Освоение компоновки ПП с CMOS-сенсорами: Основные советы и техники

Вы когда-нибудь думали, как вы можете делать такие удивительные снимки со своим смартфоном? Ручные камеры содержат CMOS-сенсоры, которые являются неотъемлемой частью создания высококачественных изображений. Хотите узнать больше об этих сенсорах и их компоновке ПП? В таком случае вы пришли в правильное место! Продолжайте читать, чтобы узнать все, что нужно знать о CMOS-сенсорах, и открыть для себя рекомендации для обеспечения стабильной производительности.

Что такое CMOS-сенсоры?

CMOS-сенсор — это комплементарный металл-оксид-полупроводник устройство. Это образный сенсор, который идентифицирует и передает информацию, необходимую камере для создания изображения. Сенсор обнаруживает свет, проходящий через или падающий на объекты, и захватывает его. Свет преобразуется в сигналы, которые позже доставят видение.

Два основных типа образных сенсоров — CMOS и CCD. Множество отраслей используют эти сенсоры, включая потребительскую электронику, медицинское оборудование, термовизоры, используемые в охотничьей и военной отраслях, сонар и радарные продукты и т.д.

В чем разница между CCD и CMOS-сенсорами?

Если мы говорим о смартфонах, цифровых камерах и других продуктах, предназначенных для индивидуального использования, скорее всего, сенсоры используют CMOS-технологию. Причина, по которой производители их выбирают — их доступная цена и умеренное потребление энергии. Оба фактора важны для владельцев смартфонов, стремящихся получить лучшую возможную продолжительность работы батареи по бюджетно-дружественной цене. CMOS-сенсоры также основной выбор везде, где все еще нужна фотография.

Сходство между CMOS и CCD технологией в том, что они стремятся захватить свет, а затем передать его в электрические сигналы. Особенность CCD-устройства в том, что каждая ячейка аналоговая. При обнаружении света, небольшой заряд в каждом сенсоре удерживает его в кристалле. Ближайший усилитель имеет задачу усиливать заряды в пикселях. Процесс продолжается, пока все линии пикселей не расширят стоимость и выход.

В отличие от этого, CMOS-сенсоры имеют усилители для каждого отдельного пикселя. Это означает, что у них меньше пространства для захвата света. Это не проблема, потому что каждый фотодиод имеет микролинзы перед собой. Эти линзы имеют задачу фокусировать свет в диод. Это обеспечивает обнаружение видов; иначе вы можете его пропустить.

Интересуетесь преимуществами CMOS-сенсоров?

Для начала, им не нужно использовать столько компонентов, сколько CCD-технология. Это делает их более доступными и пригодными для использования в потребительских продуктах. Эти сенсоры также могут быть быстрее CCD и иметь более низкое потребление энергии, увеличивая время работы батареи вашего приложения. Наконец, вы также получите улучшенную устойчивость к статическому электрическому разряду.

Важность интегрированной природы CMOS-сенсоров

Существенная характеристика CMOS-сенсоров — их интегрированная природа. Благодаря этому вы можете включать меньше компонентов на вашей ПП, чем обычно, что может помочь вам сэкономить и пространство, и деньги.

Жизненно важно отметить, что эти сенсоры чувствительны к шуму. Это критично знать, потому что они имеют способность доставлять низкошумные фото. Однако вы также можете столкнуться с зашумленными или зернистыми картинками, если другие компоненты излучают ЭМИ или если напряжение питания колебется и имеет пульсации. Все это может вызвать шум, и вы также должны быть осторожны с переходными процессами пере- и недорегулирования.

CMOS-сенсоры имеют задачу обнаруживать аналоговый сигнал на уровне пикселя. Следующее, что они делают — преобразуют этот сигнал в цифровое число, и эта информация затем идет в ИС, отвечающую за обработку внешних сигналов. Это означает, что ваше первичное соображение должно быть обеспечением адекватной маршрутизации смешанных сигналов.

Вы столкнетесь с сенсорами, использующими LVDS и другие стандарты сигнализации. Убедитесь, что маршрутизация следует заданному правилу. Еще одна вещь для рассмотрения — напряжение питания. Вам, вероятно, понадобятся разные источники для аналоговых и цифровых цепей кристалла. Это потому, что они используют разный диапазон напряжений. Хотя напряжение для цифровой схемы может варьироваться, аналоговое имеет стандартное напряжение -3В, хотя некоторые производители выбирают другой диапазон.

CMOS-сенсор — другие соображения компоновки CMOS-сенсоров

Когда речь идет о монтаже CMOS-сенсоров, вы обычно используете выводной или поверхностный монтаж. В некоторых случаях эти сенсоры могут быть в форме кристалла (die), который вы можете монтировать в BGA-корпус. Однако вы также можете интегрировать другие сенсоры с блоком обработки сигналов. Подход single SoC (system-on-chip) требует четырех или более слоев для учета при управлении стеком.

Вы должны использовать это количество слоев, чтобы установить заземляющий слой под поверхностным с CMOS-сенсором. Заземляющая плоскость должна иметь разные области для цифровых и аналоговых секций. Может быть не мудро идти на разделение заземляющей плоскости, так как вы можете столкнуться с проблемами чувствительности к шуму. Вы также не хотите никаких цепей с высокой частотой или высокой скоростью рядом с сенсором, поэтому рассмотрите их размещение далеко от него.

Вы можете рассмотреть использование гибкого шлейфа для маршрутизации выходных и входных соединений над ним.

Однако вы можете облегчить это только с адекватным размещением CMOS-сенсора на вашей плате. Вам также понадобится рассмотреть установку надежных путей возврата. Благодаря этому вы снизите уязвимость цепи к ЭМИ, что может быть жизненно важно для повышения надежности сенсора и платы. Большинство производителей избегают использования гибкой печатной платы с CMOS-сенсором.

Если вы ищете компанию, которая может справиться с проектированием и монтажом ПП с образным сенсором, не стесняйтесь связаться с WellPCB. Сложность проекта не важна, потому что у них многолетний опыт и сотни успешных проектов в портфолио.

WellPCB может помочь вам на протяжении всего процесса. Квалифицированный персонал поможет принять правильные решения для дизайна вашей платы и обработает монтаж. В кратчайшие возможные сроки у вас будет высокопроизводительная ПП у порога.

CMOS-сенсор — баланс между математической компоновкой и механическим корпусом

Естественно, что компоновка печатной платы имеет определенные особенности. Например, жизненно важно обеспечить оптимальный баланс между механическим корпусом вашего приложения и электрической компоновкой. Вам нужно будет разместить фильтры, линзы и другие оптические элементы механически и интегрировать плату, содержащую образный сенсор.

Некоторые камеры также могут иметь возможность перемещать оптику для установки желаемого фокуса. Однако печатные платы с сенсорами должны оставаться в той же позиции, даже если это возможно. Есть способы перемещать их тоже, но они требуют продвинутой геометрии.

К счастью, смартфоны имеют алгоритмы, позволяющие автофокус в наши дни. Именно поэтому вам не нужно беспокоиться о движущихся линзах. Но вам нужно будет работать с обеими электрическими и механическими командами, чтобы гарантировать, что всё идеально подходит.

CMOS-сенсор — руководство по размещению компонентов в высокоскоростных компоновках

Вы все еще будете следовать обычным правилам для проектирования компоновки ПП. Это означает, что вы должны использовать подход DFM (design for manufacturing) и создать плату, которую реальная машина имеет возможности монтировать. Однако высокоскоростная компоновка потребует некоторых конкретных соображений относительно размещения компонентов.

Пути цепей должны быть приоритизированы, потому что вы хотите, чтобы расстояние, которое сигналы должны пересечь, было минимальным. Выводы должны иметь наиболее прямое возможное соединение в критических сетях, что вы должны учитывать, следуя схеме цепи.

Вы также не хотите, чтобы трассы сигналов проходили через разделенные плоскости. Это обеспечит надежный путь возврата, который критически важен для высокоскоростной компоновки. Кроме того, рассмотрите дополнительные варианты охлаждения, потому что вы не хотите проблем с высокой температурой, если определенные детали слишком горячи.

CMOS-сенсор — как правильно трассировать высокоскоростную схему ПП

Вы не должны ждать много сюрпризов в плане трассировки проводников. Однако требования к длине трасс могут варьироваться, и важно следовать рекомендуемым рекомендациям. Если вы используете правильное программное обеспечение или нанимаете эксперта, определение идеальных ширин трасс не должно быть проблемой.

Жизненно важно отметить, что самый прямой путь может не быть лучшим решением маршрутизации для вашего приложения. Ваше первичное соображение должно быть обеспечением высокоскоростной трассировки, и лучший способ сделать это — учитывать полный сигнальный путь.

Заключение

CMOS-сенсоры — полезные компоненты, обеспечивающие изображения высокого качества и отличный выбор для смартфонов и других потребительских продуктов.

Печатные платы, учитывающие эти сенсоры, имеют специфические характеристики, и это нужно иметь в виду в процессе проектирования и производства. Если вы хотите надежную ПП с высокопроизводительным образным сенсором, вы должны работать с экспертами отрасли. Потому что они могут предоставить плату с достаточной надежностью и долговечностью и убедиться, что всё работает.