《工業(yè)圖像傳感器供電方案教程》圍繞穩(wěn)壓型降壓電源、低壓差穩(wěn)壓器（LDO）、HyperluxCMOS圖像傳感器等展開講解。我們已經(jīng)介紹過——

穩(wěn)壓型降壓電源的關(guān)鍵組成部分、降壓轉(zhuǎn)換器的工作原理、連續(xù)導(dǎo)通與斷續(xù)導(dǎo)通等

低壓差穩(wěn)壓器 (LDO) 的工作原理等

計算熱耗散

降壓轉(zhuǎn)換器與LDO的優(yōu)劣對比等

電源樹設(shè)計

本文將繼續(xù)介紹電源樹的作用、電源樹的特性要求、考慮噪聲影響等。

Hyperlux CMOS圖像傳感器

Hyperlux以工業(yè)和汽車圖像傳感領(lǐng)域的安全性與可靠性為核心理念。 安森美的Hyperlux圖像傳感器能夠提供高達150 dB的卓越動態(tài)范圍。 這些傳感器專為在極寬的極端溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的性能而設(shè)計， 同時具備超低功耗特性。 正因如此， 在構(gòu)建電源樹等設(shè)計過程中， 您可以確保工業(yè)和汽車圖像傳感器擁有超長的產(chǎn)品壽命， 并在整個使用周期內(nèi)保持可靠的性能表現(xiàn)。

上表列出了目前適用于工業(yè)應(yīng)用的安森美低功耗Hyperlux圖像傳感器產(chǎn)品。

Hyperlux 功耗參數(shù)表

在這份針對 Hyperlux 工業(yè)圖像傳感器的功耗參數(shù)表中， 藍色、 紅色和綠色分別列出了三個主要電源軌（VDDIO、 VDD 和 VAA） 的最小值、 典型值和最大推薦電壓。 紫色列給出了各電源軌在典型工作條件下的電流值（單位： 毫安）， 這些數(shù)據(jù)用于計算白色列中的典型總功耗。

黃色列則給出了各電源軌的絕對最大電流值（注意： 這不同于推薦工作最大值， 而是更高的極限值） 。 這些黃色電流值基于 60℃ 環(huán)境溫度， 并假設(shè)圖像傳感器設(shè)置為最高功耗模式。 該數(shù)據(jù)用于計算最右側(cè)列中的最差情況總功耗（Worst-Case Total Power） 。 在構(gòu)建電源樹時， 應(yīng)參考這些最差情況電流值。

利用數(shù)據(jù)手冊構(gòu)建正確的電源樹

構(gòu)建電源樹的原理如下： 您工業(yè)應(yīng)用中考慮采用的圖像傳感器由最右側(cè)的大方框表示， 該框被劃分為所需的電源軌。 對于支持上電/斷電時序的電源方案， 您選擇的傳感器可能受電源軌上電順序（編號圓圈標示） 和斷電順序（編號方框標示） 的影響。

在電源穩(wěn)壓器的選擇中，最為關(guān)鍵的一環(huán)在于第一級支路，即 DCDC #1 。該支路將為第二級支路的所有元器件以及MCU微控制器提供降壓。除非第一級降壓已能滿足某條電源軌（通常為VAA）的電壓需求，否則第二級可能需要配置兩到三個穩(wěn)壓器來滿足各傳感器電源軌的最終降壓。

若選擇降壓轉(zhuǎn)換器作為DCDC #1， 可考慮將通往DCDC #2的電源軌與通往LDO的DCDC #3、 DCDC #4電源軌分開。對于每條電源軌連接， 需計算支路中下一級器件所需的典型電壓值、 正負電壓精度范圍， 以及該器件可承受的最大電流。 這一過程初接觸時可能稍顯復(fù)雜， 因此我們在電源樹架構(gòu)圖中用（max） 標注了各節(jié)點的電流參數(shù)。

對于每一組電源樹架構(gòu)， 均配有候選電源穩(wěn)壓器對照表， 包括降壓轉(zhuǎn)換器和LDO兩類方案。 這些器件均滿足以下條件：

在60℃環(huán)境溫度下， 基于 RθJA計算得出的芯片結(jié)溫 TJ（以紅色加粗標注）不超過器件最大漏源溫度的85%， 通常更低。

器件所需的輸入電壓 VIN嚴格位于其標稱輸入電壓范圍內(nèi)， 即使考慮為其供電的輸出電壓 VOUT的精度波動， 也是如此。

器件的輸出電壓 VOUT與后級負載的輸入電壓 VIN保持一致。

器件的最大輸出電流 IOUT足以滿足或超過后級負載的輸入電流要求 IIN。

引入數(shù)據(jù)手冊中的特性參數(shù)

求解熱特性

Hyperlux SG ARX383 選擇#1

選擇 NCP163 作為 DCDC #1（輸出2.8V） ， 來驅(qū)動VAA輸入電源軌及中間電源軌。 此前曾考慮在該位置使用NCP114， 但在60°C環(huán)境溫度下，其結(jié)溫升至84.17°C， 當以85°C作為最大工作溫度時， 已無任何安全裕量。右側(cè)表格顯示了小批量采購的物料清單（BOM） 成本（大批量采購可享受更高折扣） 。

Hyperlux SG ARX383 選擇#2

Hyperlux SG AR0145

Hyperlux SG AR0235

Hyperlux LP AR2020

Hyperlux LP AR0830

Hyperlux LP AR0544

Hyperlux LH

Hyperlux LH AR0246

Hyperlux ID AF0130 選擇#1

Hyperlux ID AF0130 選擇#2

Hyperlux AR0341

Hyperlux AR0823

AP1302 圖像傳感器協(xié)處理器

安森美AP1302高級圖像協(xié)處理器是工業(yè)成像應(yīng)用的核心器件。 這款高性能、超低功耗的實時數(shù)字圖像與視頻流處理器， 具備先進的數(shù)字靜態(tài)圖像和數(shù)字視頻攝像功能。 它支持高達 1300 萬像素（13 MP） 分辨率、 30 幀/秒（fps） 的圖像處理， 以及 720p 分辨率下最高達 240 fps 的高速視頻處理能力。 該處理器可完整實現(xiàn)高速視頻處理所需的各項關(guān)鍵功能， 包括JPEG壓縮、 高清視頻流采集和預(yù)覽生成功能。

AP1302的圖像處理與增強引擎的核心功能包括： 圖像預(yù)處理、 色彩處理及像素處理引擎、 統(tǒng)計數(shù)據(jù)采集引擎及JPEG編碼引擎。 其高級特性處理器集成了32位中央處理器、 程序存儲器及數(shù)據(jù)存儲器。 作為芯片數(shù)據(jù)系統(tǒng)的組成部分， 該高級特性處理器可直接對像素數(shù)據(jù)進行處理和運算。 其處理器子系統(tǒng)包含另一顆32位處理器， 專門用于成像傳感器控制、 外部對焦與變焦執(zhí)行器控制， 以及所有片上實時控制功能， 該子系統(tǒng)通過一組基礎(chǔ)寄存器構(gòu)成的應(yīng)用編程接口（API）， 與主控主機進行通信。

用于本地圖像處理的像素數(shù)據(jù)傳輸

為實現(xiàn)遠程圖像處理應(yīng)用， 可能需要采用一種全新的電源配置方案——以安森美NCV92310 電源管理芯片（PMIC） 全面取代原有的電源樹。 該PMIC 提供了高度靈活的可編程能力： 其內(nèi)部 DCDC2 與 DCDC3 模塊（如下圖紅色部分所示） 均支持 0.6 V 至 2.175 V 范圍內(nèi)的電壓調(diào)節(jié)， 步進精度為 25 mV； LDO1 穩(wěn)壓器則可在 2.6 V 至 3.3 V 范圍內(nèi)以 100 mV 步進進行編程， 非常適合為 VAA 電源軌供電。

NCV92310 專為 Hyperlux 系列圖像傳感器設(shè)計， 兼容除 AF0130 外的所有型號， 能夠為 DC/DC 電源轉(zhuǎn)換電路和串行器提供全部所需電源。此外， 該芯片還支持可編程的同軸電纜供電（Power-over-Coaxial,PoC）， 輸出電壓范圍為 2.8 V 至 5.0 V， 調(diào)節(jié)步進為 100 mV。

在此應(yīng)用架構(gòu)中， 電源樹本地末端連接的是串行器， 其輸入電源為VDD和 VDD18。 串行器通過同軸電纜與解串器相連， 構(gòu)成標準的SerDes（串行器/解串器） 鏈路， 用于高速圖像數(shù)據(jù)傳輸。

優(yōu)化電源設(shè)計，提升工業(yè)成像性能

如今， 圖像傳感器的應(yīng)用已遠超以往， 廣泛賦能于智能制造車間、 工業(yè)作業(yè)環(huán)境、 安防監(jiān)控系統(tǒng)以及汽車輔助駕駛等領(lǐng)域。 這些應(yīng)用場景在多功能性、多樣性和復(fù)雜性上的共性， 正對產(chǎn)品設(shè)計提出前所未有的挑戰(zhàn)。 即便是安裝在機械臂末端或傳送帶旁的圖像傳感器， 也早已不再局限于單一功能——不同功能模塊往往對應(yīng)著截然不同的電源需求。

因此， 為圖像傳感器提供穩(wěn)定電流與電壓的電源系統(tǒng)， 必須具備與傳感器本身同樣出色的適應(yīng)能力， 能夠靈活應(yīng)對快速變化的供電條件。 盡管電能看似無處不在， 但在可持續(xù)發(fā)展日益重要的今天， 我們更應(yīng)將其視為一種寶貴資源。 在現(xiàn)代CMOS圖像傳感器的供電架構(gòu)中， 在關(guān)鍵位置選用合適的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件， 不僅能高效地將電壓精準降至所需水平， 還能實現(xiàn)對電能的精細管理與優(yōu)化利用。

對于工業(yè)和汽車等嚴苛應(yīng)用場景而言， 優(yōu)化圖像傳感器的電源樹架構(gòu)， 其重要性絲毫不亞于提升傳感器本身的感光性能。