在電子設計領域，成像信號處理一直是備受關注的技術方向。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）推出的LM98519，一款專為數字彩色復印機、掃描儀和其他圖像處理應用打造的高性能10位、65 MSPS信號處理解決方案。

文件下載：lm98519.pdf

1. 特性與優勢

電源與處理特性

LM98519采用3.3V單電源供電，支持CDS或S/H處理，且具備負輸入信號極性。其通道速率可達32.5MHz，主機接口引腳還增強了ESD保護，這對于提高設備的穩定性和可靠性至關重要。低功耗CMOS設計和4線串行接口的結合，不僅降低了功耗，還方便了與其他設備的通信。

通道架構與校準功能

2通道對稱架構為信號處理提供了高效的解決方案。每個通道都能獨立進行增益和偏移校正，同時支持數字黑電平校準和數字白電平校準，確保了圖像的色彩準確性和清晰度。可編程輸入鉗位功能則進一步增強了對輸入信號的控制能力。

2. 應用領域

LM98519的應用范圍廣泛，主要包括數字彩色復印機、掃描儀以及圖像處理極性應用。在這些應用中，其高性能的信號處理能力能夠有效提升圖像的質量和處理效率。

3. 關鍵規格參數

輸入與采樣參數

• 最大輸入電平：在CDS增益為1.0時，最大輸入電平為 - 1.19 Vp - p；CDS增益為2.1時，為 - 0.58 Vp - p。
• 輸入采樣率：6通道模式下為5至32.5 MSPS，3通道模式下為10至32.5 MSPS。

增益與分辨率參數

• PGA增益范圍：1x至10x（0至20 dB），CDS/SH增益設置為1x或2.1x，總通道增益可達1x至20x（0至26 dB）。
• 分辨率：PGA增益分辨率為8位模擬，ADC分辨率為10位，ADC采樣率為10至65 MSPS。

其他參數

• SNR：在增益為1x時，SNR可達67.5dB。
• 偏移DAC范圍：FDAC為±111 mV或±60 mV，CDAC為±277 mV。
• 電源電壓：3.0 V至3.6 V，典型功耗為1.04 W。

4. 詳細描述

架構與采樣方式

LM98519采用創新的六通道架構，利用相關雙采樣（CDS）或采樣保持（SH）類型采樣，實現了高速信號吞吐量。CDS/SH輸入級提供1x或2x增益設置，每個通道都配備了1x至10x（8位）的PGA，可精確調整每個通道的增益。

校準與校正功能

數字白電平自動校準環路能夠自動設置PGA值，以達到選定的白色目標電平。每個通道還配備了±4位粗調和±10位微調的模擬偏移校正DAC，可在采樣保持放大器之前進行偏移校正。這些校正值可通過自動數字黑電平校正環路進行控制。

信號處理與輸出

2對1復用方案將信號路由到三個65 - MHz高性能ADC。全差分處理通道具有出色的抗噪能力，噪聲底低至 - 67.5 dB。10位模數轉換器具有出色的動態性能，確保了圖像再現的準確性。

5. 引腳配置與功能

LM98519的引腳配置豐富，涵蓋了電源、輸入、輸出和控制等多個方面。例如，VDDD和VDDA分別為數字和模擬電源，VSSA和VSSO為電源地。輸入引腳如OSR1、OSR2等用于連接CCD信號，而輸出引腳如DBO - DB9、DGO - DG9、DRO - DG9則用于輸出處理后的數字信號。控制引腳如SCLK、SDI、SENB、SDO則用于串行接口的通信。

6. 規格參數詳解

絕對最大額定值

在使用LM98519時，需要注意其絕對最大額定值。例如，電源電壓范圍為 - 0.3至4.2 V，任何引腳（除VREG外）的電壓范圍為 - 0.3至VDDD + 0.3 V，VREG引腳的電壓范圍為 - 0.3至2.1 V。輸入電流在任何引腳超過電源電壓時，應限制在±25 mA以內，最大封裝輸入電流為50 mA。

處理額定值

存儲溫度范圍為 - 65至150℃，靜電放電（ESD）方面，人體模型（HBM）為2500 V，部分引腳可達7500 V，機器模型（MM）為250 V，帶電設備模型（CDM）為1000 V。

推薦工作條件

推薦的模擬、數字和輸出電源電壓范圍均為3.0至3.6 V，輸出電源電壓范圍為2.25至VDDD。指定的溫度范圍為0至70℃。為了確保電源的穩定性，建議使用公共線性電壓調節器為三個電源供電。

電氣特性

電氣特性方面，ADC的分辨率為10位，INL和DNL在不同增益設置下有相應的指標要求。噪聲底（SNR）在增益為1x時為67.5 dB，增益為6x時為55 dB。輸入采樣率和MCLK頻率在不同模式下也有明確的規定。

7. 應用與實現

設計要求

在設計過程中，所有電源電壓應來自干凈的線性穩壓器輸出，避免使用開關電源。同時，需要注意輸入時序信號的要求，如MCLK、CLPIN、BLKCLP等信號的頻率和電平范圍。

詳細設計步驟

1. 電源供應：使用3.3V的模擬、數字和輸出電源，建議使用公共LDO穩壓器，并采用EMI濾波設備和專用耦合來隔離總線之間的噪聲。
2. 輸入時序信號：提供符合要求的輸入時序信號，如MCLK、CLPIN、BLKCLP等。
3. CCD信號連接：將CCD信號通過0.1 uF電容器交流耦合到AFE輸入。
4. 串行控制接口：連接數據處理模塊的串行控制接口到LM98519。
5. 數據輸出連接：將序列化數據線連接到FPGA或數據處理模塊上的芯片。
6. 寄存器配置：根據需要調整和重新配置配置寄存器的設置。

8. 電源供應建議

為了保護OS輸入免受傳感器電路瞬態的損壞，在芯片剛上電時，可通過設置寄存器0x01的第4位為1來啟用保護鉗位電路。當OVP啟用時，OS輸入的最大電壓和輸入電流規格與絕對最大額定值相同。

9. 布局設計

布局指南

• 使用推薦的電源配置圖為設備供電。
• 在每個電源引腳旁邊放置去耦電容，并靠近接地平面。
• 使用多層電路板，以方便布線并提供低電感接地平面。
• 注意過孔電感，必要時增加過孔的數量和/或直徑以降低電感。
• 在敏感節點下方使用接地平面“禁止區域”，以最小化寄生電容。

布局示例

文檔中提供了LM98519的典型應用布局示例，可作為實際設計的參考。

10. 總結

LM98519作為一款高性能的成像信號處理器，具有豐富的特性和出色的性能。在實際應用中，我們需要根據其規格參數和設計要求，合理進行引腳連接、電源供應和布局設計，以充分發揮其優勢，實現高質量的圖像信號處理。同時，在使用過程中，還需要注意靜電放電等問題，確保設備的可靠性和穩定性。各位電子工程師在設計相關產品時，不妨考慮LM98519，相信它會為你的設計帶來意想不到的效果。你在使用類似芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。