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摄像头LAYOUT要严谨,隐患可能随时爆发

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发表于 2015-4-12 13:23:56 |显示全部楼层
摄像头LAYOUT要严谨,隐患可能随时爆发
/ D) z' |( R& |/ {; A/ Z8 |4 |摄像模组联盟
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8 H6 I- q8 C/ I% K# C7 G! c
不良现象:
    调试手机摄像头项目常常遇到一个问题:在暗环境下,摄像头在客户手机上呈现严重的电源噪声,如下图:
1.jpg

  p* I) Z+ }6 N$ d- ^' Q& ~
原因分析:
经分析,造成此电源噪声为AVDD供电有电源干扰,引起有2个因素:
1,AVDD滤波效果不好。
2,LAYOUT线路未能做好抗干扰。
6 Y/ A- P6 S, b  g
    针对第一点,增大AVDD线路的滤波电容容值加强滤波效果,从0.1uF加大到1uF,重新验证,电源噪声依然存在。
5 D' o& ?0 ~( I8 _7 g  e
    针对第二点,重新更改线路Layout。之前的设计AVDD & GND 线路宽度为0.15mm,未铺网铜。更改为:AVDD/GND等其余电源线路设计0.25 mm,并且MCLK等时钟电路使用网格铜包覆;其余线路做网格铺铜。

! {7 H1 o7 U# f4 m# s; X0 t3 u* x
: r' s; ]1 A  [0 {. Z0 H
  经过第二点重新Layout后,电源噪声得以有效消除,如下图:
2.jpg

* R, G6 E- r+ t& Z. G6 R8 E- ?9 _" h3 T! @

. q0 R+ _" ]9 v& m! U; {, V: q% k
   下图中,右图中的模组在打样时,度信测试盒上黑屏现象:
3.jpg
$ a/ r. H# e* u) b( l

9 D( M2 ~' F3 }! E
      分析其Layout,发现在SDOl, SD00, SCK (PCLK),MCLK背面均没有GND或者铺地,旁边也没有GND走线,这种走线的分布电容较小,电感占主要因素,过冲会比较厉害,可能会使得接收端保护二极管作用而使得接收电路失效或者产生假的时钟或数据错误,而使得系统不能正常工作。
8 M6 ?: N! y' K% O# N! J
      
4.jpg

0 X; L& K% H1 S. ^0 }0 |4 O) @
       而右图是在左图基础上修改的,在实际的手机上消除了黑屏现象.在图中SD01, SD00的背面增加了铺地,加宽了SCK (PCLK)的走线,这样电感会减小,另外旁边增加了GND的铺铜,相应增大了分布电容,因此SCK上信号过冲会改善一些。

$ w+ d2 ~0 p, Y( j' f8 S% o
    虽然在实际上消除了黑屏现象,但右图的走线频率还是不可能跑的太高,还有优化的空间:铺铜框的宽度从0.08修改到0.127,栅格间距保持0.254不变,不变;SCK背面0.3MM宽度的地线; MCLK走线往右移,使得其背面为铺铜区。
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摄像头 LAYOUT要严谨,隐患可能随时爆发
8 s: T1 o  g9 {
      振铃(ringing)就是信号反复出现过冲和下冲。上图是数字电路中非常常见的振铃现象。过冲(Overshoot)就是指第一个峰值或谷值超过设定电压-一对于上升沿是指峰值而对于下降沿是指谷值下冲(Undershoot)是指下一个谷值或峰值.过分的过冲能够引起保护二极管工作,导致接收端线路失效,过分的下冲引起假的时钟或数据错误。
) Y) Z5 V4 P$ c5 ]) U: k
5.jpg
8 I% R3 e3 w7 P; ]7 k
    由于任何传输线都不可避免地存在着引线电阻、引线电感和杂散电容,因此,一个标准的脉冲信号在经过较长的传输线后,极易产生上冲和振铃现象。大量的实验表明,阴线电阻可使脉冲的平均振幅减小;而杂散电容和引线电感的存在,则是产生上冲和振铃的根本原因。在脉冲前沿上升时间相同的条件下,阴线电感越大,上冲及振铃现象就越严重;杂散电容越大,则是波形的上升时间越长;而引线电阻的增加,将使脉冲振幅减小。更多请访问摄像头模组论坛ccm99.com.
      如果信号传输过程中感受到阻抗变化,就会发生信号的反射。信号在驱动端和远端负载之间多次反射、谁给果就是信号振铃。在高速信号中,均要求阻抗匹配.俏要求传输线的阻抗等于驱动端的输出电阻、也等于接收端的终端电阻.这样就不会产生反射现象,尽可能的避免振铃现象.在PCB和FPC中.传输线就是指信号走线以及对应的参考层,其阻抗为L/C 的根次方,其中L为走线自身的电感,C为走线和其参考层间的分布电容.若果阻抗不匹配走线电感越大,上冲及振铃现象就越严重:众布电容越大,波形的上升时间越长每个电路,原理图可能完全相同,但压yout时元器件布局不同、布线不同,这种振铃和过冲也不同。

% B* s! s( o/ ?/ Z' ^
在实际电路中,采用下列几种方法来来减小和抑制上冲及振铃。
  (1)串联电阻。利用具有较大电阻的传输线或是人为地串入适当的阻尼电阻,可以减小脉冲的振幅,从而达到减小上冲和振铃程度的目的。但当传入电阻的数值过大时,不禁脉冲幅度减小过多,而且使脉冲的前沿产生延迟。因此,串入的阻尼电阻值应适当,并且应选用无感电阻,电阻的连接为值应靠近接收端。
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  (2)减小引线电感。设法减小线路及传输线的引线电感是最基本的方法,总的原则是:尽量缩短引线长度;加醋到线和印制铜箔的宽度;减小信号的传输距离,采用引线电感小的元器件等,尤其是传输前沿很陡的脉冲信号时更应注意这些问题。
  (3)由于负载电路的等效电感和等效电容同样可以影响发送端,使之脉冲波形产生上冲和振铃,因此,应尽量减小负载电路的等效电感和电容。尤其是负载电路的接地线过长时,形成的地线电感和杂散电容相当可观,其影响不容忽视。
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  (4)逻辑数字电路中的信号线可增加上拉电阻和交流终端负载,如图6所示。上拉电阻(可取)的接入,可将信号的逻辑高电平上拉到5V。交流终端负载电路的接入不影响支流驱动能力,也不会增加信号线的负载,而高频振铃现象却可得到有效的抑制。

+ L5 i4 u8 e8 |5 F, ~
  上述振铃除了与电路条件有关外,还与脉冲前沿的上升时间密切相关。即使电路条件相同,当脉冲前沿上升时间很短时,上冲的峰值将大大增加。一般对于前沿上升时间在1以下的脉冲,均考虑产生上冲及振铃的可能。因此,在脉冲信号频率的选择问题上,应考虑在满足系统速度要求的前提下,能选用较低频率的信号绝不选用高频信号;如无必要,也不应过分要求脉冲的前沿非常陡峭。这对从根本上消除上冲和振铃视听有利的。

6 F$ J4 K  @) p6 p
Layout画图建议:
  1.建议模组AGND和DGND分开走线。如果模组连接器的定义中不分AGND和DGND,且有多个DGND的情况下,建议选择AVDD附近的DGND定义为AGND。如果是AF模组,则最好是AFGND和DGND也要分开。AGND和DGND分开走线,Layout时一定要注意AGND和AVDD平行走线和正反面走线,否则有可能造成比不分地时出现更差的电源干扰,更多请访问ccm99.com.

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      在Sensor工作时,一般情况下AVD D比较稳定,因此AGND上的电流波动可以忽略不计;而DVDD和旧VDD的电流波动比较大,因此在DGND上会有一个波动的电流△I1。如果模组是AF模组,则AFGND上也会有一个波动的电流△I2。
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   考虑到GN D回路处理不当,可能导致芯片AGND和DGN D电势差太大导致参考电平不一致,建议对于AGND和DNGD必须在模组摄像头头部接到一起,再连出至主板接口端,GND走线在0.2mm以上。

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6.jpg
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   2.建议AGND, DGND走线宽度>_ 0.2mm,如果空间允许,走线越宽越好。AFGND的走线>0.2MM。在连接器Pin安排中建议AGND, DGND的Pin多于2个。

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   为了降低建议1中AGND的噪声电压△V的值,根据公式1,必须使得R5口R3=R2口RI,手机主板上的GND一般为平面层,R5 < O.O1Q;而由于模组结构以及成本的限制,AGND和DGND一般为走线,为了降低R2 , R3的值,必须使得AGND和DGND的走线足够的宽;

* H) ^6 O: H. ^: h* ^. J" _
     在电路中,从电源的正端流出的电流都要通过GND走线返回电源的负端,形成一个闭合的回路。在AGND, DGND, AFGND分开的情况下,DGND上的电流将是DVDD和IOVDD线上电流的和。由于电流的原因,在走线的杂散电阻上会有一个压降,这个压降使得Sensor端实际得到的电压小于主板供出的电压,为了减小这个区别,需要电源线及地线走线的杂散电阻尽可能的小,那么就要加宽电源线、地线的走线宽度。在FPC较长的时候,尤其要注意。
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3.关于走线:
电源走线:建议AVDD, DVDD, IOVDD走线宽度>0.2mm, AFVCC走线宽度> 0.2mm电源线走线,尤其是走线较长的FPC,尤其需要注意电源线走线,并尽量少打过孔。模拟电压和数字电压建议分开走线,电源线走线当中,模拟电压的走线尤为重要。
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      GND走线:模组中地线的处理是很重要的,对于模组Layout,通常会先走信号线,之后走电源线,然后再走地线或者铺地铜。对于多层电路板,一般有专有的地平面,只要有足够的过孔,一般地的连接性都不会太差,但是对于模组FPC,一般均为两层板,虽然都有铺铜,但地线铺铜并一定能起到增强GND连接性的作用。

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      模组FPC Layout走地线的时候,应该确保从芯片部分连接到主板Camera接口的地线的宽度尽可能)0.2m m,并使用连线将各个GIST D网络都连通之后,再铺地铜,避免有一些GIG D网络实际上没有真正连到GILD上。走线较长的模组FPC,GND的处理尤为重要。以下面的Layout图为例,来说明一下GIN的连接性:

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    信号线走线:所有信号线的走线都应该尽可能做到短而直,避免过多绕线及尽量少打过孔,另外,从芯片引出后,走线宽度尽可能一致,避免信号线阻抗不匹配而导致的信号反射。

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      高频信号线走线:高频信号线PCLK, MCLK, HSYNC, DO, Dl应严格避免同一层或不同层之间的并排走线,PCLK, HYSN C, MCLK尽可能用GILD或GILD铺铜网络做屏蔽,并在其走线的背部走GIG' D线及铺地铜。对于FPC走线较长的模组,为避免走线太长带来的信号衰减及串扰,高频信号线走线加以加宽到0.15mm以上,高频信号线和其他信号间的走线间距>2倍线宽。

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      I2C走线:12C应尽可能做到平行、并排走线,并避开高频信号线,避免12C读写受到干扰。另,12C信号线的上拉电阻,通常是手机主板上会加,不需要在模组FPC上再加上拉电阻。
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4.去藕电容相当于Sensor附近的一个备用电池,避免由于电流的突变而使电源电压下降。
    所以去藕电容应尽量放在Sensor相应的电源Pin脚附近,从Sensor的电源Pin脚至去藕电容的走线宽度>0.2mm(视Pin直径而定)。如某路电源有多个Pin脚,则去藕电容优先推荐放在走线上距入口更近的地方。滤波电容的电源脚摆放应靠近芯片相应的电源Pin脚处。更多访问ccm99.com,从主板camera接口引出的电源线,应尽可能先连到滤波电容的电源焊盘,再连至芯片的电源输入PIN脚。从芯片电源PIN脚引出连至电容的走线建议加粗至0.15以上。

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5.建议AVDD和AGND平行或者正反面走线,使得从连接器的AVDD至sensor的AVDD pin,再从Sensor的AGND Pin返回至连接器AGND这个回路所包围的面积最小;手机主板上也建议AVDD/AGND回路的面积要最小。在FPC走线面积允许的情况下,建议AVDD和AGND的走线和其它的走线分开一定的距离。
    更多访问CCM99.COM。 根据电磁定律,当FPC中某信号线上有电流时,在其周围会产生一个磁场,磁通量会穿过AVDD/AGND回路。穿过AVDD/AGND回路的磁通量大刁、和AVDD/AG N D回路的面积、信号线距离回路的距离相关。当这个磁场是变化的,变化的磁通量就会在AVDD/AGND回路中产生感生电势,感生电势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比。只有当信号线上的电平产生跳变时,磁场才是变化的。跳变沿越陡,磁通量的变化率越大。跳变沿可以通过设置驱动能力来修改。在模组Layout中建议AVDD和AGND平行或者正反面走线。并和其它的信号线隔开一定的距离。由于在Sensor工作时PWDN, RST信号是固定不变的,可以作为隔离AVDD/AG N D的第一选择:MCLK, PCLK以及低位的数据线,MIPI信号线尽量离AVDD/AGND回路远一些。
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6.关于敷铜。假如空间允许,应尽量使得各信号线的背面为DGND (DVDD, IOVDD也可)走线或铺铜,以满足阻杭的要求,减刁、信号跳变时产生的过冲和振铃,降低信号跳变时产生的辐射;如空间不允许,则优先对MCLK, PCLK、低位数据线做上述处理。MCLK, PCLK尽量不要走在FPC的最外边,可能的情况下,MCLK, PCLK两侧有GND走线,以降低EMI风险。

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7.在MIPI模组中,差分对中的两根线要平行走线,并尽量等长,建议线宽/间隙为0.1 mm/0.1mm;差分线对间用DGND线隔开:差分线对也要尽可能等长;MIPI信号线背面为DGN铺铜或走线;从芯片引出后,差分信号线的线宽应保持不变,而且两条信号线线要尽可能做到等长设计;不同差分线对之间的间距则应当适当加大>2倍走线宽度为优),或者中间用GND线隔开;对于两层的FPC,差分线对的背面不能平行走其他信号线,以走地线或铺地铜为宜;差分信号线上应尽量少打过孔。更多访问CCM99.COM。
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     其他信号线和差分线对间的距离要适当加大(>2倍走线宽度为优),或者用地线或数字电源线隔开。差分走线转折处,建议采用圆角过渡;差分信号线的阻杭匹配和FPC制板也关系甚大,因此需要告知板厂差分信号线要注意控制阻杭。

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8.在模组FPC Layout中,在可能的情况下多打几个DGND过孔,以使得DGND铺铜尽量的连续为好。如果需要连接,最好在模组内部连接, 用 DGND作为地敷铜电容尽量摆放靠近电源端,容值为0.1UF及以上尽量避免I2C(SCL/SDA)线受到其它高速信号的干扰.

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9.EMI走线注意事项:对于EM工干扰,最重要的还是处理好主板各个高频元器件的分布及相互间的电磁屏蔽,避免高频信号间的反射、串扰等措施,方案公司主板一般会采用高频信号线上加EMI器件,串磁珠等方式来抑制高频干扰。对于摄像头模组,EM工测试常用的措施是包导电布,包电磁屏蔽膜或者矛J银浆,并注意有效接地,防止摄像头输出输入的高频信号干扰到其他器件或者受其他元器件的信号干扰。模组走线,一样需要处理好电源线、GND及高频信号线走线。

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是我的问题还是图本身挂了?
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之前画过一个摄像头模组,不过很多该注意的地方都没注意到,楼主这篇文章精辟啊
好久没登录论坛了
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谢谢   真好。。。
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