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(多图) 移动设备闪光 LED驱动芯片:克服空间和功率的限制

Jan Enenkel 奥地利微电子参考应用工程师?? 2012年02月13日 ?? 收藏0
智能手机已经成为性能卓越的设备,尽管首款“照相手机”诞生至今已有多年,但是在黑暗中拍照片所使用的闪光功能时至今日仍然发展缓慢,没有取得很大的进展。近期,随着功率LED的发展,其鲜明的亮度和小巧的体积似乎为智能手机制造商带来了无限商机。但是到目前为止,尽管它能实现与智能手机相匹配的极高画面品质,但LED闪光灯仍然较难应用到智能手机模块中,其主要障碍是闪光驱动电路难以满足手机制造商对尺寸、成本和效率的要求。

闪光驱动电路的种类

手机内的相机其实是一个照相机模块,包含了镜头、机械元件、自动对焦线圈和CMOS传感器本身。图像传感处理器(Image Sensor Processor,ISP)可能被放置在相机模块或手机的主PCB中。

目前市场上共有四种不同类型的闪光驱动芯片:电容LED驱动、电感式LED驱动、氙气闪光驱动和超级电容LED驱动。闪光LED具有4.0V-3.3V的电压要求,因此闪光LED驱动电路必须稳定手机电池的电压,使其波动范围在4.2V-3.3V之间(电压波动取决于电池的充电状态)。

电容LED驱动芯片能够提供约700mA的闪光电流。这类驱动芯片由于易于设计,且体积小巧、价格便宜,因而非常普及。但此类产品有两个主要缺点:虽然他们最适合应用于单LED设备,但是受700mA电流限制的影响,无法为高品质的图像捕捉提供足够的光线输出;此外,该驱动芯片效率较低。阻碍电容驱动芯片的原因是其充电泵只能增加1.5或2倍的电池电压(见图1)。不需要的超出电压必须消散,这会导致效率低下并产生热量。许多使用充电泵的闪光LED驱动芯片供应商都提供DFN和QFN封装,以实现更好的热管理,但这并不能解决根本问题。

图1:奥地利微电子700mA电容LED驱动芯片AS3685与最高2000mA的电感式芯片AS3648效率对比图
图1:奥地利微电子700mA电容LED驱动芯片AS3685与最高2000mA的电感式芯片AS3648效率对比图

因此,手机设计师开始将目光转向电感式LED驱动芯片,以此弥补电容驱动芯片本身的缺陷。电感式驱动芯片可以产生高达2A的电流,并可以驱动双LED,效率更高。双LED设计可提供更高的光线输出,当然也会比单LED设计占用更多空间以及产生更高的成本。

电感式驱动芯片的操作在本质上比电容驱动芯片具有更高效率,在电流消耗和热管理方面提供更多优势。另一方面,由于电感式驱动芯片必须容纳相对体积较大的电感器,因此它的体积较大。

电感式驱动芯片效率高低取决于电感器的损耗、直流转换器中PMOS和NMOS的电阻值以及电流池或电流源的压降。有些闪光LED驱动芯片包含高端电流源,若LED的阴极直接接地可以提供更好的散热效果,但这在一些手机设计中是无法实现的。NMOS的低端电流池具有低电阻和较小晶体管尺寸的优势。

其他两种类型,氙气和超级电容闪光驱动器,更适合摄像头位于中心位置的智能手机。氙气灯泡提供短而明亮的光脉冲,从而实现非常高的图像品质以及清晰的画面。然而在实践中,氙气灯泡和驱动模块对单薄的智能手机外形显得过于庞大,且对材料预算而言也过于昂贵。

改善电感式LED驱动芯片

图片质量的高低为智能手机厂商提供了明确的产品分化手段。这意味着各厂商将争相使用小巧、高效的闪光LED驱动芯片实现高亮度输出,该芯片同时还需具有确保在各种情况下均可安全运行的功能。奥地利微电子的两款新电感式闪光驱动芯片AS3647/8能较好地满足这些测试要求。

图2:标准闪光LED系统——以Osram OSLUX LUW FQ6N为例
图2:标准闪光LED系统——以Osram OSLUX LUW FQ6N为例

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