CMOS センサー PCB レイアウトの方法を知っていますか?

スマートフォンでこんなに素晴らしい写真を撮る方法を考えたことはありますか?ハンドヘルド カメラには、高品質の画像を作成するために不可欠な部分である CMOS センサーが搭載されています。これらのセンサーとその PCB レイアウトについて詳しく知りたいですか?その場合、あなたは正しい場所に来ました！読み続けて、CMOS センサーについて知っておく必要があるすべてのことを学び、一貫したパフォーマンスを実現するために従うべきガイドラインを見つけてください。

CMOS センサーとは

CMOS センサーは、相補的なメタ酸化物半導体デバイスです。これは、カメラが画像を作成するために必要な情報を識別して転送する画像センサーです。センサーは、物体を通過または衝突する光を検出し、それをキャプチャします。太陽は、後でビジョンを提供する信号に変換されます。

イメージ センサーの主な 2 種類は、CMOS と CCD です。家庭用電化製品、医療機器、狩猟および軍事産業で使用される熱画像装置、ソナーおよびレーダー製品など、多くの産業がこれらのセンサーを利用しています。

CCD センサーと CMOS センサーの違いは?

スマートフォン、デジタル カメラ、およびその他の個人用に設計された製品について話している場合、センサーは CMOS テクノロジを利用している可能性があります。メーカーがそれらを選択する理由は、手頃な価格と適度な消費電力です。これらは両方とも、予算にやさしい価格で可能な限り最高のバッテリー持続時間を取得しようとしているスマートフォンの所有者にとって重要です.また、CMOS センサーは、写真が必要な場合でも第一の選択肢となります。

CMOS と CCD テクノロジーの類似点は、光を捉えてから電気信号に変換することを目的としていることです。 CCD デバイスの特徴は、各セルがアナログであることです。太陽を検出すると、各センサーの小さな電荷が太陽をチップに保持します。最も近いアンプには、ピクセルの電荷を増幅するタスクがあります。このプロセスは、すべてのピクセル ラインがコストと出力を拡大するまで続きます。

それとは異なり、CMOS センサーには個々のピクセルごとにアンプがあります。つまり、光を取り込むためのスペースが小さいということです。各フォトダイオードの前にマイクロレンズがあるため、これは問題ではありません。これらのレンズには、光をダイオードに集束させる役割があります。これにより、ビューの検出が保証されます。そうしないと、見逃してしまう可能性があります。

CMOS センサーの利点について知りたいですか?

まず第一に、CCD テクノロジーほど多くのコンポーネントを使用する必要はありません。これにより、より手頃な価格になり、消費者製品での使用が容易になります。これらのセンサーは、CCD よりも高速で消費電力が少ないため、アプリケーションのバッテリーが増加します。最後に、静電気の放電に対する耐性が向上するというメリットもあります。

CMOS センサーの統合された性質の重要性

CMOSセンサーの本質的な特徴は、統合された性質を持っていることです。そのおかげで、PCB に含めるコンポーネントを通常より少なくすることができ、スペースとコストの両方を節約できます。

これらのセンサーはノイズに敏感であることに注意することが重要です。低ノイズの写真を提供する機能があるため、これを知ることは非常に重要です。ただし、他のコンポーネントが EMI を放出したり、電源電圧が変動したりリップルが発生したりする場合は、ノイズの多い画像やざらざらした画像を処理することもできます。これらすべてがノイズの原因となり、過渡的なオーバーシュートとアンダーシュートにも注意する必要があります。

CMOS センサーには、ピクセル レベルでアナログ信号を検出するタスクがあります。次に、その信号をデジタル数値に変換し、その情報を外部信号の処理を担当する IC に渡します。これは、混合メッセージの適切なルーティングを確保することを第一に考慮する必要があることを意味します。

LVDS やその他の信号規格を利用するセンサーに遭遇するでしょう。ルーティングが指定されたルールに従っていることを確認してください。もう1つ考慮すべきことは、電源電圧です。おそらく、チップのアナログ回路とデジタル回路には異なるソースが必要になるでしょう。これは、さまざまな電圧範囲を使用するためです。デジタル回路の電圧は異なる場合がありますが、アナログの標準電圧は -3V ですが、一部のメーカーは異なる電圧を選択しています。

CMOS センサー – CMOS センサーのレイアウトに関するその他の考慮事項

CMOSセンサーの取り付けに関しては、通常、スルーホールまたは表面実装を使用します。場合によっては、これらのセンサーは、BGA パッケージにマウントできるダイの形をしている場合があります。ただし、他のセンサーを信号処理ブロックに統合することもできます。単一 SoC (システム オン チップ) アプローチでは、スタックアップ管理中に留意する必要がある 4 つ以上のレイヤーが必要です。

そのレイヤー番号を使用して、CMOS センサーを搭載した表面の下にグランド レイヤーを設定する必要があります。グランド プレーンには、デジタル セクションとアナログ セクションで異なる領域が必要です。ノイズ感度の問題が発生する可能性があるため、グランド プレーンを分割するのは賢明ではないかもしれません。また、センサーの近くに高周波または高速の回路を配置したくないため、センサーから離して配置することを検討してください。

Flex リボンを使用して出力および入力接続をルーティングすることを検討できます。

ただし、ボード上に CMOS センサーを適切に配置することによってのみ、これを容易にすることができます。また、信頼できるリターン パスを確立することも検討する必要があります。そのおかげで、センサーとボードの信頼性を向上させるために不可欠な、回路の EMI 脆弱性が減少します。ほとんどのメーカーは、CMOS センサーにフレキシブル プリント回路基板を使用することを避けています。

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CMOS センサー – 数学的レイアウトと機械的筐体のバランス

プリント回路基板のレイアウトに特定の仕様があるのは当然のことです。たとえば、アプリケーションの機械的筐体と電気レイアウトの間で最適なバランスを確保することが重要です。フィルター、レンズ、その他の光学部品を機械的に収容し、画像センサーを含むボードを統合する必要があります。

一部のカメラでは、光学系を動かして目的の焦点を設定することもできます。ただし、センサーを搭載したプリント基板は、できれば同じ位置に保持する必要があります。それらを移動する方法もありますが、高度なジオメトリが必要です。

幸いなことに、最近のスマートフォンにはオートフォーカスを可能にするアルゴリズムがあります。そのため、レンズの移動について心配する必要はありません。ただし、すべてが完全に適合するようにするには、電気チームと機械チームの両方と協力する必要があります。

CMOS センサー - 高速レイアウトでのコンポーネント配置ガイド

PCB レイアウトを設計するための通常の規則に従います。つまり、DFM (製造のための設計) アプローチを利用して、実際の機械が組み立て可能なボードを作成する必要があります。ただし、高速レイアウトでは、コンポーネントの配置に関していくつかの特定の考慮事項が必要になります。

信号が交差する距離を最小限に抑える必要があるため、回路パスに優先順位を付ける必要があります。ピンは、重要なネットで可能な限り直接接続する必要があります。これは、回路図をたどる際に考慮する必要があります。

また、信号のトレースが分割プレーンを通過することも望ましくありません。これにより、高速レイアウトに不可欠な確実なリターンパスが確保されます。さらに、特定の部品が熱くなりすぎた場合に高温の問題が発生しないようにするため、追加の冷却オプションを検討してください。

CMOS センサー – 高速 PCB 回路を適切に配線する方法

トレース ルーティングに関しては、多くの驚きを期待すべきではありません。ただし、トレース長の要件は異なる場合があり、推奨されるガイドラインに従うことが不可欠です。適切なソフトウェアを使用するか専門家を雇えば、理想的なトレース幅を決定することは問題になりません。

最も直接的なパスは、アプリケーションにとって最適なルーティング ソリューションではない可能性があることに注意することが重要です。主な考慮事項は、高速トレース ルーティングを確保することであり、そのための最善の方法は、完全な信号パスを考慮することです。

結論

CMOS センサーは、最高品質の画像を確保する有益なコンポーネントであり、スマートフォンやその他の消費者向け製品に最適な選択肢です。

これらのセンサーを考慮したプリント回路基板には特定の特性があり、設計および製造プロセス中に留意する必要があります。高性能の画像センサーを備えた信頼性の高い PCB が必要な場合は、業界の専門家と協力する必要があります。十分な信頼性と耐久性を備えたボードを提供し、すべてが機能していることを確認できるからです。