VSP5621 16 位 4 通道 CCD/CMOS 传感器模拟前端技术文档总结

VSP5620/21/22 是高速、高性能的 16 位 具有四个独立采样电路的模数转换器（ADC） 多输出电荷耦合器件（CCD）和互补金属通道 氧化物半导体（CMOS）线传感器。从传感器中提取像素数据 通过采样/保持（SH）或相关双采样器（CDS）电路，且 则 通过ADC转换为数字数据。数据输出可选择低压 差分信令（LVDS）或CMOS模式。
*附件：vsp5621.pdf

VSP5620/21/22 包含可编程增益以支持像素级别 由亮度和内置发光二极管（LED）驱动引起的折变 用来调节亮度。集成的数字转模拟转换器（DAC）可以 用于调整模拟输入信号的偏移电平。此外， 这些设备集成了定时发生器（TG），用于传感器控制 操作。

VSP5620/21/22 的铁芯电压范围为1.65V至1.95V，3.0V电压为3.6V。 V代表I/O。铁芯电压由内置低跌调压器提供 （LDO）。

特性

• • 四通道CCD/CMOS信号：可选择2通道、
    3通道和4通道
  • 电源：仅3.3 V，类型
    （内置LDO，3.3 V至1.8 V）
  • 最大转化率：
    • VSP5620：35 MSPS
    • VSP5621：50 MSPS
    • VSP5622：70 MSPS
  • 16位分辨率
  • CDS/SH 可选择
  • 最大输入信号范围：2.0 V
  • 模拟与数字混合增益：
    • 模拟增益：0.5 V/V 到 3.5 V/V，每
      3/64 V/V 步进
    • 数字增益：1 V/V到2 V/V，每
      1/256 V/V步进
  • 偏移校正DAC：±250 mV，8位
  • 标准LVDS/CMOS可选输出：
    • LVDS：
      • 数据通道：2通道
      • 时钟通道：1通道
      • 8位/7位串行器可选
    • CMOS：4 Bits × 4
  • 定时发生器
    • 快速传输时钟：单信号
    • 慢速传输时钟：一个信号
  • LED驱动：三通道
    • 当前电流：最大60毫安/通道，
      16级/通道
  • 时序调整分辨率：t MCLK /48
  • 输入钳/输入参考电平内部/
    外部可选
  • 参考DAC：0.5 V，1.1 V，1.5 V，2 V
  • SPI：三线串行
  • GPIO：四端口
  • 电源（4通道，LVDS，3.3 V，无LED驱动）：
    • VSP5620：320毫瓦，35 MSPS
    • VSP5621：406毫瓦，50 MSPS
    • VSP5622：523毫瓦，70 MSPS

参数

VSP5621 是德州仪器（TI）推出的一款面向 CCD/CMOS 线传感器的高性价比模拟前端（AFE），集成 16 位 ADC、可编程增益、时序发生器与 LED 驱动，最高采样率 50 MSPS，适用于复印机、传真机、扫描仪等办公自动化设备，支持多通道信号采集与灵活输出配置。

一、芯片基础信息与核心特性

1. 基础规格

• 型号与系列差异 ：属于 VSP5620/21/22 系列，核心差异为最高采样率（VSP5620：35 MSPS；VSP5621：50 MSPS；VSP5622：70 MSPS），功能配置完全一致。
• 供电与温度 ：单 3.3V 供电，内置 LDO 将核心电压转换为 1.8V；I/O 电压范围 3.0V-3.6V，工作温度 0°C 至 85°C，适配办公设备常温工作场景。
• 封装与散热 ：6mm×6mm 48 引脚 VQFN 封装，结到环境热阻未明确标注，底部裸露焊盘需焊接至 PCB 接地平面以优化散热与机械稳定性，MSL 等级 3，支持 260°C 峰值回流焊。

2. 核心性能指标

• 分辨率与采样 ：16 位分辨率，无失码；单通道最高采样率 50 MSPS，支持 2/3/4 通道可配置，适配不同输出接口的传感器。
• 信号输入与增益 ：最大输入信号范围 2.0V；模拟增益 0.5V/V-3.5V/V（步长 3/64 V/V），数字增益 1V/V-2V/V（步长 1/256 V/V），支持混合增益调节以适配不同亮度传感器信号。
• 校正与参考 ：集成 8 位偏移校正 DAC，调节范围 ±250 mV；参考电压支持内部（0.5V/1.1V/1.5V/2V）或外部选择，输入钳位与参考电平可配置。
• 功耗与可靠性 ：4 通道、LVDS 输出、关闭 LED 驱动时，50 MSPS 采样率下功耗 406 mW；RoHS 合规，引脚无铅镀层（FULL NIPDAU），满足环保要求。

二、关键功能模块与核心配置

1. 核心功能模块

• 多通道信号采集 ：
  • 内置 4 个独立采样通道，支持采样保持（SH）或相关双采样（CDS）模式选择，可有效抑制传感器噪声与暗电流影响。
  • 集成时序发生器（TG），提供快速传输时钟与慢速传输时钟各 1 路，支持传感器工作时序控制，时序调整分辨率达tMCLK ​ /48，适配不同传感器时序需求。
• 灵活输出接口 ：
  • 支持 LVDS 与 CMOS 两种输出模式：LVDS 模式为 2 路数据通道 + 1 路时钟通道，可选择 7 位 / 8 位串行化；CMOS 模式为 4 位 ×4 并行输出，适配不同后端数据接收设备。
• 辅助功能集成 ：
  • 内置 3 通道 LED 驱动，每通道最大电流 60 mA，支持 16 级电流调节，可直接驱动传感器补光 LED，调节亮度以优化采样效果。
  • 配备 3 线 SPI 接口用于配置，4 路 GPIO 端口可扩展控制功能，简化系统外围电路设计。

三、应用场景与设计建议

1. 典型应用

• 办公自动化设备 ：复印机、传真机的图像扫描模块，扫描仪的多线传感器信号采集，通过集成 LED 驱动实现补光控制，提升扫描画质。
• 低速率图像采集 ：适用于对采样率要求中等（≤50 MSPS）、分辨率要求较高（16 位）的低成本图像采集场景，替代分立 ADC + 增益放大器的传统方案。

2. 设计注意事项

• 电源与去耦 ：3.3V 供电引脚需就近并联 0.1µF 陶瓷去耦电容，LDO 输出端建议额外配置 1µF 电容，降低电源噪声对模拟信号的干扰。
• 输入与增益配置 ：
  • 模拟输入信号需匹配 2.0V 最大范围，根据传感器输出幅度通过 SPI 配置合适的模拟 / 数字增益，避免信号削波或增益不足。
  • 偏移校正 DAC 可用于补偿传感器暗电流或电路偏移，提升采样精度，建议上电后进行一次校准。
• 布局与接口 ：
  • 模拟信号通道（传感器输入）与数字信号通道（LVDS/CMOS 输出）需严格分区布线，模拟地与数字地共面且单点连接，减少串扰。
  • 底部裸露焊盘需通过过孔连接至 PCB 接地平面，增强散热；LED 驱动引脚需预留足够电流余量，避免驱动能力不足。
• 时序与同步 ：
  • 时序发生器参数需与传感器输出时序匹配，通过 SPI 配置时钟频率与相位，确保采样时序准确；多通道模式下需保证通道间时序同步，避免图像错位。

四、关键配置要点

• 通道与采样配置 ：通过 SPI 选择 2/3/4 通道工作模式，根据传感器输出通道数匹配；采样模式（SH/CDS）需结合传感器类型选择，CDS 模式更适合抑制 CCD 暗电流噪声。
• 输出接口选择 ：低速传输场景可选择 CMOS 并行输出（4 位 ×4），简化接口设计；高速场景（≥30 MSPS）建议选择 LVDS 输出，降低电磁干扰（EMI）。
• LED 驱动配置 ：根据补光需求通过 SPI 调节 LED 驱动电流（16 级），避免过流损坏 LED；多 LED 并联时需注意总电流不超过通道最大 60 mA 限制。