深入剖析LM98555：高性能CCD驱动芯片的卓越之选

 

在电子工程领域，CCD（电荷耦合器件）驱动电路的性能对成像系统的质量起着决定性作用。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）推出的LM98555，一款专为CCD驱动应用量身打造的高度集成驱动电路。

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一、LM98555的特性亮点

1. 高度集成设计

LM98555将25个不同驱动强度的驱动器集成到一个芯片中，为CCD驱动提供了完整的解决方案。这种单芯片集成设计不仅节省了电路板空间，还实现了对这一高要求应用的最佳偏斜控制。

2. 专为CCD负载设计的高强度驱动器

• 可调节时钟驱动强度：能够根据实际应用需求灵活调整时钟驱动强度，以适应不同的CCD负载。
• 确保偏斜规格：严格保证输出信号的偏斜规格，为CCD提供稳定、精确的驱动信号。
• 独立的输入和输出电源：这种设计有助于提高电路的稳定性和抗干扰能力。
• CMOS工艺技术：采用先进的CMOS工艺，具有低功耗、高集成度等优点。

3. 强大的功率处理能力

采用64引脚HTSSOP封装，具有扩展的功率处理能力，能够满足高功率应用的需求。

二、关键规格参数

1. 电源电压

• 输入电源电压范围为3.0V至5.5V。
• 驱动器电源电压范围为4.5V至5.8V。

2. 输出偏斜

P1A和P2A输出之间的最大输出偏斜为0.5ns，确保了输出信号的同步性。

3. 最大功率处理

芯片的最大功率处理能力为2.0W，在高负载情况下仍能稳定工作。

三、引脚描述

1. 驱动输入引脚

包括P2BIN、RSIN、CPIN等多个输入引脚，用于接收CMOS逻辑输入信号，为不同的驱动器提供控制信号。

2. 驱动输出引脚

有SHDOUT、MCLOUT、AFEOUT等多种输出引脚，根据输入信号输出相应的驱动信号，驱动CCD的不同部分。

3. 逻辑输入引脚

EN0和EN1为驱动器使能控制引脚，可用于禁用部分P1A和P2A驱动器，以优化驱动能力。

4. 电源和接地引脚

VDDI为预驱动器的电源引脚，VDDo为末级驱动器的电源引脚，GND和GNDo分别为不同电路部分的接地引脚。

四、电气特性

1. 直流电气特性

在特定测试条件下，对逻辑输入电流、输入阈值、输入阈值滞后等参数进行了详细规定，确保芯片在直流工作状态下的稳定性和准确性。

2. 交流电气特性

规定了不同输出引脚的传播延迟、延迟偏斜等参数，保证芯片在交流信号处理时的性能。

五、应用信息与设计要点

1. 热管理

• 严格遵守功率耗散限制：由于LM98555具有多个高强度驱动器，在设计时必须严格控制芯片的工作条件，如负载、电源、并行驱动器数量和工作频率等，以确保不超过最大功率耗散限制。
• 热特性参考：通过特定条件下的热特性测试，为设计人员提供了参考。例如，在特定尺寸的4层PCB上进行测试，通过过孔将散热垫连接到内部接地层，可有效提高散热性能。

2. 功率耗散计算

芯片的功率耗散主要由负载电容、寄生电容和泄漏电流等因素决定。其中，负载电容的切换是功率耗散的主要原因，可通过公式P = Sum[Output Frequency x Load Capacitance x Output Voltage Squared]（对所有输出求和）来计算。

3. 输入信号设计

• 匹配走线长度：对于需要低偏斜的定时信号，如P1A和P2A信号，应仔细匹配走线长度。在某些应用中，P2B信号的走线也需要精心设计。
• 控制走线形状和宽度：合理控制走线的形状和宽度，以确定走线的特性阻抗，提高信号的抗干扰能力。同时，可在源端使用串联电阻进行信号端接，减少信号的过冲和振铃。

4. 输出连接和负载示例

• 优化驱动强度：P1Aoutx和P2Aoutx输出可选择性启用，以提供2、4、6或8个驱动器，根据传感器和应用需求优化驱动强度。
• 设计输出信号走线：输出信号走线应设计为具有已知阻抗，并在每个输出端串联源端接电阻，以实现与走线特性阻抗的良好匹配。多个输出信号应在端接电阻之后合并，并通过EMI型铁氧体磁珠，以提高CCD的传输效率。

5. 选择性驱动器启用

通过EN1和EN0引脚，用户可以根据应用需求仅启用所需的驱动器，消除不必要的输出切换，减少功耗。

6. 电源供应时序

在设备上电和下电过程中，必须确保VDDI小于(VDDO + 0.2V)，以防止内部ESD保护电路中出现过大电流。

7. 电源和接地设计

使用平面而非走线来设计电源和接地，可降低电气和热阻抗，减少接地反弹和振铃，最小化电磁辐射，提高热性能。

8. EMI管理

通过适当的输出信号源端接、限制输出走线长度、确保充足的电源去耦、提供电源和接地平面以及使用最少数量的输出等措施，实现良好的EMI控制。

六、总结

LM98555以其高度集成的设计、卓越的电气性能和丰富的应用特性，成为CCD驱动应用的理想选择。在实际设计中，电子工程师需要充分考虑芯片的各项特性和设计要点，以确保系统的稳定性和性能。你在使用类似芯片时遇到过哪些挑战？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。