0 引言

    智能時(shí)代的加速到來(lái)為安防行業(yè)注入了新的活力，隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的圖像和語(yǔ)音質(zhì)量也提出了更高的要求。

    作為系統(tǒng)的電源管理芯片，LDO(Low Dropout Linear Regulator)相比于DC/DC電路，具有低壓差、低噪聲、高PSRR(Power Supply Rejection Ratio)、外圍電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。鑒于安防監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)全頻段的噪聲非常敏感，高性能的LDO可以提供完美的解決方案^[1]。

1 安防監(jiān)控系統(tǒng)方案

    本文以網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)IP CAMERA(簡(jiǎn)稱IPC)為例，介紹安防監(jiān)控系統(tǒng)方案。

    網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是一種結(jié)合傳統(tǒng)攝像機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所產(chǎn)生的新一代攝像機(jī)，它可以將影像通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳至地球另一端，且遠(yuǎn)端的瀏覽者不需用任何專(zhuān)業(yè)軟件，只要標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器(如Microsoft IE或Netscape)即可監(jiān)視其影像。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)一般由鏡頭、圖像/聲音傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、圖像/聲音/控制器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、外部報(bào)警、控制接口等部分組成。網(wǎng)絡(luò)編碼模塊將模擬攝像機(jī)采集到的模擬視頻信號(hào)編碼壓縮成數(shù)字信號(hào)，從而可以直接接入網(wǎng)絡(luò)交換及路由設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)內(nèi)置一個(gè)嵌入式芯片，采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

    IPC的設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，系統(tǒng)方案由嵌入式主控芯片、電源管理、光學(xué)傳感器、存儲(chǔ)器、音頻電路、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路和接口部分組成。

    從圖1可以看到IPC電源管理部分的設(shè)計(jì)。通過(guò)一個(gè)DC/DC電路(開(kāi)關(guān)電源)將12 V直流供電轉(zhuǎn)換成3.3 V后，需要多路LDO提供不同電壓的輸出，給系統(tǒng)的數(shù)字電源、模擬電源、主芯片的內(nèi)核以及IO供電。

    IPC系統(tǒng)中采用了多路LDO進(jìn)行供電，在安防監(jiān)控系統(tǒng)中，對(duì)圖像和語(yǔ)音的質(zhì)量有較高的要求，因此對(duì)于噪聲尤為敏感，所以需要選用高性能的LDO為系統(tǒng)供電或者提供參考電壓。

2 LDO在安防監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵指標(biāo)

    LDO的關(guān)鍵指標(biāo)有輸出精度、輸入輸出最小壓差、負(fù)載調(diào)整率、線性調(diào)整率、瞬態(tài)響應(yīng)、溫度特性等，其中安防監(jiān)控系統(tǒng)中比較敏感的指標(biāo)是底噪和PSRR。

    LDO輸出端的噪聲由兩部份組成，一部分來(lái)自LDO的輸入端，由前級(jí)電路引入；另外一部分來(lái)自LDO本身。由輸入端引入的噪聲可以通過(guò)提高LDO的電源抑制比(PSRR)來(lái)解決，LDO內(nèi)部電路產(chǎn)生的噪聲即LDO的低噪，可以通過(guò)優(yōu)化LDO的設(shè)計(jì)，采用低噪聲的帶隙基準(zhǔn)或者引入前饋電容來(lái)優(yōu)化輸出底噪^[2]。

    圖2和圖3分別為通用LDO的噪聲頻譜和低噪聲LDO的噪聲頻譜。低噪LDO在音頻頻譜內(nèi)(20 Hz～20 kHz)有更好的表現(xiàn)。

    在帶有音頻信號(hào)處理的安防監(jiān)控系統(tǒng)中，LDO會(huì)用來(lái)給麥克前級(jí)電路提供偏置電壓。由于麥克微弱的信號(hào)在系統(tǒng)中會(huì)經(jīng)過(guò)放大和A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換，因此LDO在音頻范圍內(nèi)(20 Hz～20 kHz)的底噪的差異會(huì)對(duì)編解碼后的數(shù)字音頻輸出產(chǎn)生較大的影響。

    圖4和圖5為通用LDO的PSRR和高性能LDO的PSRR頻率曲線。由于安防監(jiān)控系統(tǒng)在電源管理模塊中第一級(jí)電壓轉(zhuǎn)換采用開(kāi)關(guān)電源的輸出作為后級(jí)LDO的輸入，因此LDO的電源輸入端會(huì)存在較大的噪聲，高PSRR的LDO可以為后級(jí)電路提供純凈的電源或者電壓基準(zhǔn)，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的噪聲^[3-6]。

    高性能LDO的PSRR曲線在音頻端(20 Hz～20 kHz)的表現(xiàn)決定了IPC系統(tǒng)輸出的音頻噪聲。圖像傳感器的動(dòng)態(tài)負(fù)載范圍在1 000 kHz到1 MHz之間。因此，在較高頻率下，高的PSRR可改善圖像質(zhì)量^[7]。

3 IPC系統(tǒng)的音頻噪聲測(cè)試

    在IPC系統(tǒng)中，LDO輸出端的噪聲決定了監(jiān)控系統(tǒng)音頻和視頻輸出端的噪聲。為了降低噪聲，系統(tǒng)采用了一路單獨(dú)的LDO為麥克輸入信號(hào)提供電壓偏置，以音頻為例對(duì)LDO在IPC系統(tǒng)中的表現(xiàn)作對(duì)比測(cè)試。

    LDO輸出噪聲由兩部分組成，即LDO的本底噪聲和LDO輸入電源端的噪聲。圖6為開(kāi)關(guān)電源輸出噪聲，即LDO的電源輸入端的噪聲。

    從圖6中可以看到，LDO的輸入端在低頻端有較大的噪聲，這對(duì)于LDO的電源抑制性能是很大的考驗(yàn)。

    在IPC的解碼后的音頻輸出端進(jìn)行測(cè)試，采用通用的LDO會(huì)在音頻輸出端得到較大的噪聲，噪聲的頻譜特性如圖7所示。

    從圖7中可以看到，IPC系統(tǒng)解碼后的音頻輸出在20 Hz～4 000 Hz頻率范圍內(nèi)存在較大噪聲。

    選用低噪聲、高PSRR的高性能LDO，會(huì)改善IPC系統(tǒng)的音頻輸出噪聲。圖8為高性能LDO在IPC中的音頻輸出噪聲頻譜。

    從圖8中可以看到，20 Hz～4 000 Hz頻率范圍內(nèi)的系統(tǒng)輸出噪聲有了明顯改善。

4 結(jié)論

    隨著萬(wàn)物互聯(lián)和智能終端的普及，LDO得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，僅以IPC系統(tǒng)為例，就用到了5路LDO作為電源或者提供偏置電壓。隨著主控芯片的不斷升級(jí)和系統(tǒng)的復(fù)雜度不斷提高，低噪聲、高PSRR的LDO會(huì)成為電源管理芯片的主流，得到更加廣泛的應(yīng)用。

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作者信息:

阮  頤，王  甲，張兵兵

(上海貝嶺股份有限公司，上海200233)