文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.190903
中文引用格式： 阮頤，王甲，張兵兵. 高性能LDO在安防監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2019，45(12)：67-69，82.
英文引用格式： Ruan Yi，Wang Jia，Zhang Bingbing. Application of high performance LDO in security monitoring system[J]. Application of Electronic Technique，2019，45(12)：67-69，82.
0 引言
智能時代的加速到來為安防行業(yè)注入了新的活力，隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，人們對監(jiān)控系統(tǒng)的圖像和語音質(zhì)量也提出了更高的要求。
作為系統(tǒng)的電源管理芯片，LDO(Low Dropout Linear Regulator)相比于DC/DC電路，具有低壓差、低噪聲、高PSRR(Power Supply Rejection Ratio)、外圍電路簡單等特點。鑒于安防監(jiān)控系統(tǒng)對全頻段的噪聲非常敏感，高性能的LDO可以提供完美的解決方案[1]。
1 安防監(jiān)控系統(tǒng)方案
本文以網(wǎng)絡(luò)攝像機IP CAMERA(簡稱IPC)為例，介紹安防監(jiān)控系統(tǒng)方案。
網(wǎng)絡(luò)攝像機是一種結(jié)合傳統(tǒng)攝像機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所產(chǎn)生的新一代攝像機，它可以將影像通過網(wǎng)絡(luò)傳至地球另一端，且遠端的瀏覽者不需用任何專業(yè)軟件，只要標準的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器(如Microsoft IE或Netscape)即可監(jiān)視其影像。網(wǎng)絡(luò)攝像機一般由鏡頭、圖像/聲音傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、圖像/聲音/控制器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、外部報警、控制接口等部分組成。網(wǎng)絡(luò)編碼模塊將模擬攝像機采集到的模擬視頻信號編碼壓縮成數(shù)字信號，從而可以直接接入網(wǎng)絡(luò)交換及路由設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)攝像機內(nèi)置一個嵌入式芯片，采用嵌入式實時操作系統(tǒng)。
IPC的設(shè)計框圖如圖1所示，系統(tǒng)方案由嵌入式主控芯片、電源管理、光學傳感器、存儲器、音頻電路、馬達驅(qū)動電路和接口部分組成。
從圖1可以看到IPC電源管理部分的設(shè)計。通過一個DC/DC電路(開關(guān)電源)將12 V直流供電轉(zhuǎn)換成3.3 V后，需要多路LDO提供不同電壓的輸出，給系統(tǒng)的數(shù)字電源、模擬電源、主芯片的內(nèi)核以及IO供電。
IPC系統(tǒng)中采用了多路LDO進行供電，在安防監(jiān)控系統(tǒng)中，對圖像和語音的質(zhì)量有較高的要求，因此對于噪聲尤為敏感，所以需要選用高性能的LDO為系統(tǒng)供電或者提供參考電壓。
2 LDO在安防監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵指標
LDO的關(guān)鍵指標有輸出精度、輸入輸出最小壓差、負載調(diào)整率、線性調(diào)整率、瞬態(tài)響應(yīng)、溫度特性等，其中安防監(jiān)控系統(tǒng)中比較敏感的指標是底噪和PSRR。
LDO輸出端的噪聲由兩部份組成，一部分來自LDO的輸入端，由前級電路引入；另外一部分來自LDO本身。由輸入端引入的噪聲可以通過提高LDO的電源抑制比(PSRR)來解決，LDO內(nèi)部電路產(chǎn)生的噪聲即LDO的低噪，可以通過優(yōu)化LDO的設(shè)計，采用低噪聲的帶隙基準或者引入前饋電容來優(yōu)化輸出底噪[2]。
圖2和圖3分別為通用LDO的噪聲頻譜和低噪聲LDO的噪聲頻譜。低噪LDO在音頻頻譜內(nèi)(20 Hz～20 kHz)有更好的表現(xiàn)。
在帶有音頻信號處理的安防監(jiān)控系統(tǒng)中，LDO會用來給麥克前級電路提供偏置電壓。由于麥克微弱的信號在系統(tǒng)中會經(jīng)過放大和A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換，因此LDO在音頻范圍內(nèi)(20 Hz～20 kHz)的底噪的差異會對編解碼后的數(shù)字音頻輸出產(chǎn)生較大的影響。
圖4和圖5為通用LDO的PSRR和高性能LDO的PSRR頻率曲線。由于安防監(jiān)控系統(tǒng)在電源管理模塊中第一級電壓轉(zhuǎn)換采用開關(guān)電源的輸出作為后級LDO的輸入，因此LDO的電源輸入端會存在較大的噪聲，高PSRR的LDO可以為后級電路提供純凈的電源或者電壓基準，從而降低整個系統(tǒng)的噪聲[3-6]。
高性能LDO的PSRR曲線在音頻端(20 Hz～20 kHz)的表現(xiàn)決定了IPC系統(tǒng)輸出的音頻噪聲。圖像傳感器的動態(tài)負載范圍在1 000 kHz到1 MHz之間。因此，在較高頻率下，高的PSRR可改善圖像質(zhì)量[7]。
3 IPC系統(tǒng)的音頻噪聲測試
在IPC系統(tǒng)中，LDO輸出端的噪聲決定了監(jiān)控系統(tǒng)音頻和視頻輸出端的噪聲。為了降低噪聲，系統(tǒng)采用了一路單獨的LDO為麥克輸入信號提供電壓偏置，以音頻為例對LDO在IPC系統(tǒng)中的表現(xiàn)作對比測試。
LDO輸出噪聲由兩部分組成，即LDO的本底噪聲和LDO輸入電源端的噪聲。圖6為開關(guān)電源輸出噪聲，即LDO的電源輸入端的噪聲。
從圖6中可以看到，LDO的輸入端在低頻端有較大的噪聲，這對于LDO的電源抑制性能是很大的考驗。
在IPC的解碼后的音頻輸出端進行測試，采用通用的LDO會在音頻輸出端得到較大的噪聲，噪聲的頻譜特性如圖7所示。
從圖7中可以看到，IPC系統(tǒng)解碼后的音頻輸出在20 Hz～4 000 Hz頻率范圍內(nèi)存在較大噪聲。
選用低噪聲、高PSRR的高性能LDO，會改善IPC系統(tǒng)的音頻輸出噪聲。圖8為高性能LDO在IPC中的音頻輸出噪聲頻譜。
從圖8中可以看到，20 Hz～4 000 Hz頻率范圍內(nèi)的系統(tǒng)輸出噪聲有了明顯改善。
4 結(jié)論
隨著萬物互聯(lián)和智能終端的普及，LDO得到了越來越廣泛的應(yīng)用，僅以IPC系統(tǒng)為例，就用到了5路LDO作為電源或者提供偏置電壓。隨著主控芯片的不斷升級和系統(tǒng)的復(fù)雜度不斷提高，低噪聲、高PSRR的LDO會成為電源管理芯片的主流，得到更加廣泛的應(yīng)用。
參考文獻
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作者信息:
阮 頤，王 甲，張兵兵
(上海貝嶺股份有限公司，上海200233)