ZHCAAL9A August   2019  – July 2021 LM3880 , LMR36015 , TPS62840 , TPS65000 , TPS650330-Q1 , TPS7A87 , TPS7A90

 

  1.   商标
  2. 1简介
    1. 1.1 CMOS 图像传感器的电源要求及其电源设计挑战
  3. 2TI 解决方案
    1. 2.1 解决方案概述
    2. 2.2 分立式解决方案电路板设计
      1. 2.2.1 器件选择
      2. 2.2.2 注意事项
      3. 2.2.3 分立式解决方案 PCB 板描述
    3. 2.3 TPS65000 解决方案设计
      1. 2.3.1 器件选择
      2. 2.3.2 TPS65000 解决方案配置
    4. 2.4 TPS650330-Q1 解决方案设计
      1. 2.4.1 器件选择
      2. 2.4.2 TPS650330-Q1 解决方案配置
  4. 3测试结果
    1. 3.1 分立式解决方案电路板的测试结果
      1. 3.1.1 设置
      2. 3.1.2 测试结果
    2. 3.2 TPS65000 解决方案的测试结果
    3. 3.3 TPS650330-Q1 解决方案的测试结果
  5. 4分析
    1. 4.1 PYTHON 系列 CMOS 图像传感器的电源序列修改
    2. 4.2 更改中间电压对整个系统的效率的影响
    3. 4.3 采用 TPS62841 的分立式解决方案与 TPS65000 解决方案为 IMX25X/26X CMOS 图像传感器供电时的效率比较
  6. 5总结
  7. 6参考文献
  8. 7修订历史记录

器件选择

选择器件时,首先必须强调电源管理器件的规格可满足表 1-1 中所列 CMOS 图像传感器中每个电源轨的电源要求,其中包括:

  • 输入电压范围 (Vin)
  • 输出电压范围 (Vout)
  • 输出电流范围 (Iout)
  • 输出电容 (Cout)
  • 输出电压容差

Topic Link Label2.2.3 中介绍了设计分立式解决方案电路板的其他注意事项。此外,CMOS 图像传感器的数字电压轨对噪声不敏感,因此可考虑使用 LDO TPS7A90 和降压转换器 TPS6284X 来为数字电压轨供电。

a)LMR36015 4.2V 至 60V、1.5A 超小型同步降压转换器

LMR36015 稳压器是一款易于使用的同步降压直流/直流转换器。该器件具有集成式高侧和低侧功率 MOSFET,能够在 4.2V 至 60V 的宽输入电压范围内提供高达 1.5A 的输出电流。容差高达 66V。这种瞬态容差有助于减少防止过压所需的设计工作量,并满足 IEC 61000-4-5 的浪涌抗扰度要求。LMR36015 采用峰值电流模式控制机制来实现出色的效率和输出电压精度。利用 1MHz 稳压器中的 FPWM 功能,可改善负载瞬态性能。精密使能支持直接连接到宽输入电压或对器件启动和关断进行精确控制,因此带来了灵活性。附带内置滤波和延迟功能的电源正常状态标志可提供对系统状态的真实指示,且无需使用外部监控器。LMR36015 采用 HotRod™ 封装,实现了低噪声、高效率和最小的封装裸片比率。此器件需要极少的外部组件,并且具有可简化 PCB 布局的引脚排列方式。LMR36015 的小解决方案尺寸和功能集旨在简化对各种终端设备的部署,这些终端设备包括超小型现场发送器和视觉传感器等空间关键型应用。LMR36015 器件采用 2mm × 3mm 12 引脚 VQFN-HR (12) 封装。

LMR36015 器件具有多个版本,具体由开关频率以及是否存在强制 PWM (FPWM) 模式来定义。分立式解决方案中将 LMR36015FB 版本与可增加 1MHz 开关频率的 FPWM 模式搭配使用。

b) LDO 选择

这里使用了两个 LDO 来为模拟电压轨以及 PIXEL 或 IO 接口电压轨这些对噪声敏感的电压轨供电。在为对噪声敏感的电压轨供电时,以下 LDO 规格变得更为重要。

  • 在整个温度范围内保持低噪声。
  • 高 PSRR(电源抑制比),即使在低余量电压 (VIN-VOUT) 条件下。
  • 高精度。
  • 有源输出放电。
  • 与大输出电容器一起工作时保持稳定。
  • 可调启动浪涌控制。

TPS7A87 双路 500mA 低噪声 (3.8μVRMS) LDO 稳压器和 TPS7A90 单路 500mA 高精度、低噪声、低压降 (LDO) 稳压器

TPS7A87 和 TPS7A90 都是低噪声(TPS7A87 为 3.8μVRMS,而 TPS7A90 为 4.7μVRMS)、低压降 (LDO) 稳压器,能够通过仅 100mV 的最大压降来提供 500mA 电流。TPS7A87 的每个输出均可通过外部电阻在 0.8V 至 5.2V 的范围内进行调节,而 TPS7A90 的输出可通过外部电阻在 0.8V 至 5.7V 的范围内进行调节。TPS7A87 和 TPS7A90 的宽输入电压范围支持其在低至 1.4V 和高达 6.5V 的电压下工作。这两款 LDO 的输出电压精度(整个线路、负载和温度范围内)达 1%,并且可通过软启动功能减少浪涌电流,因此非常适合为各种敏感类模拟低压器件供电,包括:

  • 电压控制振荡器 (VCO)
  • 模数转换器 (ADC)
  • 数模转换器 (DAC)
  • 互补金属氧化物半导体 (CMOS) 传感器
  • 视频专用集成电路 (ASIC)

TPS7A87 器件采用 4mm × 4mm WQFN (20) 封装。TPS7A90 器件采用 2.5mm × 2.5mm WSON (10) 封装。

GUID-A09A3404-A197-4C1C-99F4-94A96EB78D12-low.gif图 2-4 电源抑制比与频率和输入电压的关系
GUID-83ABD83B-B5F7-4E76-9413-7DAF0A3B3418-low.gif图 2-6 输出噪声与输出电压的关系
GUID-738A1E6D-5D39-45CD-8C70-86E54DD44F29-low.gif图 2-8 负载瞬态响应与 Voutx 的关系
GUID-EBFA51E6-3B20-48A0-94B6-AB866459C13B-low.gif图 2-5 电源抑制比与频率和输出电流的关系
GUID-4D745F35-C890-4717-9975-3FA81CCDDD3E-low.gif图 2-7 噪声与频率和 CFFx 的关系

c) TPS6284X 60nA IQ、1.8V 至 6.5VIN、高效 750mA 降压转换器

TPS6284X 是一款高效降压转换器,具有典型值为 6nA 的超低工作静态电流。此器件具有特殊电路,可在 100% 模式下实现仅 150nA 的 IQ,因此可在放电末期进一步延长电池寿命。此器件采用 DCS-Control™ 技术,能够为无线电提供干净的电源,在省电模式下工作时具有达 1.8MHz 的典型开关频率。此器件可将轻负载效率向下扩展至 1μA 负载电流及以下。通过将一个电阻器连接到 VSET 引脚,可选择 16 种预定义的输出电压,因此这款器件能够灵活地用于只需很少外部元件的各种应用。该器件的 STOP 引脚可立即消除所有的开关噪声,从而在数据采集系统中进行无噪声测量。TPS6284X 具有 1.8V 至 6.5V 的输入电压范围,可提供高达 750mA 的输出电流。

TPS6284X 器件采用 8 引脚 1.5mm × 2mm SON 封装、6 引脚 0.97mm × 1.47mm WCSP 封装和 8 引脚 3mm × 5mm HVSSOP 封装。

TPS6284X 器件具有多个版本,具体取决于输出电压范围、模式选择功能以及停止功能。分立式解决方案中使用具有模式选择功能的 TPS62840DLC 版本来为 PYTHON 300/500/1300/3000/5000 系列 CMOS 图像传感器的 1.8V 数字电压轨供电。TPS62841DLC 版本既具有模式选择功能,又具有 0.8V 至 1.55V 的输出电压范围,用于为 IMX25X/26X 系列 CMOS 图像传感器的 1.2 数字电压轨供电。

GUID-3934A6F2-AC16-4D1B-83C8-085ACCE03A34-low.gif图 2-9 TPS62841DLC 的方框图
GUID-1717AB11-6F6B-486F-A0A2-9C5C2806EA62-low.gif图 2-10 效率与负载电流的关系 (VOUT=1.8V)

d) LM3880 具有固定延时时间的三电压轨简单电源序列发生器

LM3880 简单电源序列发生器提供了最简单的方法来控制多个独立电压轨的上电时序和断电时序。通过错开启动序列,可能避免会影响系统可靠性的锁存情况或大浪涌电流。该简单序列发生器采用 6 引脚 SOT-23-6 封装,包含一个精密使能引脚和三个开漏输出标志。开漏输出标志允许该器件被上拉至与序列发生器 VDD 不同的电压电源(只要它们不超过建议的最大电压(比 VDD 大 0.3V)即可),以便与需要不同使能电平信号的 IC 相连接。当启用 LM3880 时,三个输出标志将在各个延时时间后依次释放,从而允许所连接的电源启动。在断电期间,输出标志将遵循相反的序列,以避免锁存情况。EPROM 功能使每个延迟和序列完全可调。LM3880 的封装尺寸为 2.90mm × 1.60mm。

LM3880 具有多个由延时时间定义的版本。在分立式解决方案中选择 LM3880MF-1AB 以在 CMOS 图像传感器的每个电源轨之间提供 30ms 延时时间。

表 2-2列出了之前提及的电源管理器件以及与它们对应的 CMOS 图像传感器电源轨。表 2-3列出了 LM3880 中分配用于控制电源序列的 FLAG。

表 2-2 分立式解决方案电路中器件及其规格摘要
器件 提供的 CMOS 图像传感器电源轨 输入电压 输出电压 输出电流 输出电容 所选的 SW 频率
LMR36015FB 作为第一个功率级,负责将来自 POE 或直流转换器的较高输入电压 (12V/24V) 转换为 4V 中间电压 4.2V 至 60V Vref 至 Vin-0.4V 1.5A - 1MHz(用于 FPWM 模式)
TPS7A87 VDD_33 和 AVDD(TPS7A87 的 LDO1)VDD_PIXEL 和 OVDD(TPS7A87 的 LDO2) 1.4V 至 6.5V 0.8V 至 5.2V(0.5A 时为 Vdo=0.1V) 500mA ≥10µF -
TPS7A90 VDD_18 和 DVDD 1.4V 至 6.5V 0.8V 至 5.7V(0.5A 时 Vdo=0.1V) 500mA ≥10µF -
TPS62840DLC VDD_18 1.8V 至 6.5V 1.8V 至 3.3V 750mA 3µF 至 40µF 1.8MHz(用于 FPWM 模式)
TPS62841DLC DVDD 1.8V 至 6.5V 0.8V 至 1.55V 750mA 3µF 至 40µF 1.8MHz(用于 FPWM 模式)
表 2-3 LM3880 的设置及具体电源时序要求
CMOS 图像传感器 受控电源轨 LM3880 中的 FLAG 上电顺序 断电顺序
PYTHON 300/500/1300/3000/5000 VDD_33 FLAG2 2 2
VDD_PIXEL FLAG3 3 1
VDD_18 FLAG1 1 3
IMX25X/26X AVDD FLAG3 3 1
OVDD FLAG2 2 2
DVDD FLAG1 1 3