安森美低功耗Hyperlux图像传感器产品选型指南

《工业图像传感器供电方案教程》围绕稳压型降压电源、低压差稳压器（LDO）、HyperluxCMOS图像传感器等展开讲解。我们已经介绍过——

稳压型降压电源的关键组成部分、降压转换器的工作原理、连续导通与断续导通等

低压差稳压器 (LDO) 的工作原理等

计算热耗散

降压转换器与LDO的优劣对比等

电源树设计

本文将继续介绍电源树的作用、电源树的特性要求、考虑噪声影响等。

Hyperlux CMOS图像传感器

Hyperlux以工业和汽车图像传感领域的安全性与可靠性为核心理念。 安森美的Hyperlux图像传感器能够提供高达150 dB的卓越动态范围。 这些传感器专为在极宽的极端温度范围内保持稳定的性能而设计， 同时具备超低功耗特性。 正因如此， 在构建电源树等设计过程中， 您可以确保工业和汽车图像传感器拥有超长的产品寿命， 并在整个使用周期内保持可靠的性能表现。

上表列出了目前适用于工业应用的安森美低功耗Hyperlux图像传感器产品。

Hyperlux 功耗参数表

在这份针对 Hyperlux 工业图像传感器的功耗参数表中， 蓝色、 红色和绿色分别列出了三个主要电源轨（VDDIO、 VDD 和 VAA） 的最小值、 典型值和最大推荐电压。 紫色列给出了各电源轨在典型工作条件下的电流值（单位： 毫安）， 这些数据用于计算白色列中的典型总功耗。

黄色列则给出了各电源轨的绝对最大电流值（注意： 这不同于推荐工作最大值， 而是更高的极限值） 。 这些黄色电流值基于 60℃ 环境温度， 并假设图像传感器设置为最高功耗模式。 该数据用于计算最右侧列中的最差情况总功耗（Worst-Case Total Power） 。 在构建电源树时， 应参考这些最差情况电流值。

利用数据手册构建正确的电源树

构建电源树的原理如下： 您工业应用中考虑采用的图像传感器由最右侧的大方框表示， 该框被划分为所需的电源轨。 对于支持上电/断电时序的电源方案， 您选择的传感器可能受电源轨上电顺序（编号圆圈标示） 和断电顺序（编号方框标示） 的影响。

在电源稳压器的选择中，最为关键的一环在于第一级支路，即 DCDC #1 。该支路将为第二级支路的所有元器件以及MCU微控制器提供降压。除非第一级降压已能满足某条电源轨（通常为VAA）的电压需求，否则第二级可能需要配置两到三个稳压器来满足各传感器电源轨的最终降压。

若选择降压转换器作为DCDC #1， 可考虑将通往DCDC #2的电源轨与通往LDO的DCDC #3、 DCDC #4电源轨分开。对于每条电源轨连接， 需计算支路中下一级器件所需的典型电压值、 正负电压精度范围， 以及该器件可承受的最大电流。 这一过程初接触时可能稍显复杂， 因此我们在电源树架构图中用（max） 标注了各节点的电流参数。

对于每一组电源树架构， 均配有候选电源稳压器对照表， 包括降压转换器和LDO两类方案。 这些器件均满足以下条件：

在60℃环境温度下， 基于 RθJA计算得出的芯片结温 TJ（以红色加粗标注）不超过器件最大漏源温度的85%， 通常更低。

器件所需的输入电压 VIN严格位于其标称输入电压范围内， 即使考虑为其供电的输出电压 VOUT的精度波动， 也是如此。

器件的输出电压 VOUT与后级负载的输入电压 VIN保持一致。

器件的最大输出电流 IOUT足以满足或超过后级负载的输入电流要求 IIN。

引入数据手册中的特性参数

求解热特性

Hyperlux SG ARX383 选择#1

选择 NCP163 作为 DCDC #1（输出2.8V） ， 来驱动VAA输入电源轨及中间电源轨。 此前曾考虑在该位置使用NCP114， 但在60°C环境温度下，其结温升至84.17°C， 当以85°C作为最大工作温度时， 已无任何安全裕量。右侧表格显示了小批量采购的物料清单（BOM） 成本（大批量采购可享受更高折扣） 。

Hyperlux SG ARX383 选择#2

Hyperlux SG AR0145

Hyperlux SG AR0235

Hyperlux LP AR2020

Hyperlux LP AR0830

Hyperlux LP AR0544

Hyperlux LH

Hyperlux LH AR0246

Hyperlux ID AF0130 选择#1

Hyperlux ID AF0130 选择#2

Hyperlux AR0341

Hyperlux AR0823

AP1302 图像传感器协处理器

安森美AP1302高级图像协处理器是工业成像应用的核心器件。 这款高性能、超低功耗的实时数字图像与视频流处理器， 具备先进的数字静态图像和数字视频摄像功能。 它支持高达 1300 万像素（13 MP） 分辨率、 30 帧/秒（fps） 的图像处理， 以及 720p 分辨率下最高达 240 fps 的高速视频处理能力。 该处理器可完整实现高速视频处理所需的各项关键功能， 包括JPEG压缩、 高清视频流采集和预览生成功能。

AP1302的图像处理与增强引擎的核心功能包括： 图像预处理、 色彩处理及像素处理引擎、 统计数据采集引擎及JPEG编码引擎。 其高级特性处理器集成了32位中央处理器、 程序存储器及数据存储器。 作为芯片数据系统的组成部分， 该高级特性处理器可直接对像素数据进行处理和运算。 其处理器子系统包含另一颗32位处理器， 专门用于成像传感器控制、 外部对焦与变焦执行器控制， 以及所有片上实时控制功能， 该子系统通过一组基础寄存器构成的应用编程接口（API）， 与主控主机进行通信。

用于本地图像处理的像素数据传输

为实现远程图像处理应用， 可能需要采用一种全新的电源配置方案——以安森美NCV92310 电源管理芯片（PMIC） 全面取代原有的电源树。 该PMIC 提供了高度灵活的可编程能力： 其内部 DCDC2 与 DCDC3 模块（如下图红色部分所示） 均支持 0.6 V 至 2.175 V 范围内的电压调节， 步进精度为 25 mV； LDO1 稳压器则可在 2.6 V 至 3.3 V 范围内以 100 mV 步进进行编程， 非常适合为 VAA 电源轨供电。

NCV92310 专为 Hyperlux 系列图像传感器设计， 兼容除 AF0130 外的所有型号， 能够为 DC/DC 电源转换电路和串行器提供全部所需电源。此外， 该芯片还支持可编程的同轴电缆供电（Power-over-Coaxial,PoC）， 输出电压范围为 2.8 V 至 5.0 V， 调节步进为 100 mV。

在此应用架构中， 电源树本地末端连接的是串行器， 其输入电源为VDD和 VDD18。 串行器通过同轴电缆与解串器相连， 构成标准的SerDes（串行器/解串器） 链路， 用于高速图像数据传输。

优化电源设计，提升工业成像性能

如今， 图像传感器的应用已远超以往， 广泛赋能于智能制造车间、 工业作业环境、 安防监控系统以及汽车辅助驾驶等领域。 这些应用场景在多功能性、多样性和复杂性上的共性， 正对产品设计提出前所未有的挑战。 即便是安装在机械臂末端或传送带旁的图像传感器， 也早已不再局限于单一功能——不同功能模块往往对应着截然不同的电源需求。

因此， 为图像传感器提供稳定电流与电压的电源系统， 必须具备与传感器本身同样出色的适应能力， 能够灵活应对快速变化的供电条件。 尽管电能看似无处不在， 但在可持续发展日益重要的今天， 我们更应将其视为一种宝贵资源。 在现代CMOS图像传感器的供电架构中， 在关键位置选用合适的半导体稳压器件， 不仅能高效地将电压精准降至所需水平， 还能实现对电能的精细管理与优化利用。

对于工业和汽车等严苛应用场景而言， 优化图像传感器的电源树架构， 其重要性丝毫不亚于提升传感器本身的感光性能。