【導讀】色散譜應用中的圖像傳感需要超低噪聲和高比特率的線性陣列圖像傳感器，以實現(xiàn)高靈敏度和高速測量。為了降低探測器的暗噪聲并進一步提高測量靈敏度，需要一個熱電冷卻器(TEC)。為達到這些要求，還需要高性能電子器件來與傳感器接口。
從傳感器采樣數(shù)據(jù)需要具有低噪聲、且快速建立時間的放大器和低噪聲精密模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。TEC需要精密電流控制和限壓，以便精確控制溫度。電源管理電子器件必須能夠提供TEC所需的高功率，以及采樣電路所需的低噪聲。最后，良好的PCB布局對于避免大功率電源的開關(guān)信號對精密采樣電子器件的磁耦合或傳導耦合干擾至關(guān)重要。
利用分立電子器件設計一個系統(tǒng)來與這些復雜的高性能傳感器連接，這在過去一直是一個挑戰(zhàn)，需要仔細權(quán)衡尺寸、復雜度與性能。Hamamatsu Photonics, Inc.和ADI公司認為這是一個機會，于是結(jié)合各自專業(yè)知識來為Hamamatsu G920x InGaAs線性圖像傳感器系列創(chuàng)建參考設計，其中Hamamatsu提供傳感器和系統(tǒng)組件，ADI公司設計模擬前端(AFE)板。
該參考設計允許通過FMC連接器連接到FPGA承載卡進行模塊化評估。ADI公司的μModule穩(wěn)壓器用于為設計中最具挑戰(zhàn)性的布局部分提供緊湊、優(yōu)化的布局。例如，LTM8053μModule降壓調(diào)節(jié)器將磁性元件集成到內(nèi)部布局中，大大降低了電磁噪聲。通過提供緊湊優(yōu)化的布局并減少器件數(shù)量，這些高集成度產(chǎn)品還能實現(xiàn)更小的解決方案，而不會影響性能。
圖1.圖像傳感器參考設計簡化框圖
有三個關(guān)鍵的高集成度產(chǎn)品助力實現(xiàn)這一緊湊的高性能AFE設計：
ADAQ7980是一款單芯片、高性能、16位、1 MSPS SAR ADC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模塊。ADAQ7980采用高精度SAR ADC，并集成ADC驅(qū)動器、基準電壓緩沖器、LDO穩(wěn)壓器、精密無源器件和去耦元件。
ADN8835是一款精密TEC控制器，集成了3A功率FET管。ADN8835可精確控制傳感器的溫度，無需外部分立功率FET管。
LTM8053是一款超低噪聲3.5A Silent Switcher® μModule降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器。LTM8053將開關(guān)控制器、功率開關(guān)、電感和所有支持元件集成到一個緊湊封裝中，以實現(xiàn)最佳噪聲性能。
這些產(chǎn)品展示了ADI公司高集成度產(chǎn)品的關(guān)鍵特性，包括降低BOM復雜性和減小電路板空間，通過消除關(guān)鍵電路中的電路板級寄生效應來優(yōu)化性能，以及通過提供集成更多信號鏈的性能規(guī)格的器件來減少系統(tǒng)誤差和不確定性。完整AFE解決方案還包括ADI公司的其他高性能器件，例如ADR4550精密基準電壓源和ADA4807高速精密放大器。AFE還能將LTM8053和ADN8835的時鐘與提供給傳感器和ADAQ7980的采樣時鐘同步。
圖2.ADI公司開發(fā)的InGaAs陣列傳感器接口板俯視圖
ADI公司與Hamamatsu Photonics, Inc.合作，為Hamamatsu G920x線性陣列NIR/SWIR InGaAs圖像傳感器系列開發(fā)高性能參考設計。這些線性陣列InGaAs圖像傳感器具有高采樣速度，并集成了TEC來給光學探測器散熱，支持超低噪聲操作。這使其成為高性能NIR/SWIR光譜應用（如天然氣和礦物鑒定）的絕佳選擇。ADI的AFE板旨在與這些傳感器接口，高集成度產(chǎn)品使其具有高性能且尺寸緊湊。
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