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模擬信號(hào)處理鏈路

    MCM20027模擬信號(hào)處理(ASP)鏈路包含相關(guān)雙取樣(CDS)、幀速率箝位(FRC)、數(shù)字可編程增益放大器(DPGA)、補(bǔ)償校正(DOVA)和10位A/D變換器(ADC)。

    相關(guān)雙取樣(CDS)

    與電容結(jié)點(diǎn)復(fù)位動(dòng)作有關(guān)的非確定性引起復(fù)位噪聲,此噪聲等于KTC(C是結(jié)點(diǎn)電容,T是溫度,K是波耳茲曼常數(shù))。消除在所有圖像傳感器中的噪聲是采用相關(guān)雙取樣法。對輸出信號(hào)取樣兩次,一次對其復(fù)位(參考)電平,一次對有效的視頻信號(hào)。取樣和保持這些值,而差分放大器信號(hào)從輸出中減去參考電。雙取樣消除了相關(guān)噪聲源。相關(guān)雙取樣原理示于圖6。

    幀速率箝位(FRC)

    設(shè)計(jì)FRC(見圖7)來提供正饋暗電平減參考電平測量。在自動(dòng)FRC模式中,每次圖像傳感器開始新幀時(shí),重新建立光黑色電平參考。MCM20027用光黑色(暗)像素幫助建立這種參考。

    在MCM20027中,暗像素輸入信號(hào)的采樣時(shí)間至少應(yīng)為13Tμs以使CLRCA和CLRCB引腳上的2個(gè)0.1μF電容器有足夠的時(shí)間為10位精度充電。這保證FRC的“下降”將保持在≤750μV,因此,保證規(guī)定的ADC10位精度在±0.5LSB。在最高工作頻率(13.5MHz),圖像傳感器需要一些幀來為其后的有效像素處理建立暗像素參考。暗像素取樣周期是內(nèi)部自動(dòng)控制的,設(shè)置是起始3暗行空白,然后取樣其后面的2暗行。當(dāng)“暗箝位”有效時(shí),處理并保持每個(gè)暗像素以在CLRCA和CLRCB引腳建立像素參考電平。在此期間,FRC的差分輸出V+和V-（見圖7)被箝位到Vcm。這些功能有助于消除暗電平偏移,同時(shí)建立在ADC輸出所希望的零碼。

    白色補(bǔ)償控制(PGA)

    在模擬信號(hào)處理鏈路有兩個(gè)數(shù)字可編程增益放大器(DPGA),用于執(zhí)行白色補(bǔ)償和光增益功能。在此只介紹白色補(bǔ)償控制可編程增益放大器。

    傳感器產(chǎn)生3個(gè)主要的色彩輸出:紅、綠、藍(lán)。它們是單色信號(hào),代表每個(gè)主要色彩的亮度值。當(dāng)?shù)攘肯嗉訒r(shí),它們混合成非彩色的色彩。白色補(bǔ)償是這樣一種技術(shù):設(shè)置構(gòu)成Bayer圖形(見圖8)的綠(O)、紅、藍(lán)和綠(3)像素增益素?cái)?shù)以補(bǔ)償它們的非彩色景像輸出。由于在Bayer圖形中的兩個(gè)綠色像素的感光度可能不一樣,所以為Bayer 圖形中的每個(gè)元素提供一個(gè)單獨(dú)的彩色增益寄存器。

    一旦所有彩色增益寄存器裝入所需要的增益系數(shù),則實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)了白色補(bǔ)償。選擇恰當(dāng)?shù)闹挡⑼ㄟ^調(diào)整通路送到像素輸出,其延遲遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于像素時(shí)鐘率。對任何增益寄存器可執(zhí)行實(shí)時(shí)更新。用戶通過彩色增益寄存器編程單獨(dú)的增益系數(shù)到MCM20027中。

    MCM20027利用I2C接口寫或讀程序控制寄存器。

    模/數(shù)變換器

    ADC是全微分、低功率電路。ADC采用流水線、冗余符號(hào)數(shù)(RSD)算法技術(shù),使其具有適于圖像應(yīng)用的優(yōu)異特性。

    積分噪聲線性度(INL)和微分噪聲線性度(DNL)分別為±1.0和±0.5,無漏碼。輸入電壓分辨率是2.44mV(滿量程2.5Vpp輸入)。通過可編程電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生器可編程ADC的輸入動(dòng)態(tài)范圍。正基準(zhǔn)電壓VREFP和負(fù)基準(zhǔn)電壓VREFM通過基準(zhǔn)電壓寄存器可分別編程為2.5V~1.25V和0V~1.25V,步長為5mV。ADC的缺省范圍是1.9V(對于正基準(zhǔn)電壓)和0.6V(對于負(fù)基準(zhǔn)電壓),因此,提供1.3V峰-峰值信號(hào)的10位數(shù)字變換。

    另外的工作條件

    MCM20027包括初始化,待機(jī)模式和外部基準(zhǔn)電壓輸出,為用戶提供特殊應(yīng)用的靈活性。

    初始化

    INIT輸入引腳控制MCM20027的初始化。以用來保證控制的芯片和系統(tǒng)的啟動(dòng)。通過邏輯高態(tài)輸入保持控制。此狀態(tài)必須保持最小1ms,在芯片進(jìn)行處理前應(yīng)該有1ms“等待期間”,以確保MCM20027運(yùn)行完啟動(dòng)程序和保證所有保持和旁路電容器等達(dá)到它們所需要的穩(wěn)態(tài)值。

    啟動(dòng)期間要完成的任務(wù)包括:利用編程寄存器的復(fù)位和其缺省值的初始化,所有內(nèi)部計(jì)數(shù)器和鎖存器和復(fù)位以及模擬信號(hào)處理鏈路的建立。這也包括置芯片為待機(jī)模式。

    待機(jī)模式

    在不需要MCM20027工作期間,用戶可選擇待機(jī)模式以降低系統(tǒng)功耗。此特性使低功率應(yīng)用中的電池壽命得以延長。

    利用待機(jī)模式,用戶可把動(dòng)態(tài)功耗從大約400mW降到≤50mW。

    加一個(gè)有效高態(tài)信號(hào)到INIT輸入引腳可實(shí)現(xiàn)待機(jī)模式。注意,這也導(dǎo)致芯片初始化。在有效處理模式,置MCM20027輸出為3態(tài),也可降低功耗。

    正、負(fù)基準(zhǔn)電壓

    為簡化系統(tǒng),MCM20027包含所有內(nèi)部產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓和片上偏壓。一個(gè)內(nèi)部產(chǎn)生的差分帶隙穩(wěn)壓器提供所有ADC和其他模擬信號(hào)處理所需的基準(zhǔn)電壓。用戶把CVREFP和CVREFM引腳與0.1μF電容器連接,以便精確地保持偏壓。

    共�；鶞�(zhǔn)電壓

    MCM20027保持芯片上共�；鶞�(zhǔn)電壓到穩(wěn)定值。為了達(dá)到此穩(wěn)定值,VAG、VAGREF和VAGRETURN引腳必須連接兩個(gè)0.1μF電容器。

    內(nèi)部偏置電流控制

    模擬信號(hào)處理(ASP)鏈路具有內(nèi)部產(chǎn)生的偏置電流,使工作功耗達(dá)400mW 用戶可在EXTRESP和EXTRESRTN引腳之間連接一個(gè)電阻器,以降低器件的功耗。