Dominando o Layout de PCB para Sensor CMOS: Dicas e Técnicas Essenciais

Já pensou como consegue tirar fotos tão incríveis com o seu smartphone? Câmaras portáteis contêm sensores CMOS, que são parte integrante da criação de imagens de alta qualidade. Gostaria de saber mais sobre estes sensores e o seu layout de PCB? Nesse caso, veio ao lugar certo! Continue a ler para aprender tudo o que precisa sobre sensores CMOS e descobrir as diretrizes a seguir para entregar desempenho consistente.

O Que São Sensores CMOS?

Sensor CMOS é um dispositivo semicondutor de óxido metálico complementar. É um sensor de imagem que identifica e transfere informação que uma câmara precisa para criar uma imagem. O sensor deteta a luz que passa ou atinge objetos e captura-a. A luz é convertida em sinais que mais tarde entregarão a visão.

Os dois principais tipos de sensores de imagem são CMOS e CCD. Numerosas indústrias tiram partido destes sensores, incluindo eletrónica de consumo, equipamento médico, dispositivos de imagem térmica usados na indústria de caça e militar, produtos de sonar e radar, etc.

Qual é a Diferença Entre Sensores CCD e CMOS?

Se falamos de smartphones, câmaras digitais e outros produtos desenhados para uso individual, as chances são de que os sensores utilizem tecnologia CMOS. A razão pela qual os fabricantes os escolhem é o seu preço acessível e consumo moderado de energia. Ambos são importantes para proprietários de smartphones que procuram obter a melhor duração de bateria possível a um preço acessível. Sensores CMOS são também a escolha principal onde ainda precisa de fotografia.

A semelhança entre tecnologias CMOS e CCD é que ambas visam capturar luz e depois transferi-la para sinais elétricos. A especificidade de um dispositivo CCD é que cada célula é analógica. Ao detetar a luz, uma pequena carga em cada sensor retém-na no chip. O amplificador mais próximo tem a tarefa de amplificar as cargas nos pixéis. O processo continua até que todas as linhas de pixéis tenham custo expandido e saída.

Ao contrário disso, os sensores CMOS têm amplificadores para cada píxel individual. Isso significa que têm um espaço menor para capturar a luz. Não é um problema porque cada fotodiodo tem micro-lentes à sua frente. Essas lentes têm a tarefa de focar a luz no diodo. Isso garante a deteção de vistas; caso contrário, pode perdê-la.

Está a perguntar-se sobre as vantagens dos sensores CMOS?

Para começar, não precisam de usar tantos componentes quanto a tecnologia CCD. Isso torna-os mais acessíveis e fáceis de usar em produtos de consumo. Estes sensores também podem ser mais rápidos que CCD e ter menor consumo de energia, aumentando a bateria da sua aplicação. Finalmente, também beneficiará de resistência melhorada a descargas eletrostáticas.

A Importância da Natureza Integrada dos Sensores CMOS

Uma característica essencial dos sensores CMOS é que têm uma natureza integrada. Graças a isso, pode incluir menos componentes no seu PCB do que o habitual, o que pode ajudar a poupar espaço e dinheiro.

É vital notar que estes sensores são sensíveis a ruído. Isso é crucial saber porque têm a capacidade de entregar fotos de baixo ruído. No entanto, pode também lidar com fotos ruidosas ou granuladas se outros componentes emitirem EMI ou se a tensão de alimentação flutuar e tiver ripple. Tudo isso pode causar ruído, e também deve ter cuidado com o over e undershoot transitório.

Os sensores CMOS têm a tarefa de detetar um sinal analógico a nível de píxel. A próxima coisa que fazem é converter esse sinal num número digital, e essa informação vai então para um IC encarregue de processar sinais externos. Significa que a sua principal consideração deve ser garantir o roteamento adequado de sinais mistos.

Encontrará sensores utilizando LVDS e outros padrões de sinalização. Certifique-se de que o roteamento segue a regra dada. Outra coisa a considerar é a tensão de alimentação. Provavelmente precisará de fontes diferentes para os circuitos analógicos e digitais do chip. Isso porque utilizam gamas de tensão diversas. Enquanto a tensão para circuitos digitais pode variar, a analógica tem uma tensão padrão de -3V, embora alguns fabricantes escolham uma gama diferente.

 

Sensor CMOS — Outras Considerações de Layouts de Sensor CMOS

Quando se trata de montar sensores CMOS, geralmente usa through-hole ou montagem em superfície. Em alguns casos, estes sensores podem estar na forma de um die que pode montar num pacote BGA. No entanto, também pode integrar outros sensores com o bloco de processamento de sinal. A abordagem SoC (system-on-chip) única requer quatro ou mais camadas para ter em mente durante a gestão do stack-up.

Deve usar esse número de camadas para definir uma camada de terra abaixo da superfície com o sensor CMOS. O plano de terra deve ter áreas diferentes para secções digitais e analógicas. Pode não ser sensato optar por um plano de terra dividido, pois pode encontrar problemas com sensibilidade a ruído. Também não quer circuitos com alta frequência ou alta velocidade perto do sensor, então considere colocá-los longe dele.

Pode considerar usar uma fita flex para rotear conexões de entrada e saída sobre ela.

No entanto, só pode facilitar isso com a colocação adequada do sensor CMOS na sua placa. Também precisará de considerar estabelecer caminhos de retorno fiáveis. Graças a isso, diminuirá a vulnerabilidade EMI do circuito, o que pode ser vital para melhorar a fiabilidade do sensor e da placa. A maioria dos fabricantes evitará usar uma placa de circuito impresso flexível com um sensor CMOS.

Se procura uma empresa que possa lidar com o design e montagem de PCBs com sensor de imagem, sinta-se à vontade para contactar a WellPCB. A complexidade do projeto é irrelevante porque tem anos de experiência e centenas de projetos bem-sucedidos no seu portfólio.

A WellPCB pode ajudá-lo durante todo o processo. A equipa conhecedora ajudará a tomar as decisões certas para o design da sua placa e tratará da montagem. No menor prazo possível, terá um PCB de alto desempenho à sua porta.

Sensor CMOS — Equilíbrio Entre Layout Matemático e Envolvente Mecânica

É natural que o layout de uma placa de circuito impresso tenha certas especificidades. Por exemplo, é vital garantir o equilíbrio ótimo entre a envolvente mecânica da sua aplicação e o layout elétrico. Precisará de acomodar filtros, lentes e outras óticas mecanicamente e integrar uma placa que contenha o sensor de imagem.

Algumas câmaras podem também ter a possibilidade de mover a ótica para definir o foco desejado. No entanto, placas de circuito impresso com sensores precisam de ser mantidas na mesma posição, mesmo que possível. Existem formas de as mover também, mas requerem geometria avançada.

Felizmente, os smartphones têm algoritmos que permitem autofoco hoje em dia. É por isso que não tem de se preocupar em mover lentes. Mas precisará de trabalhar com equipas elétricas e mecânicas para garantir que tudo encaixa perfeitamente.

Sensor CMOS — Guia de Colocação de Componentes em Layouts de Alta Velocidade

Ainda seguirá as regras habituais para projetar um layout de PCB. Isso significa que deve utilizar a abordagem DFM (design para fabricação) e criar uma placa que uma máquina real tenha capacidade de montar. No entanto, um layout de alta velocidade exigirá algumas considerações específicas sobre colocação de componentes.

Os caminhos de circuito precisam de ser priorizados porque quer que a distância que os sinais têm de percorrer seja mínima. Os pinos precisam de ter a conexão mais direta possível em redes críticas, o que precisa de considerar ao seguir o esquemático do circuito.

Também não quer que os traços de sinais passem por planos divididos. Isso garantirá um caminho de retorno fiável, essencial para um layout de alta velocidade. Além disso, considere opções de arrefecimento extra porque não quer problemas de alta temperatura se certas peças ficarem demasiado quentes.

Sensor CMOS — Como Rotejar Corretamente Circuitos PCB de Alta Velocidade

Não deve esperar muitas surpresas em termos de roteamento de traços. No entanto, os requisitos de comprimento de traço podem variar, e é essencial seguir as diretrizes recomendadas. Se usar o software certo ou contratar um especialista, determinar as larguras de traço ideais não deve ser um problema.

É vital notar que o caminho mais direto pode não ser a melhor solução de roteamento para a sua aplicação. A sua principal consideração deve ser garantir o roteamento de traços de alta velocidade, e a melhor forma de fazer isso é considerar o caminho completo do sinal.

Conclusão

Os sensores CMOS são componentes benéficos que garantem imagens de alta qualidade e são uma excelente escolha para smartphones e outros produtos de consumo.

As placas de circuito impresso que consideram estes sensores têm características específicas, e isso é algo a ter em mente durante o processo de design e fabricação. Se quer um PCB fiável com sensor de imagem de alto desempenho, deve trabalhar com especialistas da indústria. Porque podem fornecer uma placa com fiabilidade e durabilidade suficientes e garantir que tudo está a funcionar.