・フレームレート CMOS イメ ージセンサへのにおける
TND6370JP/D
Rev. 1, July − 2022
・フレームレート CMOS イメージセンサへの における
： Majid Dadafshar
Principal Field Application Engineer
!
の・フレームレートCMOSイメージセンサにをするのな
についてすることは、すべての
エンジニアのをたすことができるLDO(DC−DC、PMIC)をいたなシステムソリューションを%&する'でな(で
す。システムの)は、*えば、8メガピクセル(MP)のカメラと50MPのカメラではソリューションがどのように1なるのか、フレームレート(30fps、60fps、120fpsなど)
によってのがどのように2わるのか、いPSRRが3となる456はどの78か などについて9る3があります。:;では、のイメージセンサにをするた めのソリューションを<=するうえで>?すべき@ にAをBいてCDします。はじめに
CMOSイメージングシステムは、アクティブピクセル8と、GHをIJしてそれをK
にLさなGMやHに2NするフォトディテクタでQRされています。ADC、アナロ グUVW、ユーザインタフェースのデジタルロジック、タイミングなど、\々な]に よってデータを^み_します。フェムトアンペアabのcのフォトダイオードMは、Gg(シャッタ)iにj]されてcのkとなり、ADCで^みlることができるm
に2Nされます。ピクセル、、トランジスタの,-
また、nピクセルには、ピクセルのojにpするqjのrsによってtまるフィル ファクタがあり、Gにuじる8とuじない8の2つの]があります。Gにuじる8 はGをキャプチャするのにpして、Gにuじない8はADC、デジタル、インタフェー スなどのyzにqされます。
その{の8は、|}または~の^み_しにqされます。ここでは、な
READ(^み_し)またはWRITE( きみ)のシーケンスがマスタによってされ、バスに
スタートコンディションがRされます。CMOSイメージセンサのとは、くのとでQRされているピクセルアレイのo
6のことです。*えば、な2MPのカメラには、1600 x 1200のピクセルアレイがあり ます。Figure 2. List of Common Cameras
とののピクセルはGにであるダークピクセル
( ピクセル )
とばれ、レベルのとノイズののためにでqされます。このため、のアクテ
ィブピクセルアレイ、つまりアレイでqされるになピクセルはcすることに なります。\々なピクセルトランジスタの
(3T
、4T
、5T
など)
がqできます。4
トランジスタ(4T)ピクセルの*をにしています。フォトダイオードは けたGHを¡のkに
2Nし、\々なとを¢するためのスイッチをいくつか£えています。フォトダイオ ードの^み_しが¤されないように、フォトダイオード¥sのインピーダンスアンプ をソースフォロワアンプ(TIA/SF
アンプ)
としてqし、nのバスを§します。Figure 3. Example of a 4 Transistor Design
nピクセルのmは1ずつ^み_され、コンデンサ(Cs)に¨jされます。その©、
デコーダとマルチプレクサによって^み_されます。
フレームと/の01
フレームレートは、
1
ªの«¬なをキャプチャし、Wのためにアレイを^み_す を®すもので、に30〜120Hzの456abになります。イメージセンサは、スロー モーション°のためにフレームレート(>60fps)にすることも、モーションブラー±を _すために²フレームレート(<60fps)
にすることもできます。また、このレートは、イメージセンサがGを³できるgを´µするシャッタスピード や、©のラインが|}ブランキングや¶·gなどの¸にqされた©に¹する｢ダ ーク·｣とばれる=ºzな·によって´あるいは»される¼sもあります。
*えば、
4MP
カメラにおいて<=のフレームレート(15 ､ 30 ､ 60
など)
で3とされるPSRR
がもくなる456を½し、½した456で3なPSRRを£えたLDOをするこ とができます。Figure 5. Effect of Different Frame Rates Versus Horizontal Frequency
フレームレートは^み_しレートの¾75%で、¿りの¾25%はÀりの2Á、Ggの
½、レンズAF、W、メモリ きみなど{のWのためのÂきgです。フレ ームの^み_しは、Ãと§のどちらでもÄにし、©にフレーム¬Åがバ ッファにめられ、«¬なとして®されます。
イメージセンサのレール
CMOS
イメ ー ジ セ ン サに は K､
アナ ロ グ レ ー ル(AVDD)､
イン タ フェー ス レ ー ル(DOVDD)、デジタルレール(DVDD)の3Æ!のレールが3です。アナログレール
にqするmは2.8V、インタフェースレールは2.8Vまたは1.8V、デジタル レールは1.8Vまたは1.2Vです。CMOS
イメージセンサのノイズÇzを'させるために、ピンのÈにÉÊのバ イパスコンデンサを"Bするとよいでしょう。また、nレールの2§を²すること によっても、CMOSイメージセンサのノイズÇzを'させることができます。に、もノイズの»を けやすいレールはアナログレールで、Äいでデジタルレールも ノイズにÌuです。
234 (PSRR)
PSRRは、LDOがどのÍリップルを#Îできるか、あるいはLDOのÏÐでレールの
みによってÑき$こされたノイズをどのÍ%ÃできるかのÒとなるÓです。PSRR
が いほど、からのノイズあるいはリップルを%ÃできるzÐがまります。リップルの¹となるのは、50/60HzのリップルをÔんだÏÐ、DC−DCのスイッチング45 6、あるいは1なるÕ&でÏÐをÖしていることによるリップルのいずれかであ るºzÇがあります。
Figure 6. Example of Noise From Input to Output of an LDO
LDOのフィードバックループは、 K、100kHz×の456でシステムのPSRRをコン
トロールするため、ØなLDO
を¢することがです。100kHz
を'える456では、§ÙとPCBのレイアウト／"BをØに¢することによってPSRRをコントロールし ます。
Figure 7. Typical LDO’s PSRR Behavior Versus Frequency
PSRRÇzが²い¼sや、アナログレールにノイズがある¼sには、レールにノイズ
がÑき$こされ、ゲインのソースフォロワアンプÕ&をßして_ÐUVパスにàÏしま す。これによって、áな|}リップルがじ、キャプチャしたにれます。Figure 8. Example of Any Noise on the Analog Rail
KのLDOのPSRRは、い456では²いÓです。なカメラにはそれでâ]なは
ずですが、50
〜200MP
のabの・フレームレートのイメージセンサをqする¼sには、<=のシリーズのLDOがáºãです。これは²458(10kHzまで)では90dBを
'え、1〜3MHzの4568では45dBを'えるいPSRRを£えたLDOで、フレームレー
トやレートの)äiのリップルが²できます。センサのフレームレートおよび/レートとの78の9:
フレームレート(30〜120fps)とレート(22〜44kHz)はどちらも、イメージセンサに§
な*kをÑき$こし、アナログレールの
2.8V
にアンダーシュートとオーバーシュートを¹させることにÛÜする3があります。
å+Mは、æたなフレームやæたなへ)äするたびに、ステップ*kのようにçえま す。*えば、フレームまたはの^み_しi、あるいはnフレームまたはnの^み_し
には、_ÐmレールにÉきな2§が$きないよう、ソリューション(LDO)はフレー
ムやのn)äi、6èmAの*k2§にpéする3があります。カメラのデカップリングには、なシステムÇzをêるために、およびフレーム45 6ë,でインピーダンスがも²くなるÉÊのコンデンサをqすることがìましいで す。
LDO の;<ノイズ ( m VRMS)
nピクセルには、イメージセンサのにéじたk-íレベル、つまりフルウェルキャ パシティがあります。これは、ピクセルが-íするまでにîïできるk(H6でð=)
のことです。どのようなイメージセンサでも、ダイナミックレンジ(dB)によって、1ªの
で¶gにキャプチャできるもDるい]ともñい]をò=します。
Figure 9. Pixel Capacity and Noise Floor Example
LDOの_Ðでは、10Hz〜1MHzのスペクトルノイズóがであり、これが²いほど CMOSイメージセンサにôわるノイズがcなくなり、õöのピクセルのダイナミックレン
ジをくすることができます。Figure 10. Typical LDO Output Noise Density
CMOSイメージセンサのUV./÷(SNR)のデータをøùし、リップルとノイズ¬Åがセ
ンサのノイズ0Óよりcなくとも40dB²くなるようにシステムをすることがKに です。まとめ
LDOソリューションをするには、イメージセンサが4MPと40MPの¼s、フレ
い456でのPSRR、²いRMSノイズ、õöの~・|}456で<=のインピーダ
ンスをïつØな §Ùを£えたLDOソリューションをqすることで、CMOSイメー ジセンサのノイズÇz¬Åを'させ、キャプチャにìましくない|}リップルをÑ き$こすºzÇがあるのリップルを²できます。onsemi, , and other names, marks, and brands are registered and/or common law trademarks of Semiconductor Components Industries, LLC dba “onsemi” or its affiliates and/or subsidiaries in the United States and/or other countries. onsemi owns the rights to a number of patents, trademarks, copyrights, trade secrets, and other intellectual property.
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