高性能圖像傳感器參考設計的核心集成與協(xié)作

色散譜應用中的圖像傳感需要超低噪聲和高比特率的線(xiàn)性陣列圖像傳感器，以實(shí)現高靈敏度和高速測量。為了降低探測器的暗噪聲并進(jìn)一步提高測量靈敏度，需要一個(gè)熱電冷卻器(TEC)。為達到這些要求，還需要高性能電子器件來(lái)與傳感器接口。從傳感器采樣數據需要具有低噪聲、且快速建立時(shí)間的放大器和低噪聲精密模數轉換器(ADC)。TEC需要精密電流控制和限壓，以便精確控制溫度。電源管理電子器件必須能夠提供TEC所需的高功率，以及采樣電路所需的低噪聲。最后，良好的PCB布局對于避免大功率電源的開(kāi)關(guān)信號對精密采樣電子器件的磁耦合或傳導耦合干擾至關(guān)重要。

利用分立電子器件設計一個(gè)系統來(lái)與這些復雜的高性能傳感器連接，這在過(guò)去一直是一個(gè)挑戰，需要仔細權衡尺寸、復雜度與性能。Hamamatsu Photonics, Inc.和ADI公司認為這是一個(gè)機會(huì )，于是結合各自專(zhuān)業(yè)知識來(lái)為Hamamatsu G920x InGaAs線(xiàn)性圖像傳感器系列創(chuàng )建參考設計，其中Hamamatsu提供傳感器和系統組件，ADI公司設計模擬前端(AFE)板。該參考設計允許通過(guò)FMC連接器連接到FPGA承載卡進(jìn)行模塊化評估。ADI公司的μModule?穩壓器用于為設計中最具挑戰性的布局部分提供緊湊、優(yōu)化的布局。例如，LTM8053μModule降壓調節器將磁性元件集成到內部布局中，大大降低了電磁噪聲。通過(guò)提供緊湊優(yōu)化的布局并減少器件數量，這些高集成度產(chǎn)品還能實(shí)現更小的解決方案，而不會(huì )影響性能。

圖1.圖像傳感器參考設計簡(jiǎn)化框圖

有三個(gè)關(guān)鍵的高集成度產(chǎn)品助力實(shí)現這一緊湊的高性能AFE設計：

ADAQ7980是一款單芯片、高性能、16位、1 MSPS SAR ADC數據采集系統模塊。ADAQ7980采用高精度SAR ADC，并集成ADC驅動(dòng)器、基準電壓緩沖器、LDO穩壓器、精密無(wú)源器件和去耦元件。

ADN8835是一款精密TEC控制器，集成了3 A功率FET管。ADN8835可精確控制傳感器的溫度，無(wú)需外部分立功率FET管。

LTM8053是一款超低噪聲3.5 A Silent Switcher? μModule降壓型開(kāi)關(guān)穩壓器。LTM8053將開(kāi)關(guān)控制器、功率開(kāi)關(guān)、電感和所有支持元件集成到一個(gè)緊湊封裝中，以實(shí)現最佳噪聲性能。

這些產(chǎn)品展示了ADI公司高集成度產(chǎn)品的關(guān)鍵特性，包括降低BOM復雜性和減小電路板空間，通過(guò)消除關(guān)鍵電路中的電路板級寄生效應來(lái)優(yōu)化性能，以及通過(guò)提供集成更多信號鏈的性能規格的器件來(lái)減少系統誤差和不確定性。完整AFE解決方案還包括ADI公司的其他高性能器件，例如ADR4550精密基準電壓源和ADA4807高速精密放大器。AFE還能將LTM8053和ADN8835的時(shí)鐘與提供給傳感器和ADAQ7980的采樣時(shí)鐘同步。

圖2.ADI公司開(kāi)發(fā)的InGaAs陣列傳感器接口板俯視圖 

總之，ADI公司與Hamamatsu Photonics, Inc.合作，為Hamamatsu G920x線(xiàn)性陣列NIR/SWIR InGaAs圖像傳感器系列開(kāi)發(fā)高性能參考設計。這些線(xiàn)性陣列InGaAs圖像傳感器具有高采樣速度，并集成了TEC來(lái)給光學(xué)探測器散熱，支持超低噪聲操作。這使其成為高性能NIR/SWIR光譜應用（如天然氣和礦物鑒定）的絕佳選擇。ADI公司的AFE板旨在與這些傳感器接口，ADI公司的高集成度產(chǎn)品使其具有高性能且尺寸緊湊。