LDOでクリ-ンパワ-を供給し、イメ-ジセンサ の画質を向上

著者:  Tim Kaske  - 04-24-2017 

今日の高性能イメ-ジセンサへ電力を供給することは、かつてなく大きな課題となっています。ピクセルサイズとリフレッシュ・レ-トの増加により、カメラモジュ-ルに関わる技術者にとって、電源供給ソリュ-ションに新たな課題が生じています。イメ-ジセンサのパワー・ソリュ-ションの設計で考慮すべき重要な要因は3つあります。

PCBレイアウトとコンデンサの選択

イメ-ジセンサは、非常にダイナミックなデバイスであり、電圧レギュレ-タ、出力コンデンサ、およびPCB配線/配置の最適なシステム・ソリュ-ションが必要です。同じコンポ-ネントを用いた同様の設計で劇的に異なる結果を出すことがあります(図1を参照)。 MARSリファレンス設計は、クリ-ンパワ-の供給システムを実現するための適切なPCBのレイアウトと部品配置を示します。

図1-不適切なPCBのレイアウトとコンデンサの配置がもたらすVddの電圧リップル

出力コンデンサを選択する場合、LDOの安定性、過渡応答中のホ-ルドアップ・チャ-ジ、起動間隔/オーバーシュートを考慮しなければなりません。

PSRRの影響

PSRRは、レギュレータ・システムのDC入力電圧の信号が安定化出力にどのように送信されるかを表します。これは、システムに入り込むノイズが画質の劣化につながるため、イメ-ジセンサにおいては特に重要です。下の図 2を見て分かるように、100kHz未満のシステム場合、PSRRは、適切なLDOの選択に左右されます。100kHz以上の場合、PSRRは、パッシブ・コンポーネントとPCB レイアウト/配置の適切な選択により決まります。この例を見ると、NCP163 (NCV8163)などのHigh PSRR LDO が、最大10kHzまでは85dB超の応答、最大1MHzまでは 45dB超の応答をどのように行うか分かります。

図 2 –PSRRシステム応答と、NCP163 LDO のPSRR応答(High PSRR)

下の図 3では、従来のDC/DC コンバータとHigh PSRR LDOを比較しています。DC/DCコンバータは、効率性を向上させるために使用されるトポロジーの性質上、出力でスイッチング・リップルが発生します。このリップルがイメージセンサに入り込み、画質の低下をもたらします。高性能を達成しつつ、High PSRR LDO の性能を保つために、NCP134 (NCV8134)などの製品では新しいバイアスレール・アーキテクチャが用意されています。このバイアスレールの構成により、High PSRRの性能を保つと同時に、より高性能のソリューションを提供します。

図 3 – LDOとDC/DC コンバータとの画質およびリップルの比較

システムノイズ

LDOの出力において主にノイズの発生源は2つあります。1つは、LDOの入力に対する外部部品のカップリングであり、これはHigh PSRRのソリューションで対処できます。もう1つは、内部のLDO 回路から発生するノイズです。これに対処するために、新世代のLDO製品は、超低ノイズ性能と、外部コンデンサによりスペクトル密度を最適化する機能を備えています。NCP705 (NCV8705)は、MARSリファレンス設計で使用されており、ノイズの影響を受けやすいイメ-ジセンサおよびコプロセッサのレールに2.8Vの電力を供給します。

図 4-さまざまなフィードフォワード・コンデンサ値による出力電圧ノイズのスペクトル密度

いくつかの簡単なルールに従い、MARSリファレンス設計をガイドラインとして使用することで、クリーンパワー・ソリューションの設計はかなり容易になるはずです。設計アプローチを理解するために少し投資するだけで、最終製品の最高画質を実現できます。

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