色散谱应用中的图像传感需要超低噪声和高比特率的线性阵列图像传感器,以实现高灵敏度和高速测量。为了降低探测器的暗噪声并进一步提高测量灵敏度,需要一个热电冷却器(TEC)。为达到这些要求,还需要高性能电子器件来与传感器接口。从传感器采样数据需要具有低噪声、且快速建立时间的放大器和低噪声精密模数转换器(ADC)。TEC 需要精密电流控制和限压,以便精确控制温度。电源管理电子器件必须能够提供 TEC 所需的高功率,以及采样电路所需的低噪声。最后,良好的 PCB 布局对于避免大功率电源的开关信号对精密采样电子器件的磁耦合或传导耦合干扰至关重要。

 

利用分立电子器件设计一个系统来与这些复杂的高性能传感器连接,这在过去一直是一个挑战,需要仔细权衡尺寸、复杂度与性能。Hamamatsu Photonics, Inc. 和 ADI 公司认为这是一个机会,于是结合各自专业知识来为 Hamamatsu G920x InGaAs 线性图像传感器系列创建参考设计,其中 Hamamatsu 提供传感器和系统组件,ADI 公司设计模拟前端(AFE)板。该参考设计允许通过 FMC 连接器连接到 FPGA 承载卡进行模块化评估。ADI 公司的μModule®稳压器用于为设计中最具挑战性的布局部分提供紧凑、优化的布局。例如,LTM8053μModule 降压调节器将磁性元件集成到内部布局中,大大降低了电磁噪声。通过提供紧凑优化的布局并减少器件数量,这些高集成度产品还能实现更小的解决方案,而不会影响性能。

 

图 1. 图像传感器参考设计简化框图

 

有三个关键的高集成度产品助力实现这一紧凑的高性能 AFE 设计:

 

  ADAQ7980 是一款单芯片、高性能、16 位、1 MSPS SAR ADC 数据采集系统模块。ADAQ7980 采用高精度 SAR ADC,并集成 ADC 驱动器、基准电压缓冲器、LDO 稳压器、精密无源器件和去耦元件。

 

  ADN8835 是一款精密 TEC 控制器,集成了 3 A 功率 FET 管。ADN8835 可精确控制传感器的温度,无需外部分立功率 FET 管。

 

  LTM8053 是一款超低噪声 3.5 A Silent Switcher® μModule 降压型开关稳压器。LTM8053 将开关控制器、功率开关、电感和所有支持元件集成到一个紧凑封装中,以实现最佳噪声性能。

 

这些产品展示了 ADI 公司高集成度产品的关键特性,包括降低 BOM 复杂性和减小电路板空间,通过消除关键电路中的电路板级寄生效应来优化性能,以及通过提供集成更多信号链的性能规格的器件来减少系统误差和不确定性。完整 AFE 解决方案还包括 ADI 公司的其他高性能器件,例如 ADR4550 精密基准电压源和 ADA4807 高速精密放大器。AFE 还能将 LTM8053 和 ADN8835 的时钟与提供给传感器和 ADAQ7980 的采样时钟同步。

 

图 2.ADI 公司开发的 InGaAs 阵列传感器接口板俯视图

 

总之,ADI 公司与 Hamamatsu Photonics, Inc. 合作,为 Hamamatsu G920x 线性阵列 NIR/SWIR InGaAs 图像传感器系列开发高性能参考设计。这些线性阵列 InGaAs 图像传感器具有高采样速度,并集成了 TEC 来给光学探测器散热,支持超低噪声操作。这使其成为高性能 NIR/SWIR 光谱应用(如天然气和矿物鉴定)的绝佳选择。ADI 公司的 AFE 板旨在与这些传感器接口,ADI 公司的高集成度产品使其具有高性能且尺寸紧凑。欲了解更多信息,包括该解决方案的完整设计文件和文档,请访问 Hamamatsu 网站。