高性能CMOS图像传感器的电源布局会对分辨率、帧率等性能产生重大影响。在设计电源方案时，本文讨论了这一应用的重要考虑因素。

  内部结构的CMOS图像传感器

  典型的CMOS成像系统包括源像素颜色阵列、模拟信号处理电路、模数转换器和用于控制接口、时间顺序和数据读取的数字部分。阵列的填充因子是感光部分相对于传感器总大小的百分比。光电探测器是一种光敏传感器，用于捕获可见光子并将其转换为电流(微安全级)。

  分辨率用于量化CMOS图像传感器中的总像素阵列数。例如，200万像素传感器阵列是1600和1200行。然而，并不是阵列中的所有像素都是有源的(用于光学检测)，一些像素(用于光学中的黑色)用于黑色电平和噪声校正。

图1：典型的CMOS图像传感器模块。

有许多不同的像素晶体管设计，包括三个晶体管(3T)、四个晶体管(4T)和五个晶体管(5T)版本。在4T布局中，光电二极管将接收到的可见光子转化为电荷。每个电压读取一行，放入柱状电容器(C)。然后使用解码器和多路复用器进行读取。

图2：四晶管像素设计。

帧速率用于量化图像处理阵列，以捕完整图像的速度，通常为30-120fps。帧速率受快门速度的影响，快门速度受快门速度的影响，快门速度受快门速度的影响，快门速度受快门速度的影响，快门速度受快门速度的影响，快门速度受快门速度的影响，快门速度受快门速度的影响，后者控制图像传感器收集光线的时间。可编程时间间间隔，也称为暗期，在读取最后一行后执行其他任务时，这个间隔也会影响帧速率，约为读取速率的75%。帧按顺序读取;最后，缓冲器将整个帧存储为完整的图像。

  考虑电源设计

  CMOS图像传感器一般采用模拟供电轨(2.8VAVDD)、接口供电轨(1.8或2.8VDOVD)和数字供电轨(1.2或1.8VDVDDD)三种不同的供电轨。低压降(LDO)稳压器的输入引脚上有一个大的旁路电容，可以稳定电源，帮助降低电压波动，从而提高图像传感器的噪声性能。

电源抑制比(PSRR)测量LDO抑制电源纹波引起的输入电压变化的能力，或阻断其他开关电压调节器引起的噪声。低PSRR的LDO可能会在捕获的图像中产生不必要的水平纹波。给定帧速率所需的传感器行频可以在设计具有足够高PSRR的LDO之前计算。

图3：LDO正在进行稳压。

LDO内部的反馈回路基本上决定了系统的PSRR，工作频率低于100kHz。对于更高频率(高于100kHz)的应用，仍然取决于无源组件和PCB布局。因此，精心设计的PCB可以实现紧凑的电流回路，降低寄生电感。在高频下，普通LDO的PSRR相对较低。虽然这对于标准摄像头来说不是问题，但是高分辨率(50200MP)和高帧率的图像传感器要求LDO在较低频率(最高10kHz)下的PSRR高于90dB，在较高频率(10kHz)下的PSRR高于45db。

  设计技巧

  帧速率(300120fps)和行速率(2244kHz)会产生动态负载，导致模拟电源轨道上的下冲和过冲。在每个帧或行转换过程中，获得的电流类似于阶跃负载，这意味着LDO必须能够在每次读取帧和行(或行)之间处理数百毫安的负载变化。大容量电容(在行频和帧频率下具有低阻抗)可以帮助相机解耦，从而减少这种负载切换引起的纹波。

  图像传感器的每个像素都有一个电荷饱和度(或最大陷阱容量)，这是像素可以保留的电荷量(以电子为单位)，直到达到饱和。图像传感器的动态范围(以db表示)是可以同时捕获的图像最亮和最暗部分的比率。

  低频谱噪声密度(介于10Hz至1mhz之间)的LDO输出端也有助于降低传输到CMOS图像传感器的噪声量，使像素达到更大的动态范围。最后，在数据手册中，总纹波和噪声应至少低于传感器的噪声阈值40dB，通常表示为信噪比(SNR)。