CN113054642A - 一种tdicmos成像系统的供电方法 - Google Patents

一种tdicmos成像系统的供电方法 Download PDF

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Abstract

一种TDICMOS成像系统的供电方法，涉及CMOS成像技术领域，解决现有对TDICMOS探测器供的方法难以满足高温度范围和抗辐射的要求的问题，本发明提出采用DDR3供电芯片来进行探测器的低电压大拉灌电流供电，通过外部基准源加分压电阻及跟随运放的形式来提供DDR3芯片低漂移低纹波的可调参考电压；通过与成像控制器共用点负载输出的数字电压来进行DDR3芯片的数字逻辑供电；通过与成像控制器共用点负载输出的内核电压作为DDR3芯片内部LDO的低压差供电，减少供电电源芯片数量，同时提高供电效率。针对成像控制器和TDICMOS探测器都存在上电顺序要求，设计了专门的上电时序，保证成像控制器和探测器上电过程中不会出现瞬态大电流，稳定可靠地工作。

Description

一种TDICMOS成像系统的供电方法
技术领域
本发明涉及一种TDICMOS成像系统的供电方法，具体涉及一种基于空间应用的TDICMOS成像系统的供电方法。
背景技术
TDICMOS探测器工作时，需要频繁对控制栅电容进行充放电操作，因此TDICMOS探测器的控制栅部分的高电位供电需要大的拉电流，低电位供电部分需要低的灌电流。对于工作电流小的拉灌电流，可以采用运放跟随的方式实现。而满足大拉灌电流的运放产品少，而且多数是工业级产品，难以满足更高温度范围和抗辐射的要求。
发明内容
本发明为解决现有对TDICMOS探测器供的方法难以满足高温度范围和抗辐射的要求的问题，提供一种TDICMOS成像系统的供电方法。
一种TDICMOS成像系统的供电方法，该方法由以下步骤实现：
该方法基于TDICMOS成像系统实现，所述TDICMOS成像系统包括电源转换电路、成像探测器、驱动和控制电路、成像控制器、刷新控制电路、数传接口电路、存储器和控制接口电路；
所述电源转换电路为各部分提供供电电源；外部输入的控制通信信号经控制接口电路，送入成像控制器和刷新控制电路；刷新控制电路根据外部输入的控制通信信号，对成像控制器进行刷新控制；成像控制器产生的驱动和控制信号，经驱动和控制电路后，送入成像探测器；存储器存储非均匀校正系数；成像探测器输出的数字图像数据，经成像控制器调理后，经数传接口电路输出；
其特征是：在电源转换电路中，设计上电工作时序，所述上电工作时序步骤如下：
步骤一、输入点负载供电电源转换为成像控制器的内核电压，内核电压的输出相对输入点负载供电电源的延时为tdelay1；
步骤二、输入点负载供电电源转换为3.8V电压，启动信号为输入电源转换为成像控制器内核电压的输出遥测信号powergood，3.8V电压的输出相对输入电源转换为成像控制器内核电压的输出遥测信号powergood的延时为tdelay2；
所述电源转换电路将3.8V电压转换为成像控制器的3.3V IO供电电压，所述成像控制器的3.3V IO供电电压的输出相对输入3.8V电压的延时为tdelay3；
步骤三、输入点负载供电电源转换为3.0V电压，启动信号为成像控制器的3.3V IO供电电压信号，3.0V电压的输出相对输入成像控制器的3.3V IO供电电压的延时为tdelay4；
所述电源转换电路将3.0V电压转换为成像控制器的2.5V IO供电电压，所述成像控制器的2.5V IO供电电压的输出相对输入3.0V电压的延时为tdelay5；
步骤四、电源转换电路将3.8V电压转换为成像控制器的辅助电源供电，通过电阻电容组合的RC电路进行延时，所述成像控制器的辅助电源供电的输出相对输入3.8V电压的延时为tdelay6；
要求
Figure BDA0003030105390000021
即要求
Figure BDA0003030105390000022
式中Raux为辅助电源延时电路中的电阻值，Caux为辅助电源延时电路中的电容值；
步骤五、电源转换电路将3.8V电压转换为刷新控制电路供电，通过RC电路进行延时；所述刷新控制电路的供电输出相对输入3.8V电压的延时为tdelay7；
要求tdelay7＞tdelay6，即要求
Figure BDA0003030105390000023
式中Rfresh为刷新控制电路中使能信号与使能端之间的电阻值，Cfresh为刷新控制电路中的使能端对地电容值；
步骤六、成像控制器加载成功后对存储器供电，启动信号为成像控制器输出的控制信号；
步骤七、对成像探测器主电源供电，启动信号为成像控制器输出的控制信号；
步骤八、对成像探测器的SPI进行配置；
步骤九、对成像探测器像素部分供电，包含点负载供电输出2.3V的使能，启动信号为成像控制器输出的控制信号；具体为：
对于灌电流大于50mA电压处于0.5～1.5V范围的供电，采用DDR3供电芯片的灌电流供电电路进行供电；
所述DDR3供电芯片的灌电流供电电路包括参考电源VREF、电阻R、电阻R1、电阻R2、电容C和运放器；
所述电阻R1的一端与输入的参考电源VREF连接，另一端分别与电阻R2以及运放器的正向输入端连接；所述电阻R2的另一端接地；
所述运放器的反向输入端与输出端连接，同时与DDR3芯片的拉灌电流功率输出电压控制端VDDQSENS管脚连接，电阻R的一端与DDR3芯片的拉灌电流功率输出端VO/VTT管脚连接，另一端同时与DDR3芯片的拉灌电流功率输出电压控制端VTTSENS管脚和电容C连接，电容C的另一端接地。
本发明的有益效果：
1、本发明所述的供电方法，通过保证DDR3供电芯片输入端的低压差供电，实现高效率功率；通过与别的电路共用点负载，减少电源芯片的数量。
2、本发明所述的供电方法，通过基准输入端的高稳定低电流供电，保证输出电压的稳定性。
3、本发明所述的供电方法，在上电顺序上，通过分步加电，可以降低系统的浪涌电流；同时避免加载过程中出现异常大电流，降低对供电电源的需求，也减小了电流冲击对器件的损伤。
附图说明
图1为本发明所述的一种TDICMOS成像系统的供电方法中成像系统原理框图；
图2为本发明所述的一种TDICMOS成像系统的供电的拓扑结构图；
图3为成像系统的上电顺序流程图；
图4为基于DDR3供电芯片的灌电流供电电路图。
具体实施方式
结合图1至图4说明本实施方式，一种TDICMOS成像系统的供电方法，基于TDICMOS成像系统实现，所述TDICMOS成像系统包括电源转换电路、成像探测器、驱动和控制电路、成像控制器、刷新控制电路、数传接口电路、存储器以及控制接口电路；
所述电源转换电路为各部分提供供电电源；外部输入的控制通信信号经控制接口电路，分别送入成像控制器和刷新控制电路；刷新控制电路根据外部输入的控制通信信号，对成像控制器进行刷新控制；成像控制器产生的驱动和控制信号，经驱动和控制电路后，送入成像探测器；存储器存储非均匀校正系数；成像探测器输出的数字图像数据，经成像控制器调理后，经数传接口电路输出。
结合图2说明本实施方式，所述TDICMOS的成像系统中的电源转换电路，需要给成像控制器的内核、IO和辅助电源供电，其中IO供电包含2.5V和3.3V两种；同时还需要给成像探测器及驱动控制电路提供多种供电电源；同时还需要给控制接口电路、刷新控制电路、存储器和数传接口电路供电。
所述成像探测器供电电源，送入电源转换电路中的LDO组1，给成像探测器供电；点负载供电电源，送入电源转换电路中的LDO组2，给驱动和控制电路供电；所述点负载供电电源，同时送入电源转换电路中的点负载1、点负载2、点负载3和点负载4；点负载1直接为成像控制器的内核供电；点负载2输出3.8V，经LDO3组后，给成像控制器的辅助电源、成像控制器的3.3V IO、存储器、接口控制电路和刷新控制电路供电；点负载3输出的3.0V，给成像控制器的2.5V IO和数传接口电路供电；点负载4输出的2.3V，经LDO组5后，给成像探测器供电。
所述TDICMOS的成像系统中的电源转换电路中，设计上电工作时序分为11个步骤：
(1)输入点负载供电电源转成像控制器内核电压，此处输出相对输入的延时为tdelay1，即内核电压的输出相对输入点负载供电电源的延时为tdelay1；
(2)输入点负载供电电源转3.8V，启动信号为输入电源转成像控制器内核电压的输出遥测信号powergood，此处输出相对输入的延时为tdelay2，即：3.8V电压的输出相对输入电源转换为成像控制器内核电压的输出遥测信号powergood的延时为tdelay2；
(3)3.8V转3.3V IO供电，此处输出相对输入的延时为tdelay3；即：所述成像控制器的3.3V IO供电电压的输出相对输入3.8V电压的延时为tdelay3；
(4)输入点负载供电电源转3.0V，启动信号为3.3V IO电压，此处输出相对输入的延时为tdelay4，即：3.0V电压的输出相对输入成像控制器的3.3V IO供电电压的延时为tdelay4；
(5)3.0V转2.5V IO供电，此处输出相对输入的延时为tdelay5，即：所述成像控制器的2.5V IO供电电压的输出相对输入3.0V电压的延时为tdelay5；
(6)3.8V转辅助电源供电，通过RC电路进行延时，此处输出相对输入的延时为tdelay6，即：所述成像控制器的辅助电源供电的输出相对输入3.8V电压的延时为tdelay6；
要求
Figure BDA0003030105390000051
即要求
Figure BDA0003030105390000052
式中Raux为辅助电源延时电路中的电阻值，Caux为辅助电源延时电路中的电容值。
(7)3.8V转刷新芯片电源供电，通过RC电路进行延时；此处输出相对输入的延时为tdelay7；即：所述刷新控制电路的供电输出相对输入3.8V电压的延时为tdelay7；
要求tdelay7＞tdelay6，要求
Figure BDA0003030105390000053
式中Rfresh为刷新电源延时电路中的电阻值，Cfresh为刷新电源延时电路中的电容值；
(8)成像控制器加载成功后存储器供电；
(9)成像控制器加载成功后探测器主电源供电，启动信号为成像控制器输出的控制信号。
(10)探测器的SPI配置；
(11)探测器像素部分供电，启动信号为成像控制器输出的控制信号。
所述TDICMOS的成像系统的电源转换电路中，对于灌电流大于50mA电压处于0.5～1.5V范围的供电，采用DDR3供电芯片的灌电流供电电路进行供电；
所述DDR3供电芯片的灌电流供电电路包括参考电源VREF、电阻R、电阻R1、电阻R2、电容C和运放器；
所述电阻R1的一端与输入的参考电源VREF连接，另一端分别与电阻R2以及运放器的正向输入端连接；所述电阻R2的另一端接地；
所述运放器的反向输入端与输出端连接，同时与DDR3芯片的拉灌电流功率输出电压控制端VDDQSENS管脚连接，电阻R的一端与DDR3芯片的拉灌电流功率输出端VO/VTT管脚连接，另一端同时与DDR3芯片的拉灌电流功率输出电压控制端VTTSENS管脚和电容C连接，电容C的另一端接地。
本实施方式中，和传统DDR3芯片应用的区别：内部LDO的电源输入管脚VLDIN和输出电压控制端VDDQSENS的控制信号，二者的供电电压是不同的,电压值未必相等。VDDQSENS为VTT的2倍，由于供电电流小，通过基准源电压VREF分压后通过运放跟随获得VLDOIN高于VTT 0.4V即可。
Figure BDA0003030105390000061
本实施方式所述电源转换电路中，探测器的模拟部分供电和成像控制器的IO供电，采用具有电流限流功能的LDO供电，避免出现闩锁的而烧毁芯片；式中Ilimit为LDO设置的限制电流值，Imax为探测器模拟电路和成像控制器IO的实测峰值电流。
Ilimit＝1.2Imax
Ilimit为LDO设置的限制电流值，Imax为成像探测器模拟电路和成像控制器IO的实测峰值电流。
本实施方式中，所述电源转换电路采用510的DCDC模块；成像探测器使用长光辰芯公司的TDICMOS探测器；驱动和控制电路主要基于电平转换芯片164245；成像控制器主要采用上海复旦微电子公司的成像控制器和刷新芯片；数传接口电路采用TLK2711芯片，控制接口电路主要采用54AC14、DS26LV31和DS26LV32；存储器采用3D PLUS公司的MRAM；刷新控制电路采用复旦微的刷新芯片JFMRS01RH。

Claims (3)

1.一种TDICMOS成像系统的供电方法，该方法基于TDICMOS成像系统实现，所述TDICMOS成像系统包括电源转换电路、成像探测器、驱动和控制电路、成像控制器、刷新控制电路、数传接口电路、存储器和控制接口电路；
所述电源转换电路为各部分提供供电电源；外部输入的控制通信信号经控制接口电路，送入成像控制器和刷新控制电路；刷新控制电路根据外部输入的控制通信信号，对成像控制器进行刷新控制；成像控制器产生的驱动和控制信号，经驱动和控制电路后，送入成像探测器；存储器存储非均匀校正系数；成像探测器输出的数字图像数据，经成像控制器调理后，经数传接口电路输出；
其特征是：在电源转换电路中，设计上电工作时序，所述上电工作时序步骤如下：
步骤一、输入点负载供电电源转换为成像控制器的内核电压，内核电压的输出相对输入点负载供电电源的延时为tdelay1；
步骤二、输入点负载供电电源转换为3.8V电压，启动信号为输入电源转换为成像控制器内核电压的输出遥测信号powergood，3.8V电压的输出相对输入电源转换为成像控制器内核电压的输出遥测信号powergood的延时为tdelay2；
所述电源转换电路将3.8V电压转换为成像控制器的3.3V IO供电电压，所述成像控制器的3.3V IO供电电压的输出相对输入3.8V电压的延时为tdelay3；
步骤三、输入点负载供电电源转换为3.0V电压，启动信号为成像控制器的3.3VIO供电电压信号，3.0V电压的输出相对输入成像控制器的3.3VIO供电电压的延时为tdelay4；
所述电源转换电路将3.0V电压转换为成像控制器的2.5V IO供电电压，所述成像控制器的2.5V IO供电电压的输出相对输入3.0V电压的延时为tdelay5；
步骤四、电源转换电路将3.8V电压转换为成像控制器的辅助电源供电，通过电阻电容组合的RC电路进行延时，所述成像控制器的辅助电源供电的输出相对输入3.8V电压的延时为tdelay6；
要求
Figure FDA0003030105380000011
即要求
Figure FDA0003030105380000012
式中Raux为辅助电源延时电路中的电阻值，Caux为辅助电源延时电路中的电容值；
步骤五、电源转换电路将3.8V电压转换为刷新控制电路供电，通过RC电路进行延时；所述刷新控制电路的供电输出相对输入3.8V电压的延时为tdelay7；
要求tdelay7＞tdelay6，即要求
Figure FDA0003030105380000021
式中Rfresh为刷新控制电路中使能信号与使能端之间的电阻值，Cfresh为刷新控制电路中的使能端对地电容值；
步骤六、成像控制器加载成功后对存储器供电，启动信号为成像控制器输出的控制信号；
步骤七、对成像探测器主电源供电，启动信号为成像控制器输出的控制信号；
步骤八、对成像探测器的SPI进行配置；
步骤九、对成像探测器像素部分供电，包含点负载供电输出2.3V的使能，启动信号为成像控制器输出的控制信号；具体为：
对于灌电流大于50mA电压处于0.5～1.5V范围的供电，采用DDR3供电芯片的灌电流供电电路进行供电；
所述DDR3供电芯片的灌电流供电电路包括参考电源VREF、电阻R、电阻R1、电阻R2、电容C和运放器；
所述电阻R1的一端与输入的参考电源VREF连接，另一端分别与电阻R2以及运放器的正向输入端连接；所述电阻R2的另一端接地；
所述运放器的反向输入端与输出端连接，同时与DDR3芯片的拉灌电流功率输出电压控制端VDDQSENS管脚连接，电阻R的一端与DDR3芯片的拉灌电流功率输出端VO/VTT管脚连接，另一端同时与DDR3芯片的拉灌电流功率输出电压控制端VTTSENS管脚和电容C连接，电容C的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种TDICMOS成像系统的供电方法，其特征在于：
所述DDR3芯片内部LDO的电源输入管脚VLDIN和拉灌电流功率输出电压控制端VDDQSENS的供电电压不同，输出电压控制端VDDQSENS的控制信号为拉灌电流功率输出端VO/VTT的2倍，通过基准源电压VREF分压后，通过运放器跟随获得内部LDO的电源输入管脚VLDOIN高于VTT 0.4V。
3.根据权利要求1所述的一种TDICMOS成像系统的供电方法，其特征在于：
所述TDICMOS的成像系统中的电源转换电路中，探测器的模拟部分供电和成像控制器的IO供电，采用具有电流限流功能的LDO供电；
Ilimit＝1.2Imax
式中，Ilimit为LDO设置的限制电流值，Imax为成像探测器模拟电路和成像控制器IO的实测峰值电流。
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