摄影从来都是用光的艺术,是用户与光的一场相遇、相知。光如同一个浪漫的诗人,它漫过青翠的山、轻抚心上人的侧脸、描绘清晨的起舞、黄昏的街角......。
但是电源呢?虽是这个摄影天地里的砖块,默默无闻,不像光那样耀眼,却有举足轻重的作用。
手机摄像成像质量与camera电源质量息息相关,若电源设计有缺陷,即使在开发阶段没有爆出问题,那大概率也会在量产阶段爆发,像秋后算账一样。那时的整改手段就非常有限了,容易陷入被动的境地。
手机摄像头模组需要多个电源来供电,主要包括AVDD(模拟供电)、DVDD(数字供电)、IOVDD(接口供电)、AFVDD(对焦马达供电)、OIS_VDD(光学防抖供电)。

在设计时需要关注电源的电压值、供流能力、效率、纹波、PSRR、稳压精度及上电/断电时序等是否满足camera SPEC要求。此外,每种电源的所侧重的参数又有所不同,下面会讲述到。
AVDD电源
AVDD为camera内部的模拟模块(比如模拟前端、ADC等)供电,常用2.8/1.8V电压。它最为娇气,需要重点关注AVDD电源的纹波与噪声,因为模拟电路对此极其敏感。微小的电压纹波(ripple)和噪声(noise)都可能会耦合到图像信号中,在暗环境下易表现为条纹(Banding) 或噪点(Noise),劣化画质。

为什么是暗环境下?因为环境亮度低时,需要增大曝光时间,增大数字gain,便会容易暴露问题。
当前手机普遍采用“DC-DC + LDO”的混合架构来提供AVDD,用高效的DC-DC将电池电压(系统电压)转换到一个中间电压,再为LDO供电,最终由LDO产生洁净的电压。这种电源架构简单,LDO纹波抑制比(PSRR)高,输出的纹波和噪声极低。缺点是效率低(效率 ≈ Vout / Vin),输入输出压差大时发热严重。但AVDD的负载普遍不大,在效率和噪声之间取得了平衡。

需要选择电源抑制比(PSRR)高的LDO,尤其是在摄像头sensor敏感频段内具有高抑制能力的型号。设计上PSRR至少40dB@100KHz/Imax以上。
LDO的规格书中通常有标明PSRR,也可用矢量网络分析仪实测下PSRR,如下图为某LDO的PSRR。

在实践中,AVDD非常容易导致sensor图像出现条纹,总结case如下:
- 电场耦合:由于AVDD和干扰源布线距离较近,存在寄生电容,干扰就可能通过电场耦合到AVDD上。
- 磁场耦合:由于AVDD靠近功率电感的投影区,而功率电感发射磁场能穿透铜屏蔽层,在AVDD上产生干扰。请注意,磁场干扰在铜屏蔽世界就是能隔山打牛,不受法拉第笼的限制。
- 公共阻抗耦合:AVDD和其他电源共用GND,干扰就可能通过公共阻抗耦合到AVDD上,像搭便车遇到坏人。
因此在PCB布局走线上要小心仔细,避免有拖后腿的现象:
- LDO的走线要短粗,减少寄生电感和电阻。
- 注意包地处理,并且远离大电流走线、高速数字信号、DC/DC开关节点、功率电感、强磁场器件等强干扰源,远离天线馈点、天线回流地、天线投影区。
- 注意单独下主地,去耦电容(Decoupling Capacitor)的放置及走线也很重要。
DVDD电源
DVDD,数字电源,给模组内部数字模块供电,常用2.8/1.8/1.1/1.05/1.2V。对电源的需求为较大的电流输出能力、瞬态能力,对噪声的要求没那么严格(与AVDD相比)。
模组内部ISP等数字模块吃电很猛、功耗最高,不仅抽载电流较大,而且是瞬态抽载,比如相机上电瞬间、预览和拍照状态切换等场景。因此需要DVDD电源有快速的动态响应(Fast Transient Response)能力,避免电压骤降(Voltage Sag)导致系统复位或功能异常。
如何摸底DVDD电源的负载瞬态响应是否符合要求呢?可进行负载调整率测试,Load regulaion,或者称Load Transient。
负载调整率是指在负载变化下的输出电压变化,这里的负载变化通常是从小负载到满负载,负载调整率的方程式和波形如下所示。


此外还需要关注DVDD电源的效率,DVDD是耗电大户,尤其在高清视频录制时,高效的电源设计能延长续航,减少发热。DVDD通常由低压差LDO供电。
IOVDD电源
I/O的电源,接口模块供电,对噪声不敏感,耗电也小,常用1.8V供电。
AFVDD电源
AF是auto focus,自动对焦的缩写,该电源用于驱动AF模块内部的马达(音圈电机)。其供电电压、电流输出能力由音圈电机决定,通常由LDO供电,为3V左右的电压,LDO的选型并不苛刻。
OIS_VDD电源
OIS供电。OIS,Optical Image Stabilizer的缩写,意为光学防抖。如果没有OIS,你在拍照时手抖了,那么照片就会糊掉,拍摄对象越远,或者进行放大拍摄(变焦),就越容易发生这种事情。
OIS可以让你的摄影体验更好,当前较多的智能手机上都在相机上集成了该功能,但手机上的摄像头很多,通常在主摄上才会集成OIS功能。
该电源用于驱动OIS模块内部的马达,其供电电压、电流输出能力由OIS马达决定,可参考马达规格书。