为车用影像传感器供电，高效小规格电源方案

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方案设计目标

影像传感器的尺寸非常重要，因为它必须纳入25 毫米的立方体中，这就对整体效率和良好的散热管理提出了很高要求。尽管LDO 具有低噪声输出，但其功耗高，会对影像传感器加热，造成不良影响，因此在25 毫米的立方体中工作并不理想。

开关电源解决方案的功耗要低得多，但本质上具有更高的输出纹波和噪声。在实施开关电源解决方案时，需要额外注意影像传感器对其模拟输入电源轨道的噪声（纹波）敏感度。

方案设计过程

为设计出能够为影像传感器高效供电的电源系统，有必要知道传感器敏感度等级和开关电源的纹波输出，以便采取相应设计步骤将传感器电源轨上的纹波降至退化阀值以下。

影像传感器的噪声阀值测量

图1 中的简单电路是用来限定每个传感器电源轨道的噪声阀值。

通过在手提电脑上运行的Aptina Devware 开发软件观察影像质量，我们看到发生器频率从50kHz提高到了5MHz。就敏感轨道而言，信号大小会不断减弱，直到不再出现视觉假象为止。

部件选择考量

由于整体电源需求非常低（数字内核／输入输出为0.28W，模拟部分为0.42W），我们必须选择额定输入工作电压为13.5V、可在低输出电流下高效率运作的电源转换IC。基于这些因素，我们应选择恒定的时间 （COT） 架构。COT 架构适用于那些在轻负载下高效运作，以及只需极小的外部电流容量便可获得良好的负载瞬态响应的应用。在轻负载下实现高效率会带来更多的输出纹波，这与脉冲频率调制 （PFM） 模式方案类似。COT 架构可在两方面提供帮助：效率／散热管理和解决方案规模。

选择可承受汽车应用中负载突降电压（一般是40V）的部件具有极大的优势，可帮助最大限度地减少或消除输入保护电路。

电源架构

由于该传感器旨在满足汽车环境的使用需求，我们自然应该选择LM34919C作为实例。该器件具有4.5V-50V 的输入电压范围，是汽车电池供电应用的理想选择。

LM34919前端不仅支持直接通过12V 的汽车电池为AR0132 提供2.8V 电压，而且还可为LM3671 1.8V 稳压器提供输入。

图2 展示了设计实例的整体电源架构。


满足影像传感器的噪声阀值要求

LM34919C的恒定时间架构在 FB 引脚上需要最低 25mVP-P 的纹波才能保持所需的稳定性。该 LM34919 的设计要求与降低影像传感器敏感电轨的纹波电压这一设计意图恰好相反。


为了在保持可靠稳定性的同时最大限度降低输出纹波，我们使用了图3 中的纹波抑制电路。该电路不仅可向FB 引脚提供足够的纹波，同时还可将输出端的纹波降低至10mVP-P 以下。

为进一步防止纹波产生影像假象，可使用RC 滤波器保护敏感电轨。除了提供适当的纹波衰减之外，RC滤波器主要是为实现最低功耗而设计的。尽管测试过程中只有VAA 和VAA_PIX 电轨显示出敏感特性，但也可对VDD_PLL 电轨（图4）进行过滤，以防万一。


所有三个电源在2MHz 附近实现了40db 的目标衰减（图5）。从而将影像传感器的纹波降至100μV，这比观察到的任何传感器噪声阀值都要低40db。


为符合PLL 电源优先的AR0132AT 电源排序需求，VDD_PLL电源采用了两极过滤器。

在每个实例中，每个电源最后的滤波电容器都可随影像传感器的输入旁路增大一倍。


为方便测试，电源系统实施了子卡设置，可插在AR0132 演示前板（最初为所有导轨电压使用了LDO）上的排针孔上。其中，未使用的线性稳压器和其它组件被移除。该组合主要用来展示影像质量以及替代电源系统的性能。