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Integration and Collaboration at the Heart of a HighPerformance Image Sensor Reference Design 作者：Scott Hunt，ADI系統應用工程師 色散譜應用中的圖像傳感需要超低噪聲和高比特率的線性陣列圖像傳感器，以實現高靈敏度和高速測量。為了降低探測器的暗噪聲并進一步提高測量靈敏度，需要一個熱電冷卻器(TEC)。為達到這些要求，還需要高性能電子器件來與傳感器接口。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關信號對精密采樣電子器件的磁耦合或傳導耦合干擾至關重要。 利用分立電子器件設計一個系統來與這些復雜的高性能傳感器連接，這在過去一直是一個挑戰，需要仔細權衡尺寸、復雜度與性能。Hamamatsu Photonics, Inc.和ADI公司認為這是一個機會，于是結合各自專業知識來為Hamamatsu G920x InGaAs線性圖像傳感器系列創建參考設計，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FMC連接器連接到FPGA承載卡進行模塊化評估。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。通過提供緊湊優化的布局并減少器件數量，這些高集成度產品還能實現更小的解決方案，而不會影響性能。 
圖1.圖像傳感器參考設計簡化框圖 有三個關鍵的高集成度產品助力實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驅動器、基準電壓緩沖器、LDO穩壓器、精密無源器件和去耦元件。 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降壓型開關穩壓器。LTM8053將開關控制器、功率開關、電感和所有支持元件集成到一個緊湊封裝中，以實現最佳噪聲性能。 這些產品展示了ADI公司高集成度產品的關鍵特性，包括降低BOM復雜性和減小電路板空間，通過消除關鍵電路中的電路板級寄生效應來優化性能，以及通過提供集成更多信號鏈的性能規格的器件來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的時鐘與提供給傳感器和ADAQ7980的采樣時鐘同步。
圖2.ADI公司開發的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線性陣列NIR/SWIR InGaAs圖像傳感器系列開發高性能參考設計。這些線性陣列InGaAs圖像傳感器具有高采樣速度，并集成了TEC來給光學探測器散熱，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公司的高集成度產品使其具有高性能且尺寸緊湊。欲了解更多信息，包括該解決方案的完整設計文件和文檔，請訪問Hamamatsu網站。 作者簡介 Scott Hunt是ADI公司儀器儀表市場部（美國馬薩諸塞州威明頓市）的一名系統應用工程師，專門從事科學儀器儀表工作。Scott于2011年作為一名產品應用工程師加入ADI公司，負責儀表放大器等高性能集成式精密放大器，后于2016年轉到儀器儀表市場部。他擁有倫斯勒理工學院電氣和計算機系統工程學士學位。Scott榮獲ADI公司2015年杰出技術寫作獎和2015年杰出計劃支持獎。聯系方式：scott.hunt@analog.com。 |
