高分辨率、高帧率 CMOS 图像传感器供电方案设计挑战

摘要

设计适配高分辨率、高帧率 CMOS 图像传感器的 LDO/DC‑DC/PMIC 电源系统，需要充分理解供电设计的各类关键挑战。不同像素规格（800 万像素与 5000 万像素）、不同帧率（30 fps、60 fps、120 fps）对电源要求差异显著，同时还要明确不同工作频率下对电源抑制比（PSRR）的指标需求。本文梳理 CMOS 图像传感器供电方案设计前期需要考量的核心要点。

前言

像素、分辨率与像素晶体管架构

主流像素晶体管架构包含 3T、4T、5T 结构。以 4T 四晶体管像素为例：光电二极管完成光电转换，配合行列选择开关；采用源跟随放大器驱动列总线，避免干扰光电二极管读取。像素按行依次读出，电荷存入列电容，再经由列解码器、多路复用器输出信号。

帧与行切换

CMOS 图像传感器电源轨

1. AVDD 模拟电源轨：典型 2.8 V，对噪声最为敏感；
2. DOVDD 接口电源轨：2.8 V / 1.8 V；
3. DVDD 数字电源轨：1.8 V / 1.2 V。

电源抑制比 PSRR

• LDO 反馈环路主要管控100 kHz 以内的 PSRR 性能；
• 高于 100 kHz 频段，依靠无源器件选型、PCB 布局布线实现噪声抑制。

高分辨率（50‑200MP）、高帧率图像传感器选型要求：

低频段（≤10 kHz）PSRR＞90 dB；1‑3 MHz 频段 PSRR＞45 dB，以此抑制行、帧切换带来的纹波干扰。

传感器帧 / 行速率与电源动态负载

LDO 输出噪声

总结

1. 根据目标帧率计算对应工作频率，确定 PSRR 指标；
2. 结合传感器 SNR 指标，确定 LDO 输出噪声 RMS 要求；
3. 选用高频 PSRR 优异、低输出噪声的 LDO；
4. 搭配阻抗特性匹配的无源器件，优化 PCB 布局；
   最终降低电源纹波，消除图像上的水平波纹噪声，实现高分辨率高帧率图像传感器稳定工作。