視覺系統(tǒng)現(xiàn)已集成到各種產(chǎn)品中。視頻信號的處理通常由需要多個電源軌的專用IC執(zhí)行，最好由電源管理IC提供。本文討論視覺系統(tǒng)和PMIC應(yīng)用。

捕獲圖像已成為許多日常和不太常見的應(yīng)用不可或缺的一部分，從車載攝像頭到制造檢查，再到無人機(jī)添加用于機(jī)器學(xué)習(xí)以及面部和手勢識別的人工智能。根據(jù)分析師MarketsandMarkets的數(shù)據(jù)，到2024年，對視頻處理電子產(chǎn)品的需求預(yù)計將以18.7%的復(fù)合年增長率增長，達(dá)到3.2B美元左右，其中安全和監(jiān)控預(yù)計將具有最高的增長率。

視頻系統(tǒng)本身的傳感器，無論是CCD還是CMOS，已經(jīng)成為微型商品，可以低成本和低功耗，特別是CMOS類型。然而，處理視頻輸出通常是一項復(fù)雜的操作，并且越來越多地在相機(jī)內(nèi)或使用點(diǎn)完成。例如，無線機(jī)器視覺系統(tǒng)可以利用“邊緣計算”在本地處理數(shù)據(jù)，從而為執(zhí)行器提供更快的響應(yīng)，減輕集中計算的負(fù)擔(dān)，并以更少的無線傳輸周期降低本地功耗。同樣，在快速擴(kuò)大的監(jiān)控?zé)o人機(jī)市場中，本地視頻信號處理對于向?qū)Ш较到y(tǒng)提供直接反饋以進(jìn)行地形分析并避免碰撞是必要的。在這個特定的例子中，小尺寸、低重量和最小的功耗對于最大化機(jī)載電池的可用飛行時間至關(guān)重要。

視覺處理器 IC 需要多個電源軌

對于最簡單的應(yīng)用，視覺處理器（通常是“片上系統(tǒng)”）可能僅消耗約0.5 W，但仍需要多個電壓軌，并具有自己的上電/關(guān)序要求。這些電源軌的電壓范圍通常為 3.3 V 至 1 VDC 以下，用于內(nèi)核、I/O、模擬、存儲器、內(nèi)務(wù)管理和連接功能。圖 1 顯示了示例視覺處理器 IC 的電源軌。具有 8 K 質(zhì)量視頻、復(fù)雜高速功能以及多核、擴(kuò)展接口選項、調(diào)試設(shè)施、顯示控制器和 ASIL 安全性等特性的全功能視覺處理器芯片，適用于汽車應(yīng)用，將消耗更高的功率并需要更多電源軌。這些應(yīng)用需要板載電源管理技術(shù)，例如動態(tài)電壓和時鐘頻率縮放以及多種空閑、“睡眠”和“深度睡眠”模式，以最大限度地延長電池壽命和飛行時間。

圖1.典型的視覺處理器“片上系統(tǒng)”電源軌

所需的電壓軌由本地單節(jié)鋰離子電池供電，必須高效實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)最長的電池運(yùn)行時間。實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的最佳解決方案是電源管理 IC （PMIC），它將多個可編程和可配置的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器與遠(yuǎn)程配置和控制集成在一起，以實(shí)現(xiàn)初始設(shè)置、動態(tài)電壓調(diào)節(jié)和排序。功能齊全的PMIC的一個典型例子是Qorvo的ACT88760。ACT88760非常適合視頻處理應(yīng)用，但它也可以為各種處理器，FPGA，可穿戴設(shè)備，外設(shè)和微控制器供電（圖2）。

圖2.適用于視頻處理器IC的電源管理IC

ACT88760設(shè)計用于2.6至5.8V輸入，匹配單個鋰離子或鋰聚合物電池電壓，并具有七個降壓轉(zhuǎn)換器，額定電流為2 A至4 A。 降壓對可在雙相模式下工作，輸出為8 A，每個降壓轉(zhuǎn)換器可在0.5 V至3.8 V范圍內(nèi)編程。 包括六個低壓差（LDO）線性穩(wěn)壓器， 其中兩個可配置為低電阻負(fù)載開關(guān)。此外，十個通用I/O （GPIO）引腳可配置為各種系統(tǒng)功能，也可以通過I2C接口訪問。配置包括改變輸出電壓、啟動時間、輸出壓擺率、系統(tǒng)級排序、開關(guān)頻率、休眠模式和其他工作模式。ACT88760是一個集成轉(zhuǎn)換器，只需要幾個外部元件。Qorvo設(shè)計了具有2.25 MHz開關(guān)頻率的ACT88760，以最大限度地提高負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)并最小化外部組件尺寸。在深度睡眠模式下，PMIC 靜態(tài)電流僅為 65 μA，啟用單個 LDO 穩(wěn)壓器以保持系統(tǒng)“活動”，但隨時響應(yīng)“喚醒呼叫”。禁用所有穩(wěn)壓器時，靜態(tài)電流僅為10 μA。ACT88760采用微型81引腳3.85 x 3.85 mm WLCSP封裝，適合空間最受限的應(yīng)用。該器件由 Qorvo ActiveCiPS 加密狗提供支持，該加密狗與器件評估板配合使用，允許用戶通過直觀的 GUI 進(jìn)行監(jiān)控和配置，無需任何特殊固件或軟件。為特定最終產(chǎn)品選擇默認(rèn)參數(shù)后，用戶可以將配置上傳到 Qorvo，然后由 Qorvo 運(yùn)送具有所需功能的預(yù)編程部件。

用于電池充電控制的PMIC

對于某些電池供電的視頻應(yīng)用，需要電池充電控制，這也可以在Qorvo ACT81460等PMIC中實(shí)現(xiàn)。該器件適用于低功耗家庭安全攝像頭應(yīng)用，具有兩個0.4 A降壓穩(wěn)壓器、一個降壓-升壓穩(wěn)壓器、一個升壓穩(wěn)壓器和三個LDO，每個LDO的額定電流為100 mA。所有輸出均具有可編程電壓和啟動/關(guān)斷特性。PMIC 包括一個 0.8 A 線性電池充電器，具有全面的充電控制模式：涓流、預(yù)調(diào)節(jié)和快速充電，具體取決于電池充電狀態(tài)。在禁用開關(guān)穩(wěn)壓器但仍啟用內(nèi)部監(jiān)視器和基準(zhǔn)電壓源的情況下，電池負(fù)載可低至2.1 μA。它提供四個 GPIO 和一個 I2C 接口，用于監(jiān)測和控制，包括動態(tài)電壓調(diào)節(jié)。該器件采用4 V至5.5 V輸入供電，電池電壓范圍為2.7 V至4.5 V。與ACT88760一樣，輸出可以通過I2C接口進(jìn)行排序和啟用，并使用ActiveCiPS加密狗進(jìn)行配置。實(shí)現(xiàn)低功耗模式，包括“睡眠”和“深度睡眠”，即使啟用六個穩(wěn)壓器和三個負(fù)載開關(guān)，靜態(tài)電流也僅為6 μA。

PMIC是視覺處理器和SoM的理想伴侶，其中需要多個嚴(yán)格調(diào)節(jié)的電壓軌，具有排序和主動控制功能，以最大限度地減少終端負(fù)載和PMIC本身的損耗。作為獎勵，可以預(yù)先配置和遠(yuǎn)程控制的標(biāo)準(zhǔn)PMIC，例如來自Qorvo的PMIC，可用于多種應(yīng)用，從而節(jié)省采購量和庫存成本。
審核編輯：陳陳