Wissen Sie, wie man ein PCB-Layout für CMOS-Sensoren durchführt?

Hast du jemals darüber nachgedacht, wie du mit deinem Smartphone so tolle Bilder machen kannst? Handkameras enthalten CMOS-Sensoren, die ein wesentlicher Bestandteil der Erstellung hochwertiger Bilder sind. Möchten Sie mehr über diese Sensoren und ihr PCB-Layout erfahren? Dann sind Sie bei uns genau richtig! Bitte lesen Sie weiter, um alles zu erfahren, was Sie über CMOS-Sensoren wissen müssen, und entdecken Sie die Richtlinien, die Sie befolgen müssen, um eine konsistente Leistung zu erzielen.

Was sind CMOS-Sensoren?

Der CMOS-Sensor ist ein komplementäres Meta-Oxid-Halbleiterbauelement. Es ist ein Bildsensor, der Informationen identifiziert und überträgt, die eine Kamera benötigt, um ein Bild zu erstellen. Der Sensor erkennt das Licht, das durch Gegenstände geht oder auf sie trifft, und fängt es ein. Die Sonne wird in Signale umgewandelt, die später die Vision liefern.

Die zwei Haupttypen von Bildsensoren sind CMOS und CCD. Zahlreiche Branchen nutzen diese Sensoren, darunter Unterhaltungselektronik, medizinische Geräte, Wärmebildgeräte, die in der Jagd- und Militärindustrie verwendet werden, Sonar- und Radarprodukte usw. 

Was ist der Unterschied zwischen CCD- und CMOS-Sensoren?

Wenn wir über Smartphones, Digitalkameras und andere Produkte sprechen, die für den individuellen Gebrauch entwickelt wurden, verwenden die Sensoren wahrscheinlich CMOS-Technologie. Der Grund, warum sich die Hersteller für sie entscheiden, ist ihr erschwinglicher Preis und ihr moderater Stromverbrauch. Beides ist wichtig für Smartphone-Besitzer, die die bestmögliche Akkulaufzeit zu einem budgetfreundlichen Preis erhalten möchten. CMOS-Sensoren sind auch überall dort erste Wahl, wo Sie noch fotografieren müssen.

Die Ähnlichkeit zwischen CMOS- und CCD-Technologie besteht darin, dass sie darauf abzielen, Licht einzufangen und es dann in elektrische Signale umzuwandeln. Das Besondere an einem CCD-Gerät ist, dass jede Zelle analog ist. Beim Erkennen der Sonne hält eine kleine Ladung in jedem Sensor diese im Chip. Der nächste Verstärker hat die Aufgabe, die Ladungen in Pixeln zu verstärken. Der Prozess wird fortgesetzt, bis alle Pixelzeilen erweiterte Kosten und Ausgaben haben.

Im Gegensatz dazu haben CMOS-Sensoren Verstärker für jeden einzelnen Pixel. Das bedeutet, dass sie weniger Platz zum Einfangen des Lichts haben. Es ist kein Problem, da jede Fotodiode Mikrolinsen davor hat. Diese Linsen haben die Aufgabe, das Licht in die Diode zu fokussieren. Das sichert die Erkennung von Views; andernfalls könnten Sie es verpassen.

Fragen Sie sich nach den Vorteilen von CMOS-Sensoren?

Zunächst einmal müssen sie nicht so viele Komponenten verwenden wie die CCD-Technologie. Das macht sie erschwinglicher und zugänglicher für die Verwendung in Konsumgütern. Diese Sensoren können auch schneller als CCD sein und einen geringeren Stromverbrauch haben, wodurch die Batterie Ihrer Anwendung erhöht wird. Schließlich profitieren Sie auch von einer verbesserten Beständigkeit gegen Entladung statischer Elektrizität.

Die Bedeutung der integrierten Natur von CMOS-Sensoren

Ein wesentliches Merkmal von CMOS-Sensoren ist, dass sie integrierter Natur sind. Dadurch können Sie weniger Komponenten als üblich auf Ihrer Leiterplatte unterbringen, wodurch Sie sowohl Platz als auch Geld sparen können.

Es ist wichtig zu beachten, dass diese Sensoren rauschempfindlich sind. Das ist wichtig zu wissen, da sie in der Lage sind, rauscharme Fotos zu liefern. Sie können jedoch auch mit verrauschten oder körnigen Bildern zu kämpfen haben, wenn andere Komponenten EMI aussenden oder wenn die Versorgungsspannung schwankt und wellt. All das kann Rauschen verursachen, und Sie sollten auch auf das vorübergehende Über- und Unterschwingen achten.

CMOS-Sensoren haben die Aufgabe, ein analoges Signal auf Pixelebene zu erfassen. Als Nächstes wandeln sie dieses Signal in eine digitale Zahl um, und diese Informationen gehen dann an einen IC, der für die Verarbeitung externer Signale zuständig ist. Dies bedeutet, dass Ihre Hauptüberlegung darin bestehen sollte, ein angemessenes Routing gemischter Nachrichten sicherzustellen.

Sie werden auf Sensoren stoßen, die LVDS und andere Signalisierungsstandards verwenden. Stellen Sie sicher, dass das Routing der angegebenen Regel folgt. Eine weitere zu berücksichtigende Sache ist die Versorgungsspannung. Sie benötigen wahrscheinlich unterschiedliche Quellen für die analogen und digitalen Schaltkreise des Chips. Das liegt daran, dass sie einen unterschiedlichen Spannungsbereich nutzen. Während die Spannung für digitale Schaltkreise variieren kann, hat analog eine Standardspannung von -3 V, obwohl einige Hersteller eine andere Variante wählen.

CMOS-Sensor – Weitere Überlegungen zu CMOS-Sensor-Layouts

Wenn es um die Montage von CMOS-Sensoren geht, verwenden Sie normalerweise eine Durchsteck- oder Oberflächenmontage. In einigen Fällen haben diese Sensoren möglicherweise die Form eines Chips, den Sie auf einem BGA-Gehäuse montieren können. Sie können aber auch andere Sensoren mit dem Signalverarbeitungsblock einbinden. Der Einzel-SoC-Ansatz (System-on-Chip) erfordert vier oder mehr Schichten, die bei der Stapelverwaltung berücksichtigt werden müssen.

Sie sollten diese Schichtnummer verwenden, um eine Grundschicht unter der Oberflächenschicht mit dem CMOS-Sensor festzulegen. Die Masseebene muss unterschiedliche Bereiche für digitale und analoge Abschnitte haben. Es ist möglicherweise nicht ratsam, sich für eine geteilte Grundebene zu entscheiden, da Probleme mit der Rauschempfindlichkeit auftreten können. Sie möchten auch keine Schaltungen mit hoher Frequenz oder hoher Geschwindigkeit in der Nähe des Sensors, also sollten Sie sie weit davon entfernt platzieren.

Sie können erwägen, ein flexibles Band zu verwenden, um Ausgangs- und Eingangsverbindungen darüber zu führen.

Dies können Sie jedoch nur mit der geeigneten Platzierung des CMOS-Sensors auf Ihrer Platine ermöglichen. Sie müssen auch erwägen, zuverlässige Rückpfade einzurichten. Dadurch verringern Sie die EMI-Anfälligkeit der Schaltung, was für die Verbesserung der Zuverlässigkeit des Sensors und der Platine von entscheidender Bedeutung sein kann. Die Mehrheit der Hersteller wird es vermeiden, eine flexible Leiterplatte mit einem CMOS-Sensor zu verwenden.

Wenn Sie nach einem Unternehmen suchen, das das Design und die Bestückung von Leiterplatten mit einem bildgebenden Sensor übernehmen kann, können Sie sich gerne an WellPCB wenden. Die Komplexität des Projekts spielt keine Rolle, da es jahrelange Erfahrung und Hunderte von erfolgreichen Projekten in seinem Portfolio hat.

WellPCB kann Ihnen während des gesamten Prozesses helfen. Die sachkundigen Mitarbeiter helfen Ihnen, die richtigen Entscheidungen für das Design Ihres Boards zu treffen und kümmern sich um die Montage. In kürzester Zeit haben Sie eine leistungsstarke Leiterplatte vor Ihrer Haustür.

CMOS-Sensor – Balance zwischen mathematischem Layout und mechanischem Gehäuse

Das Layout einer Leiterplatte weist naturgemäß gewisse Besonderheiten auf. Beispielsweise ist es wichtig, eine optimale Balance zwischen dem mechanischen Gehäuse Ihrer Anwendung und dem elektrischen Layout zu gewährleisten. Sie müssen Filter, Linsen und andere Optiken mechanisch unterbringen und eine Platine integrieren, die den Bildsensor enthält.

Einige Kameras haben möglicherweise auch die Möglichkeit, die Optik zu bewegen, um den gewünschten Fokus einzustellen. Leiterplatten mit Sensoren müssen jedoch möglichst an der gleichen Position gehalten werden. Es gibt auch Möglichkeiten, sie zu bewegen, aber sie erfordern eine fortgeschrittene Geometrie.

Glücklicherweise verfügen Smartphones heutzutage über Algorithmen, die Autofokus ermöglichen. Aus diesem Grund müssen Sie sich keine Gedanken über bewegliche Linsen machen. Aber Sie müssen sowohl mit elektrischen als auch mit mechanischen Teams zusammenarbeiten, um sicherzustellen, dass alles perfekt passt.

Leitfaden zur Platzierung von CMOS-Sensoren in Hochgeschwindigkeitslayouts

Sie werden weiterhin die üblichen Regeln für das Entwerfen eines PCB-Layouts befolgen. Das bedeutet, dass Sie den DFM-Ansatz (Design for Manufacturing) verwenden und eine Platine erstellen sollten, die eine reale Maschine bestücken kann. Ein Hochgeschwindigkeits-Layout erfordert jedoch einige spezifische Überlegungen hinsichtlich der Komponentenplatzierung.

Schaltungspfade müssen priorisiert werden, da Sie möchten, dass die Entfernung, die die Signale überqueren müssen, minimal ist. Die Pins müssen in kritischen Netzen eine möglichst direkte Verbindung haben, was Sie berücksichtigen müssen, während Sie dem Schaltplan der Schaltung folgen.

Sie möchten auch nicht, dass die Signalspuren durch geteilte Ebenen verlaufen. Dadurch wird ein zuverlässiger Rückweg sichergestellt, was für ein Hochgeschwindigkeitslayout unerlässlich ist. Ziehen Sie außerdem zusätzliche Kühloptionen in Betracht, da Sie keine Hochtemperaturprobleme haben möchten, wenn bestimmte Teile zu heiß werden.

CMOS-Sensor – Richtiges Routing von Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenschaltungen

Beim Trace-Routing sollten Sie nicht viele Überraschungen erwarten. Die Anforderungen an die Leiterbahnlänge können jedoch variieren, und es ist wichtig, die empfohlenen Richtlinien zu befolgen. Wenn Sie die richtige Software verwenden oder einen Experten beauftragen, sollte die Bestimmung der idealen Leiterbahnbreiten kein Problem sein.

Es ist wichtig zu beachten, dass der direkteste Weg möglicherweise nicht die beste Routing-Lösung für Ihre Anwendung ist. Ihre Hauptüberlegung sollte sein, ein Hochgeschwindigkeits-Trace-Routing zu gewährleisten, und der beste Weg, dies zu tun, besteht darin, den gesamten Signalpfad zu berücksichtigen.

Schlussfolgerung

CMOS-Sensoren sind vorteilhafte Komponenten, die Bilder in höchster Qualität sichern und eine ausgezeichnete Wahl für Smartphones und andere Verbraucherprodukte sind.

Die Leiterplatten, die diese Sensoren berücksichtigen, haben spezifische Eigenschaften, die beim Design und Herstellungsprozess zu berücksichtigen sind. Wenn Sie eine zuverlässige Leiterplatte mit einem leistungsstarken Bildsensor wünschen, sollten Sie mit Branchenexperten zusammenarbeiten. Weil sie ein Board mit ausreichender Zuverlässigkeit und Haltbarkeit bereitstellen und sicherstellen können, dass alles funktioniert.