhì)量是十分必要的。汽車駕駛員在倒車時對該技術(shù)的依賴程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于肉眼檢查。如果模擬電源軌道的低噪聲需求、效率和尺寸等主要設(shè)計要素不能得到優(yōu)化，那么在良好天氣條件下運(yùn)作良好的解決方案未必能適用于惡劣的天氣條件。

高級駕駛員輔助系統(tǒng)

例如，AptinaAR0132 是一款普及的傳感器，擁有120萬像素和和 720p60 分辨率，支持高動態(tài)范圍成像，適用于汽車高級駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 及周圍視圖/停車輔助攝像應(yīng)用。其中內(nèi)核 (VDD) 及I/O 部分 (VDD_IO) 需要 1.8V 電壓，模擬部分(VAA、VAA_PIX 和 VDD_PLL)需要 2.8V 電壓。很顯然，該芯片的模擬部分更容易受其電源線噪聲的影響。很多設(shè)計方案都使用了低壓差穩(wěn)壓器 (LDO) 將所有電源從5V的輸入軌道加以降頻轉(zhuǎn)換。

設(shè)計目標(biāo)

整體目標(biāo)是為AR0132AT 影像傳感器提供一種實(shí)用的電源系統(tǒng)實(shí)施方案，使其成功集成至汽車應(yīng)用及封裝中。雖然其它傳感器與系統(tǒng)的詳細(xì)情況可能有所不同，但本文所討論的原理具有普遍的適用性。

影像傳感器的尺寸非常重要，因為它必須納入25 毫米的立方體中，這就對整體效率和良好的散熱管理提出了很高要求。盡管LDO 具有低噪聲輸出，但其功耗高，會對影像傳感器加熱，造成不良影響，因此在25 毫米的立方體中工作并不理想。

開關(guān)電源解決方案的功耗要低得多，但本質(zhì)上具有更高的輸出紋波和噪聲。在實(shí)施開關(guān)電源解決方案時，需要額外注意影像傳感器對其模擬輸入電源軌道的噪聲(紋波)敏感度。

設(shè)計過程

為設(shè)計出能夠為影像傳感器高效供電的電源系統(tǒng)，有必要知道傳感器敏感度等級和開關(guān)電源的紋波輸出，以便采取相應(yīng)設(shè)計步驟將傳感器電源軌上的紋波降至退化閥值以下。

影像傳感器的噪聲閥值測量

圖1 中的簡單電路是用來限定每個傳感器電源軌道的噪聲閥值。

圖 1 噪聲閥值測試電路

通過在手提電腦上運(yùn)行的Aptina Devware 開發(fā)軟件觀察影像質(zhì)量，我們看到發(fā)生器頻率從50kHz提高到了5MHz。就敏感軌道而言，信號大小會不斷減弱，直到不再出現(xiàn)視覺假象為止。

部件選擇考量

由于整體電源需求非常低(數(shù)字內(nèi)核/輸入輸出為0.28W，模擬部分為0.42W)，我們必須選擇額定輸入工作電壓為13.5V、可在低輸出電流下高效率運(yùn)作的電源轉(zhuǎn)換IC?；谶@些因素，我們應(yīng)選擇恒定的時間 (COT) 架構(gòu)。COT 架構(gòu)適用于那些在輕負(fù)載下高效運(yùn)作，以及只需極小的外部電流容量便可獲得良好的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)的應(yīng)用。在輕負(fù)載下實(shí)現(xiàn)高效率會帶來更多的輸出紋波，這與脈沖頻率調(diào)制 (PFM) 模式方案類似。COT 架構(gòu)可在兩方面提供幫助：效率/散熱管理和解決方案規(guī)模。

選擇可承受汽車應(yīng)用中負(fù)載突降電壓(一般是40V)的部件具有極大的優(yōu)勢，可幫助最大限度地減少或消除輸入保護(hù)電路。

電源架構(gòu)

由于該傳感器旨在滿足汽車環(huán)境的使用需求，我們自然應(yīng)該選擇LM34919C作為實(shí)例。該器件具有4.5V-50V 的輸入電壓范圍，是汽車電池供電應(yīng)用的理想選擇。

LM34919前端不僅支持直接通過12V 的汽車電池為AR0132 提供2.8V 電壓，而且還可為LM3671 1.8V 穩(wěn)壓器提供輸入。

圖2 展示了設(shè)計實(shí)例的整體電源架構(gòu)。

圖 2 整體電源架構(gòu)

滿足影像傳感器的噪聲閥值要求

LM34919C的恒定時間架構(gòu)在 FB 引腳上需要最低 25mVP-P 的紋波才能保持所需的穩(wěn)定性。該 LM34919 的設(shè)計要求與降低影像傳感器敏感電軌的紋波電壓這一設(shè)計意圖恰好相反。

圖 3 最低輸出紋波電路

為了在保持可靠穩(wěn)定性的同時最大限度降低輸出紋波，我們使用了圖3 中的紋波抑制電路。該電路不僅可向FB 引腳提供足夠的紋波，同時還可將輸出端的紋波降低至10mVP-P 以下。

為進(jìn)一步防止紋波產(chǎn)生影像假象，可使用RC 濾波器保護(hù)敏感電軌。除了提供適當(dāng)?shù)募y波衰減之外，RC濾波器主要是為實(shí)現(xiàn)最低功耗而設(shè)計的。盡管測試過程中只有VAA 和VAA_PIX 電軌顯示出敏感特性，但也可對VDD_PLL 電軌(圖4)進(jìn)行過濾，以防萬一。

圖 4 RC 紋波濾波器

所有三個電源在2MHz 附近實(shí)現(xiàn)了40db 的目標(biāo)衰減(圖5)。從而將影像傳感器的紋波降至100μV，這比觀察到的任何傳感器噪聲閥值都要低40db。

圖 5 RC 濾波器頻率與瞬態(tài)響應(yīng)仿真

為符合PLL 電源優(yōu)先的AR0132AT 電源排序需求，VDD_PLL電源采用了兩極過濾器。

在每個實(shí)例中，每個電源最后的濾波電容器都可隨影像傳感器的輸入旁路增大一倍。

圖 6 最終的電源系統(tǒng)方框圖

為方便測試，電源系統(tǒng)實(shí)施了子卡設(shè)置，可插在AR0132 演示前板(最初為所有導(dǎo)軌電壓使用了LDO)上的排針孔上。其中，未使用的線性穩(wěn)壓器和其它組件被移除。該組合主要用來展示影像質(zhì)量以及替代電源系統(tǒng)的性能。