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PMIC如何应用在图像传感器设计

2023-02-08 16:22:31 Oleh Lastovetskyi 阅读:
若设计者需求高质量的供电,又要节省电路板空间,PMIC就成为相当好的解决办法。本文将阐述PMIC如何导入图像传感器的应用,以及导入后的效果。

现代电子设备的电源配置文件中通常至少有几个模拟电路,尤其在消费电子、汽车、医疗及智能家居等设备中,特别常见。为构建更好的电源配置文件,需要让相关设备在有限的空间实现高效的功能及功率消耗。Dhoednc

因此,在电路设计时,选用更先进的传感器或模拟电源组件,以及稳定的供电来源来实现所想要的系统性能,显得格外重要。若设计者需求高质量的供电,又要节省电路板空间,电源管理IC(Power Management IC, PMIC)就成为相当好的解决办法。Dhoednc

一般来说,PMIC提供如高性能低压差线性稳压器(LDO)、内置电源定序器、GPIO(通用型输入输出)、逻辑元件、温度传感器及多种保护机制,让工程师能用以取代其他IC,使得产品更紧凑,开发过程也更容易。下面是一个设计案例研究,说明该如何将PMIC应用于图像传感相关产品的设计中。Dhoednc

PMIC在图像传感产品上的应用

图像传感器是使用 PMIC 的典型消费类设备,在手机、机器人、增强现实(AR)小工具等应用中很常见。图像传感器在功耗和其他定性特征(例如输出信号噪声和电源抑制比“power supply rejection ratio, PSRR”) 方面具有复杂的功率曲线。Dhoednc

正确的排序,是避免传感器故障并能确保系统可靠性的必要条件之一。由电源定序器管理的PMIC是一种通常用于带有板载图像传感器应用的解决方案。定序器可以是物理IC,也可以是主控制器的一部分。在任何情况下,电源定序器都会为通电和断电提供正确的时序。电源轨之间典型的图像传感器延迟在10μs到10ms的范围内。Dhoednc

带有多个板载图像传感器的应用很受欢迎,它们不可避免地需要强大的电源和适当的排序。这可以通过每个传感器的专用PMIC和电源定序器来完成。尽管此解决方案比分立式LDO方法占用的空间更少,但它无论如何都会占用空间。主机控制器的代码复杂性也是如此,因为排序通常用它的资源来处理。Dhoednc

本文介绍了SLG51002的示例,这是一种具有基于时序的分立电源定序器功能的PMIC;它还提供了事件触发排序。事件触发可以来自各种输入端,包括6个GPIO、I2C总线和其它flag(如温度、VOUT_OK和电流限制)。组合逻辑元件使用户能够创建特定的设计。Dhoednc

独立时序如何工作

让我们展示一个典型的PMIC如何管理两个具有独立电源时序的图像传感器。这些时序中的每一个都预计由外部控制信号触发。这里采用SLG51002作为单芯片方案,主要目的是减轻MCU的负载,降低其固件复杂度。Dhoednc

图像传感器1的电源(启用/禁用)时序由GPIO3上的信号触发。同样,图像传感器2由GIPO4触发。图像传感器1和2的电源可以相互独立控制。作为一项附加功能,MCU可以使用图像传感器1的GPIO1和图像传感器2的GPIO2检查LDO状态,并通过I2C读取它们。Dhoednc

传感器1时序包括四个电源轨和一个可选的状态flag,其中使用了GPIO1。可选状态flag可在GPIO1上实现,仅当上述电源轨的所有电压均为VOUT_OK时才会升高。Dhoednc

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图1显示了图像传感器1所需的通电和断电时序。(资料来源:瑞萨电子)Dhoednc

传感器2时序包括三个电源轨和一个使用GPIO2的可选状态flag。可以在GPIO2上实现一个可选的状态flag,只有当上述电源轨的所有电压都为VOUT_OK时才会升高。Dhoednc

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图2显示了图像传感器2所需的通电和断电时序。(资料来源:瑞萨电子)Dhoednc

图3显示了PMIC的内部布线。来自GPIO3的传感器1控制信号触发“电源定序器”。该设备将为传感器1执行通电和断电时序。Resource0-4的输出按所需顺序连接并路由到LDO稳压器。Dhoednc

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图3显示了传感器1的电源定序器设计配置。(资料来源:瑞萨电子)Dhoednc

图4显示了LDO之间的预配置延迟时间。要打开此菜单,请双击Power Sequencer模块。如果所有LDO均已正确启用,查找表(LUT)将形成变为高电平的GPIO1信号。Dhoednc

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图4该图显示了通电状态控制时序。(资料来源:瑞萨电子)Dhoednc

图4和图5显示了电源定序器的配置窗口。可以为通电和断电设置电源插槽延迟时间。该设计为每个LDO配置了10ms的延迟。 Dhoednc

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图5该图显示了掉电状态控制时序。(资料来源:瑞萨电子)Dhoednc

与图3一样,图6显示了芯片的内部布线。来自GPIO4的传感器2控制信号路由到DLY1、DLY2和DLY3。每个块的延迟都可以独立设置电源的打开和关闭。所展示的设计轨之间的延迟为10ms。在正确启用所有列出的LDO后,GPIO2将发出一个flag。Dhoednc

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图6显示了传感器2中延迟块的设计配置。(资料来源:瑞萨电子)Dhoednc

测量结果

full-chip设计展示了两个独立的电源定序器,每个电源定序器都由一个外部信号控制。生成的波形如下所示。Dhoednc

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图7显示了传感器1(CAM1)的开启和关闭。(资料来源:瑞萨电子)Dhoednc

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图8显示了传感器2(CAM1)的开启和关闭。(资料来源:瑞萨电子)Dhoednc

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图9显示了传感器1(CAM1)和传感器2(CAM2)的开启,显示了传感器2(CAM2)和传感器1(CAM1)的关闭。(资料来源:瑞萨电子)Dhoednc

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图10显示了传感器2(CAM2)和传感器1(CAM1)开启,显示了传感器2(CAM2)和传感器1(CAM1)的关闭。(资料来源:瑞萨电子)Dhoednc

本文展示了如何使用适用于高级传感器应用的单芯片电源解决方案来处理具有多个独立场景的复杂排序。使用PMIC将占用更少的电路板空间,减少电流消耗,并降低最终设计解决方案的成本。Dhoednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:How PMICs operate in image sensor-based designs,由Ricardo Xie、Ryan Tsai编译。)Dhoednc

责编:Ricardo
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