CN205385531U - 一种低电磁干扰的摄像装置 - Google Patents

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杨晔龙
张小林
卓志达
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Abstract

本实用新型涉及低电磁干扰技术领域，具体涉及一种低电磁干扰的摄像装置，包括摄像头和主控处理器，还包括设置在摄像头和主控处理器之间的展频电路，该主控处理器通过展频电路将时钟信号发送到摄像头中，该展频电路包括：相位产生器，其包括一展频率，该相位产生器的输入端与主控处理器的时钟源连接；相位调制器，该相位产生器的输出端与摄像头连接。本实用新型通过设计一种低电磁干扰的摄像装置，在摄像头和主控处理器之间设置一展频电路，将主控处理器的时钟信号转换成电磁干扰低的展频时钟信号，从主控处理器的时钟源头对EMI发射进行抑制，从而快速有效的解决摄像装置的EMI发射问题，提高时钟源EMI的抑制效果，保持信号的完整性。

Description

一种低电磁干扰的摄像装置
技术领域
本实用新型涉及抑制电磁干扰领域，具体涉及一种低电磁干扰的摄像装置。
背景技术
随着电子产品智能化、高速化的发展，电磁兼容已经成为考核电子产品质量的一项重要指标。根据国际电子委员会标准IEC对电磁兼容的定义，其主要包括EMI(电磁发射)和EMS(电磁抗扰)两部分。
同时，随着摄像头朝着高清化、高集成度、高可靠性的趋势发展，摄像设备的电磁发射问题势必会越来越严重，如现已成为配置摄像头类产品及系统正常工作时产生的突出障碍，甚至影响电磁环境。如图1所示，摄像设备包括摄像头(Camera)和主控处理器(DSP)，主控处理器发送时钟信号到摄像头中，摄像头中将图像数据传送到主控处理器进行处理。
现有对于摄像头EMI抑制的方案主要包括屏蔽和滤波两种传统方式，但是上述方式会由于某些外部因素导致其抑制效果不理想，具体是：
1、采用金属屏蔽罩对摄像设备可能产生电磁干扰电路进行屏蔽，金属屏蔽罩虽然可以对电磁发射进行抑制，但由于电子产品有着小型化、集成化设计的趋势，且PCB走线错综复杂，电磁干扰易通过PCB走线之间的窜扰发射出去。对摄像头排线进行屏蔽可以对电磁发射进行抑制，但需要手工完成，存在工作效率低下以及成品一致性差的缺陷。
2、对电磁干扰电路进行滤波处理，减少EMI发射，但滤波电路的存在会改变重要信号的信号波形，如晶振时钟信号的上升和下降沿时间，破坏时钟信号的信号完整性，影响系统工作的稳定性。
上述的传统整改手段虽然在一定程度上可以降低EMI发射，但由于其不是在时钟源头进行EMI抑制，因此需要花费大量时间对晶振时钟发射的传播路径进行排查，在EMI整改过程中耗费大量时间。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种低电磁干扰的摄像装置，提高摄像装置EMI的抑制效果。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种低电磁干扰的摄像装置，包括摄像头和主控处理器，该主控处理器发送时钟信号到摄像头中，还包括设置在摄像头和主控处理器之间的展频电路，该主控处理器通过展频电路将时钟信号发送到摄像头中，该展频电路包括：
相位产生器，其包括一展频率，该相位产生器的输入端与主控处理器的时钟源连接，该相位产生器的输出端与相位调制器连接，该相位产生器将时钟信号源进行初步调制，产生具有相位差的调制时钟信号；
相位调制器，该相位调制器的输出端与摄像头连接，该相位调制器用于检测调制时钟信号的相位差值，同时确定调制周期，并使相位差值在调制周期中有序排列，产生展频时钟信号。
其中，较佳方案是：该摄像头包括一像素同步时钟模块，该像素同步时钟模块根据展频时钟信号产生频率可调的像素同步时钟信号。
其中，较佳方案是：该主控处理器包括一图像信号处理模块，该图像信号处理模块与摄像头连接，该图像信号处理模块用于接收摄像头的图像数据和像素同步时钟信号。
其中，较佳方案是：该相位调制器包括一调制率模块，该调制率模块用于设置相位调制器的调制率，并在调制周期中，使相位差值按照调制率在最小和最大的差值之间周期性变换。
其中，较佳方案是：该展频电路还包括一展频率调节单元，其与相位产生器连接，该展频率调节单元用于设置相位产生器的展频率，提高电路兼容性。
其中，较佳方案是：该展频率调节单元包括一控制电路，该控制电路包括第一控制输入端和第二控制输入端。
其中，较佳方案是：该控制电路还包括与第一控制输入端连接的第一展频调节电阻，和与第二控制输入端连接的第二展频调节电阻。
其中，较佳方案是：该展频电路还包括一输出匹配单元，其置于相位调制器与摄像头之间，该输出匹配单元用于调节相位调制器输出幅值，提高电路兼容性。
其中，较佳方案是：该展频电路设置在主控处理器中。
本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型通过设计一种低电磁干扰的摄像装置，在摄像头和主控处理器之间设置一展频电路，将主控处理器的时钟信号转换成电磁干扰低的展频时钟信号，从主控处理器的时钟源头对EMI发射进行抑制，从而快速有效的解决摄像装置的EMI发射问题，提高时钟源EMI的抑制效果，保持信号的完整性；同时，展频电路设置简单，结构简单，成本低。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是现有技术摄像设备的电路连接图；
图2是本实用新型摄像装置的结构框图；
图3是本实用新型展频电路的结构框图；
图4是本实用新型展频电路的电路图；
图5是本实用新型时钟信号调制前的波形图；
图6是本实用新型时钟信号调制后的波形图；
图7是本实用新型时钟信号调制前的频谱图；
图8是本实用新型时钟信号调制后的频谱图；
具体实施方式
现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。
如图2所示，本实用新型提供一种摄像装置的优选实施例。
一种低电磁干扰的摄像装置，包括摄像头20、主控处理器10和展频电路30，该展频电路30包括相位产生器31和相位调制器32。
其中，主控处理器10发送时钟信号到摄像头20，展频电路30设置在摄像头20和主控处理器10之间，主控处理器10通过展频电路30将时钟信号发送到摄像头20；相位产生器31的输入端与主控处理器10的时钟源连接，其输出端与相位调制器32连接；相位调制器32的输出端与摄像头20连接。
在本实施例中，主控处理器10用于处理相关数据信号，并用于控制摄像头20工作，如主控处理器10将自身的时钟信号发送到摄像头20上，为摄像头20提供相应的时钟信号；同时，主控处理器10包括一图像信号处理模块11，该图像信号处理模块11与摄像头20连接，该图像信号处理模块11用于接收摄像头20的图像数据，并进行相应的处理，形成主控处理器10可识别或直接使用的RGB信号或YUL信号，大大降低主控处理器10的处理负担，同时可以提高摄像头20的图像数据的处理质量。
在本实施例中，摄像头20用于摄像并将相应图片影响通过ADC转换，形成可传输的数字信号到主控处理器10中，进一步传输到图像信号处理模块11中；同时摄像头20包括一像素同步时钟模块21，像素同步时钟模块21接收摄像头20传输过来的展频时钟信号，像素同步时钟模块21根据展频时钟信号产生频率可调的像素同步时钟信号，像素同步时钟信号与传送到主控处理器10上的数字信号同步传输，数字信号参考像素同步时钟信号进行传输作业。
其中，像素同步时钟模块21优选为sensor内部的PLL电路。
主控处理器10发送到摄像头20的时钟信号和像素同步时钟模块21产生的像素同步时钟信号都是辐射源头，会产生大量的电磁干扰，故在本实用新型中，对时钟信号进行展频调制，即通过展频电路30对时钟信号进行调制，形成电磁干扰较低的时钟信号，由于像素同步时钟信号是由时钟信号为基础进行调制产生的，故像素同步时钟信号也会有相应的调制效果，从而降低摄像装置的电磁辐射。
如图3和图4所示，本实用新型提供一种展频电路30的较佳实施例。
展频电路30包括相位产生器31和相位调制器32，相位产生器31的输入端与主控处理器10的时钟源连接，相位产生器31的输出端与相位调制器32连接，相位产生器31的展频率控制端或展频率输入端与展频率调节单元34连接，相位调制器32的输出端与摄像头20连接。
具体地，相位产生器31根据已设展频率，将接收到的时钟信号进行初步调制，产生具有相位差的调制时钟信号，并输出到相位调制器32中；相位调制器32接收相位产生器31输出的调制时钟信号，并检测调制时钟信号的相位差值，同时确定调制周期，并使相位差值在调制周期中有序排列，产生展频时钟信号。
进一步地，展频电路30还包括一演算单元，其用于计算出调制周期，演算单元与相位调制器32连接，其中，调制周期是展频时钟信号的周期。
本实施例中，相位产生器31与展频率调节单元34的工作方式包括两种：
1、相位产生器31的展频率由展频率调节单元34提供，故相位产生器31包括一展频率输入端，展频率调节单元34通过展频率输入端与相位产生器31连接，用于设置相位产生器31的内部展频率，具体为：相位调制器32包括一调制率模块36，调制率模块36用于设置相位调制器32的调制率，并在调制周期中，使相位差值按照调制率在最小和最大的差值之间线性变换；
2、相位产生器31内部产生展频率，故相位产生器31包括一展频率控制端，展频率调节单元34通过展频率控制端与相位产生器31连接，用于设置相位产生器31的内部展频率。
根据上述相位产生器31与展频率调节单元34第二种方式，可知，展频率调节单元34包括控制电路35，控制电路35包括第一控制输入端和第二控制输入端。其中，控制电路35还包括与第一控制输入端连接的第一展频调节电阻，和与第二控制输入端连接的第二展频调节电阻。
具体地，并参考图4，展频电路30包括一主IC，主IC的引脚6和引脚7与主IC内部的展频率调节单元20连接(图4未显示)，主IC的引脚6和引脚7有与主IC外部的控制电路21连接，控制电路21包括与引脚6连接的电阻R2、与电阻R2连接的第一控制输入端(图4中接地，即输入低电平)，还包括与引脚7连接的电阻R5、电阻R6、与电阻R6连接的第二控制输入端(图4中接电源，即输入高电平)，其中，电阻R5与第一控制输入端连接。
其中，主IC的引脚1与主控处理器10的MCLK引脚连接，用于将主控处理器10的时钟信号传送到主IC中；同时，图像信号处理模块11的PCLK与摄像头20的PCLK1连接，用于将摄像头20的像素同步时钟信号传送到图像信号处理模块11中。在图4中，DSP为主控处理器10，ISP为图像信号处理模块11，Camera为摄像头20。
其中，第一控制输入端和第二控制输入端分别连接低电平或高电平，在本实施例中(其中，第一控制输入端简称SS0，第二控制输入端简称SS1，电阻R2、电阻R5和电阻R6均为100欧)，根据不同的连接方式，其展频率调节的大小不一样，包括四种连接方式：
1、SS0接低电平、SS1接低电平时，峰峰值为53KHz，误差为0.11％，在晶振频率为49.5MHz时，时钟信号的EMI峰值下降能量12dBm；
2、SS0接高电平、SS1接低电平时，峰峰值为101KHz，误差为0.21％，在晶振频率为49.5MHz时，时钟信号的EMI峰值下降能量12.8dBm；
3、SS0接低电平、SS1接高电平时，峰峰值为138KHz，误差为0.29％，在晶振频率为49.5MHz时，时钟信号的EMI峰值下降能量16.4dBm；
4、SS0接高电平、SS1接高电平时，峰峰值为171KHz，误差为0.36％，在晶振频率为49.5MHz时，时钟信号的EMI峰值下降能量17.2dBm。
其中，电阻R2为第一展频调节电阻，电阻R5和电阻R6为第二展频调节电阻，在第一控制输入端和第二控制输入端输入高低电平已确定下，通过调节第一展频调节电阻或第二展频调节电阻，即调节电阻R2、电阻R5和电阻R6的大小，也可调节展频率的大小。
值得一提的是，展频率调节单元34的展频率越高，其抑制效果越好，同时，展频率越高，相应处理器检测识别时钟源的准确性就越低。
进一步地，展频电路30还包括输出匹配单元33，输出匹配单元33设置在相位调制器32和摄像头20之间，输出匹配单元33与摄像头20的MCLK1引脚连接。具体地，并参考图4，输出匹配单元50包括相互并联的电阻R3和电阻R7，电阻R3的一端接入主IC的引脚5，主IC通过引脚5输出调制后的时钟信号，电阻R3的另一端与摄像头20的MCLK1引脚连接，电阻R7的一端接地。
进一步地，展频电路30还包括使能控制单元，用于控制展频电路30的开关。
如图5、图6、图7和图8所示，本实用新型提供展频电路30的工作原理的较佳实施例。
本展频电路30通过对主控处理器10时钟源的时钟信号频率进行调制，包括相位产生器31将时钟信号调制成具有相位差(无序)的调制时钟信号，相位调制器32再将调制时钟信号具有正负摆动变化(有序)的展频时钟信号。其调制前后时钟信号波形具体参考如图5和图6，图5是是调制前的时钟信号的波形图，其为周期性信号，频率固定，图6是调制后的展频时钟信号的波形图，具有正负摆动变化，通过展频率调节单元34，可对调制后的时钟信号进行展频率调节。
根据周期信号及非周期信号的傅里叶变化公式可得出，周期性信号的频谱如图7所示，非周期性信号的频谱如图8所示。展频电路30将时钟信号的能量扩展到一个具有多个旁波带的频谱范围，基波及其谐波的能量都会有效的降低。
具体参考图8，E0是调制前的时钟信号的能量，E0ss是调制后的时钟信号的基波能量，其谐波的能量均低于基波的能量。其中，Δf为调制宽度，fM为调制率，ΔE为调制后基波下降的能量，即被抑制的能量。
本实用新型提供一种产生展频时钟信号的方法的较佳实施例。
一种产生展频时钟信号的方法，包括步骤：
S1、设置展频率；
S2、根据展频率将接收到的时钟信号进行相位调制，降低时钟信号基波和时钟信号谐波的信号频谱幅值，并输出展频时钟信号。
其中，展频率调节单元34用于设置展频电路30的展频率，提高电路兼容性；展频电路30根据展频率将时钟信号进行相位调制，用于抑制主控处理器10的时钟源的EMI发射。
进一步地，在步骤S1中还包括步骤：
S21、根据展频率，将时钟信号进行初步调制，产生具有相位差的调制时钟信号；
S22、检测调制时钟信号的相位差值，同时确定调制周期，并使相位差值在调制周期中有序排列，产生展频时钟信号。
其中，相位产生器31根据已设展频率，将接收到的时钟信号进行初步调制；相位调制器32接收相位产生器31输出的调制时钟信号，产生展频时钟信号。
具体地，在步骤S21中有序排列的方式是：设置调制率，并在调制周期中，使相位差值按照调制率在最小和最大的差值之间线性变换。
以上所述者，仅为本实用新型最佳实施例而已，并非用于限制本实用新型的范围，凡依本实用新型申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本实用新型所涵盖。

Claims (9)

1.一种低电磁干扰的摄像装置，包括摄像头和主控处理器，该主控处理器发送时钟信号到摄像头中，其特征在于，还包括设置在摄像头和主控处理器之间的展频电路，该主控处理器通过展频电路将时钟信号发送到摄像头中，该展频电路包括：
相位产生器，其包括一展频率，该相位产生器的输入端与主控处理器的时钟源连接，该相位产生器的输出端与相位调制器连接，该相位产生器将时钟信号源进行初步调制，产生具有相位差的调制时钟信号；
相位调制器，该相位调制器的输出端与摄像头连接，该相位调制器用于检测调制时钟信号的相位差值，同时确定调制周期，并使相位差值在调制周期中有序排列，产生展频时钟信号。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于：该摄像头包括一像素同步时钟模块，该像素同步时钟模块根据展频时钟信号产生频率可调的像素同步时钟信号。
3.根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于：该主控处理器包括一图像信号处理模块，该图像信号处理模块与摄像头连接，该图像信号处理模块用于接收摄像头的图像数据和像素同步时钟信号。
4.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于：该相位调制器包括一调制率模块，该调制率模块用于设置相位调制器的调制率，并在调制周期中，使相位差值按照调制率在最小和最大的差值之间周期性变换。
5.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于：该展频电路还包括一展频率调节单元，其与相位产生器连接，该展频率调节单元用于设置相位产生器的展频率，提高电路兼容性。
6.根据权利要求5所述的摄像装置，其特征在于：该展频率调节单元包括一控制电路，该控制电路包括第一控制输入端和第二控制输入端。
7.根据权利要求6所述的摄像装置，其特征在于：该控制电路还包括与第一控制输入端连接的第一展频调节电阻，和与第二控制输入端连接的第二展频调节电阻。
8.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于：该展频电路还包括一输出匹配单元，其置于相位调制器与摄像头之间，该输出匹配单元用于调节相位调制器输出幅值，提高电路兼容性。
9.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于：该展频电路设置在主控处理器中。
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