LM98519：10位65 MSPS 6通道成像信号处理器的深度剖析

 

在电子设计领域，成像信号处理一直是备受关注的技术方向。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）推出的LM98519，一款专为数字彩色复印机、扫描仪和其他图像处理应用打造的高性能10位、65 MSPS信号处理解决方案。

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1. 特性与优势

电源与处理特性

LM98519采用3.3V单电源供电，支持CDS或S/H处理，且具备负输入信号极性。其通道速率可达32.5MHz，主机接口引脚还增强了ESD保护，这对于提高设备的稳定性和可靠性至关重要。低功耗CMOS设计和4线串行接口的结合，不仅降低了功耗，还方便了与其他设备的通信。

通道架构与校准功能

2通道对称架构为信号处理提供了高效的解决方案。每个通道都能独立进行增益和偏移校正，同时支持数字黑电平校准和数字白电平校准，确保了图像的色彩准确性和清晰度。可编程输入钳位功能则进一步增强了对输入信号的控制能力。

2. 应用领域

LM98519的应用范围广泛，主要包括数字彩色复印机、扫描仪以及图像处理极性应用。在这些应用中，其高性能的信号处理能力能够有效提升图像的质量和处理效率。

3. 关键规格参数

输入与采样参数

• 最大输入电平：在CDS增益为1.0时，最大输入电平为 - 1.19 Vp - p；CDS增益为2.1时，为 - 0.58 Vp - p。
• 输入采样率：6通道模式下为5至32.5 MSPS，3通道模式下为10至32.5 MSPS。

增益与分辨率参数

• PGA增益范围：1x至10x（0至20 dB），CDS/SH增益设置为1x或2.1x，总通道增益可达1x至20x（0至26 dB）。
• 分辨率：PGA增益分辨率为8位模拟，ADC分辨率为10位，ADC采样率为10至65 MSPS。

其他参数

• SNR：在增益为1x时，SNR可达67.5dB。
• 偏移DAC范围：FDAC为±111 mV或±60 mV，CDAC为±277 mV。
• 电源电压：3.0 V至3.6 V，典型功耗为1.04 W。

4. 详细描述

架构与采样方式

LM98519采用创新的六通道架构，利用相关双采样（CDS）或采样保持（SH）类型采样，实现了高速信号吞吐量。CDS/SH输入级提供1x或2x增益设置，每个通道都配备了1x至10x（8位）的PGA，可精确调整每个通道的增益。

校准与校正功能

数字白电平自动校准环路能够自动设置PGA值，以达到选定的白色目标电平。每个通道还配备了±4位粗调和±10位微调的模拟偏移校正DAC，可在采样保持放大器之前进行偏移校正。这些校正值可通过自动数字黑电平校正环路进行控制。

信号处理与输出

2对1复用方案将信号路由到三个65 - MHz高性能ADC。全差分处理通道具有出色的抗噪能力，噪声底低至 - 67.5 dB。10位模数转换器具有出色的动态性能，确保了图像再现的准确性。

5. 引脚配置与功能

LM98519的引脚配置丰富，涵盖了电源、输入、输出和控制等多个方面。例如，VDDD和VDDA分别为数字和模拟电源，VSSA和VSSO为电源地。输入引脚如OSR1、OSR2等用于连接CCD信号，而输出引脚如DBO - DB9、DGO - DG9、DRO - DG9则用于输出处理后的数字信号。控制引脚如SCLK、SDI、SENB、SDO则用于串行接口的通信。

6. 规格参数详解

绝对最大额定值

在使用LM98519时，需要注意其绝对最大额定值。例如，电源电压范围为 - 0.3至4.2 V，任何引脚（除VREG外）的电压范围为 - 0.3至VDDD + 0.3 V，VREG引脚的电压范围为 - 0.3至2.1 V。输入电流在任何引脚超过电源电压时，应限制在±25 mA以内，最大封装输入电流为50 mA。

处理额定值

存储温度范围为 - 65至150℃，静电放电（ESD）方面，人体模型（HBM）为2500 V，部分引脚可达7500 V，机器模型（MM）为250 V，带电设备模型（CDM）为1000 V。

推荐工作条件

推荐的模拟、数字和输出电源电压范围均为3.0至3.6 V，输出电源电压范围为2.25至VDDD。指定的温度范围为0至70℃。为了确保电源的稳定性，建议使用公共线性电压调节器为三个电源供电。

电气特性

电气特性方面，ADC的分辨率为10位，INL和DNL在不同增益设置下有相应的指标要求。噪声底（SNR）在增益为1x时为67.5 dB，增益为6x时为55 dB。输入采样率和MCLK频率在不同模式下也有明确的规定。

7. 应用与实现

设计要求

在设计过程中，所有电源电压应来自干净的线性稳压器输出，避免使用开关电源。同时，需要注意输入时序信号的要求，如MCLK、CLPIN、BLKCLP等信号的频率和电平范围。

详细设计步骤

1. 电源供应：使用3.3V的模拟、数字和输出电源，建议使用公共LDO稳压器，并采用EMI滤波设备和专用耦合来隔离总线之间的噪声。
2. 输入时序信号：提供符合要求的输入时序信号，如MCLK、CLPIN、BLKCLP等。
3. CCD信号连接：将CCD信号通过0.1 uF电容器交流耦合到AFE输入。
4. 串行控制接口：连接数据处理模块的串行控制接口到LM98519。
5. 数据输出连接：将序列化数据线连接到FPGA或数据处理模块上的芯片。
6. 寄存器配置：根据需要调整和重新配置配置寄存器的设置。

8. 电源供应建议

为了保护OS输入免受传感器电路瞬态的损坏，在芯片刚上电时，可通过设置寄存器0x01的第4位为1来启用保护钳位电路。当OVP启用时，OS输入的最大电压和输入电流规格与绝对最大额定值相同。

9. 布局设计

布局指南

• 使用推荐的电源配置图为设备供电。
• 在每个电源引脚旁边放置去耦电容，并靠近接地平面。
• 使用多层电路板，以方便布线并提供低电感接地平面。
• 注意过孔电感，必要时增加过孔的数量和/或直径以降低电感。
• 在敏感节点下方使用接地平面“禁止区域”，以最小化寄生电容。

布局示例

文档中提供了LM98519的典型应用布局示例，可作为实际设计的参考。

10. 总结

LM98519作为一款高性能的成像信号处理器，具有丰富的特性和出色的性能。在实际应用中，我们需要根据其规格参数和设计要求，合理进行引脚连接、电源供应和布局设计，以充分发挥其优势，实现高质量的图像信号处理。同时，在使用过程中，还需要注意静电放电等问题，确保设备的可靠性和稳定性。各位电子工程师在设计相关产品时，不妨考虑LM98519，相信它会为你的设计带来意想不到的效果。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。