電源管理IC如何應用在影像感測器設計?
作者 : Oleh Lastovetskyi，瑞薩電子應用工程師
若設計者需求高品質的供電，又要節省電路板空間，電源管理IC(Power Management IC, PMIC)將是相當好的解決之道。本文將闡述PMIC如何導入影像感測器的應用，以及導入後的效益為何。
現代電子裝置通常在電源端會另外設置類比電路，尤其在消費性電子、車用、醫療及智慧家庭等場域應用的裝置中，特別常見。為建構更好的電源電路，會讓相關裝置著力於功能及功率消耗時，得做更有效地空間利用。
因此，在電路設計時，選用更先進的感測器或類比電源元件，以及穩定的供電來源以實現所想要的系統表現，顯得格外重要。若設計者需求高品質的供電，又要節省電路板空間，電源管理IC(Power Management IC, PMIC)就成為相當好的解決之道。
一般來說，PMIC提供如高效能線性穩壓器(LDO)、電源序列檢測器、溫度感測器及多種保護機制，讓工程師能用以取代其他IC，使得產品體積變得更小，開發流程也更為簡潔。該如何將PMIC應用於影像感測相關應用產品的設計，以下提供設計案例：
PMIC在影像感測產品上的應用
影像感測器結合PMIC做設計，在手機、機器人、擴增實境(AR)穿戴裝置等消費性電子應用很常看到，原因在影像感測器往往會因考量功耗，以及輸出訊號雜訊和電源電壓抑制比(power supply rejection ratio, PSRR)等品質因素，使其電源配置的設計上變得更為複雜。
合適的電源序列，是其中一個避免感測器故障並能確保系統可靠度的方法，一般來說，影像感測器上最常見的做法，則是由電源序列器管理PMIC。這裡所指的序列器，可能會是一顆實體IC，或是主控制器的其中一部分。儘管一樣會占空間，但這樣的作法確實比使用LDO IC等分離式元件來得更省空間。
獨立序列器如何作業
下列舉瑞薩電子(Renesas)的PMIC SLG51002搭配獨立電源序列器，控制兩個影像感測器的例子說明。SLG51002提供基於時序的分離式電源序列器功能，並支援來自輸出入接腳、I2C傳輸介面等訊號做事件觸發。
本案例中，導入SLG51002主要的功用包括用以降低微控制器(MCU)的負擔，以及降低韌體的複雜度。兩個影像感測器，分別由MCU的輸出入接腳3(GPIO 3)及輸出入接腳4(GPIO 4)控制觸發，兩個影像感測器的供電則是各自獨立。MCU能藉由連接到感測器1的輸出入接腳(GPIO 1)，以及連接到感測器2的接腳2(GPIO 2)，可得知LDO的狀態，並透過I2C傳輸介面讀出數據。
感測器1的時序，經由PMIC連接包括四組LDO，狀態旗標連接MCU GPIO 1；感測器2的時序，則有三組電源供應直接連接至Delay計數器，狀態旗標連至MCU GPIO 2。當感測器啟動時，LDO依序由1到4被啟動，每個LDO啟動的間隔時間約10毫秒(ms)，一旦所有LDO皆已啟動，狀態旗標腳位會接收來自GPIO1的訊號，由low轉為high；當感測器關閉，GPIO1先由high轉low，接著來源腳由4到1以間隔時間10ms依序關閉。
圖1：PMIC做為感測器1的電源序列器。 (來源：瑞薩)
圖2：感測器2直接連接到計數器。 (來源：瑞薩)
感測器2連接到LDO的時序，直接設定了10ms、20ms及30ms的延遲時間，當其啟動時，LDO經過延遲才依序被啟動，啟動完畢後，連接到GPIO2的腳位未再連接延遲，因此狀態旗標腳位GPIO2很快就由low轉為high；反之，當感測器2關閉，GPIO2先由high轉low，接著陸續關閉LDO。不同架構的感測器1及感測器2，啟閉情形如下圖3。
圖3：有接上電源序列器的感測器1及接上計數器的感測器2啟閉情形。 (來源：瑞薩)
上述的案例，顯見出原先因多個獨立供電來源呈現出較為複雜的時序控制架構，透過一顆PMIC的方案可有效處理，且呈出相同的結果。使用PMIC確實可省下電路板空間，減少功率消耗，同時對終端產品的成本優化也會有所助益。
編譯：Ryan Tsai
(參考原文：How PMICs operate in image sensor-based designs，by Oleh Lastovetskyi)
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