高性能LDO在安全监控系统中的应用

发布时间:2020-05-01 08:48:10

随着智能城市和智能终端的快速发展,安全监控系统得到了广泛的应用,对电源管理芯片也提出了越来越高的要求。LDO(low dropout linear regulator)作为一种低功耗的线性稳压器,以其低噪声、高电源抑制比、外围设备简单等优点,已经成为一种理想的电源管理方案,能够满足对噪声非常敏感的安防监控系统的要求。介绍了高性能LDO在安全监控中的应用,LDO的关键技术指标及其对安全监控系统的影响。

随着智能城市和智能终端的快速发展,安全监控系统得到了广泛的应用,对电源管理芯片也提出了越来越高的要求。LDO(low dropout linear regulator)作为一种低功耗的线性稳压器,以其低噪声、高电源抑制比、外围设备简单等优点,已经成为一种理想的电源管理方案,能够满足对噪声非常敏感的安防监控系统的要求。介绍了高性能LDO在安全监控中的应用,LDO的关键技术指标及其对安全监控系统的影响。

随着通信技术的飞速发展,人们对监控系统的图像和语音质量提出了更高的要求。

LDO(low dropout linear regulator)作为系统的电源管理芯片,与DC/DC电路相比,具有电压差小、噪声低、电源抑制比高、外围电路简单等特点。由于安全监控系统对整个频段的噪声非常敏感,高性能的LDO可以提供完美的解决方案[1]。

本文以网络摄像机IPcamera为例,介绍了安全监控系统的设计方案。

网络摄像机是传统摄像机和网络技术相结合的新一代摄像机。它可以通过网络将图像传输到地球的另一端,只要标准的web浏览器(如Microsoft IE或Netscape)能够监控其图像,远程查看器就不需要任何专业软件。网络摄像机一般由镜头、图像/声音传感器、a/D转换器、图像/声音/控制器网络服务器、外部报警、控制接口等部分组成。网络编码模块将模拟摄像机采集的模拟视频信号编码压缩成数字信号,直接接入网络交换和路由设备。摄像头内置嵌入式芯片,采用嵌入式实时操作系统。

工控机的设计框图如图1所示。系统方案由嵌入式主控芯片、电源管理、光传感器、存储器、音频电路、电机驱动电路和接口部分组成。

在工控机系统中,采用多路LDO作为电源。在安防监控系统中,对图像和语音质量要求很高,对噪声特别敏感,因此需要选择高性能的LDO为系统提供电源或参考电压。

LDO的关键指标包括输出精度、最小输入输出压差、负载调整率、线性调整率、瞬态响应、温度特性等,其中安全监控系统的敏感指标是底层噪声和PSRR。

LDO输出端的噪声由两部分组成,一部分来自LDO输入端,另一部分来自LDO本身。通过提高LDO的PSRR,可以解决输入端引入的噪声问题。LDO内部电路产生的噪声,即LDO的低噪声,可以通过优化LDO的设计、采用低噪声的带隙基准或引入前馈电容来优化输出底噪声[2]。

分别显示了一般LDO和低噪声LDO的噪声谱。低噪声LDO在音频频谱(20Hz~20kHz)上有较好的性能。

在带有音频信号处理的安全监控系统中,LDO将用于向麦克风的前电路提供偏置电压。由于系统中麦克风的微弱信号会被放大,a/D(模拟到数字)转换,所以LDO在音频范围(20Hz-20KHz)内的底噪差对编解码后的数字音频输出影响较大。

一般LDO和高性能LDO的PSRR频率曲线。在电源管理模块中,安全监控系统的一级电压转换采用开关电源的输出作为后续级LDO的输入,因此LDO的电源输入端会有较大的噪声。高PSRR的LDO可以为后续的电平电路提供纯电源或电压参考,从而降低整个系统的噪声[3-6]。

高性能LDO在音频终端(20Hz~20kHz)的PSRR曲线性能决定了IPC系统的输出音频噪声。图像传感器的动态负载范围在1000khz到1MHz之间。因此,在较高的频率下,较高的PSRR可以提高图像质量[7]。

在工控机系统中,LDO输出端的噪声决定了监控系统音视频输出端的噪声。为了降低噪声,系统使用单独的LDO为麦克风输入信号提供电压偏置。以音频为例,对LDO在IPC系统中的性能进行了比较和测试。

LDO的输出噪声由LDO的背景噪声和LDO的输入功率噪声两部分组成。图6显示了开关电源的输出噪声,即LDO的电源输入噪声。

LDO的输入在低频端有很大的噪声,这对LDO的功率抑制性能是一个很大的考验。

IPC解码后,对音频输出进行测试。如果采用通用LDO,音频输出会产生较大的噪声。噪声的频谱特性如图7所示。

IPC系统解码后的音频输出在20hz-4000hz的频率范围内噪声较大。

选择低噪声、高PSRR的LDO可以提高IPC系统的音频输出噪声。图8显示了IPC中高性能LDO的音频输出噪声谱。

在20Hz到4000Hz的频率范围内,系统输出噪声得到了显著改善。

随着物联网和智能终端的普及,LDO得到了越来越广泛的应用。以工控机系统为例,采用五个ldo作为电源或提供偏置电压。随着主控芯片的不断升级和系统复杂度的不断提高,低噪声、高PSRR的LDO将成为电源管理芯片的主流并得到广泛应用。