图像传感器的性能不仅取决于像素、动态范围或噪声控制，电源架构同样是影响成像质量和系统可靠性的核心环节。传感器分辨率与速率的持续提升，供电需求呈现出多轨道、高动态、低噪声的复杂特征。
安森美半导体（onsemi）在《Unlocking the Power of Image Sensor Power Tree》中系统地阐述了图像传感器电源树的设计逻辑、热管理模型及功耗优化策略。
从电源拓扑、热设计、效率对比三大维度出发，探讨电源树设计如何支撑Hyperlux系列传感器实现低噪声、高稳定的成像表现，解析Buck与LDO两类核心稳压方案在不同工作条件下的取舍逻辑。
这个技术研讨会干货不少的，我们一起来看看。
Part 1
电源树，
从Buck到LDO的协同演化
图像传感器是一种极度敏感的电子系统。每个像素的信号仅有数微伏到毫伏级，一旦电源纹波或瞬态响应不足，就可能在输出端形成固定图案噪声或亮度漂移。
在“电源树”（Power Tree）的设计中，如何在效率、噪声与热性能之间取得平衡，成为了整个系统架构的核心。
Buck与LDO被视为两种互补的能量调节机制。
◎ Buck转换器负责将高压降至中低电压，以较高效率供给大电流负载；
◎ LDO（低压差线性稳压器）则承担最后一级滤波任务，为模拟前端或像素阵列提供极低噪声的电源轨。
二者的结合，是图像传感器电源树的“骨架”。
从原理上看，同步Buck转换器通过控制开关器件Q1与Q2的导通与关断，以PWM方式调节输出电压。
其效率通常可达90%以上，但在高频切换中容易引入电磁干扰（EMI），因此在靠近成像区域的供电路径中往往需要LDO进一步净化电压。LDO虽效率较低（通常仅为Buck的一半），却能在电流稳定时有效抑制纹波与噪声，提供优异的电源抑制比（PSRR）。
举例来说，在一个典型的图像传感器电源架构中，VDDIO（3.2V）和VAA（2.8V）通常由Buck转换器供电，再通过LDO精调输出电压，以满足像素阵列和模拟电路的噪声要求。而数字核电源VDD（1.2V）则可直接由DCDC输出，优先考虑效率与热管理。
这种分层供电结构兼顾了系统稳定与能耗控制，是现代高性能图像传感器普遍采用的方案。
电源树的复杂性不仅体现在电压层级，还体现在热设计。Buck和LDO的功耗差异导致芯片内部的热分布不均。
手册中给出的例子显示，在相同条件下（VIN=5V，VOUT=1.8V，IOUT=350mA，环境温度60℃），LDO方案的结温约为107℃，而Buck仅为64.5℃。
若结温长期超出125℃的安全阈值，将严重影响可靠性与寿命，电源设计工程师不仅要关注电压与噪声，还要以热阻（RθJA）为关键指标优化散热路径。
热阻（Theta JA）的本质是结温与环境温度的线性函数，表示单位功耗下结温上升的速率。
安森美在JEDEC JESD51-7标准下定义了统一的测试条件，以4层PCB为标准，使不同封装与厂商之间的热性能可直接对比。
例如，NCP163的WLCSP4封装RθJA为108℃/W，而SOT23封装高达218℃/W，这意味着同样0.5W的功耗，后者结温升高将接近110℃。
这对图像传感器模块的热可靠性设计提出了更严苛的要求。
电源树的基础逻辑不仅是降压与稳压的组合，更是一种能量流与热流的系统协同。
这种协同体现在三个层面：Buck的高效转换负责能量调度，LDO的精密稳压负责信号纯净，而PCB与封装设计则决定系统能否在高负载条件下维持热稳定。
Part 2
从效率到可靠性：
Hyperlux电源架构
进入Hyperlux图像传感器时代，电源管理不再是“供电”问题，而是“性能释放”问题。
安森美推荐采用的NCV92310 PMIC，整合了多路DCDC与LDO输出，更在系统级实现了PSRR与瞬态响应的精密匹配。这是对图像质量与系统可靠性的双重追求。
Hyperlux电源树的构建以模块级热与功耗最坏情况为基准，设计环境温度高达60℃，确保在极端负载下仍能保持参数稳定。
电源抑制比（PSRR）是LDO性能的关键指标，定义了电源噪声在输出端的衰减能力。
对于成像系统而言，PSRR越高，电源纹波在像素输出信号中形成的干扰越小。NCP189 LDO凭借80mV的超低压差与±2%的输出精度，为图像传感器模拟域提供了低噪声供电基础。
在电源效率方面，Buck与LDO的差距体现出明显的“能量结构分工”。
Buck的90%效率意味着仅10%的能量以热形式损失，而LDO在压差较大时效率可能降至36%，相当于近三分之二能量转化为热量。
工程师在架构设计中往往会采用“主Buck+子LDO”模式，通过在Buck输出端预设中间电压（例如3.3V至2.8V区间），缩小LDO压差以显著提升整体能效。
除了功率与效率，温度管理同样是Hyperlux设计的重点。
手册中的计算结果显示，当LDO在VIN=5V、VOUT=1.8V、IOUT=0.25A条件下工作时，其功耗为0.8W，结温比环境高86.4℃。在60℃环境下，器件温度接近146℃，已逼近绝对安全极限（150℃）。
在高温应用如车载摄像头或工业视觉系统中，必须通过降低负载电流或优化热设计来确保长期可靠运行。
为了实现可比性与可追溯性，JEDEC标准在热阻测试中引入了统一PCB结构（四层FR4，2oz外层，1oz内层）。
安森美遵循这一规范，使不同产品间的热性能数据具备可横向比对价值。对系统工程师而言，这意味着在设计选型阶段可直接基于RθJA参数估算结温，从而评估电源树在封装与板级层面的热余量。
电源设计并非静态。成像模块中的负载变化极快——在曝光、数据读取与传输等不同阶段，负载电流动态变化可达数倍。LDO瞬态响应的速度直接决定电压恢复时间，影响图像稳定性。
Hyperlux的电源设计因此强调“动态响应时间”与“输出电压偏差”两个指标，通过NCV92310的高速反馈回路与多相同步控制，实现对快速负载波动的精准应对。
从系统级角度看，Hyperlux电源树并非单纯的电路组合，而是一种“功率分层管理体系”。
DCDC部分提供高效率的能量转换骨架，LDO提供信号级纯净输出，而PMIC则负责整体调度与保护。通过这种多层嵌合的设计，系统可在极端光照与高帧率条件下保持稳定的成像质量。
小结
图像传感器的性能上限，往往由电源架构的下限决定。Buck与LDO的选择不只是电路优化，而是系统能量生态的塑造。
从Hyperlux的电源树可以看到，当热、噪声与效率在工程层面被量化与平衡后，成像系统的可靠性、响应速度与动态范围都得到显著提升。
对于设计者而言，理解电源树不仅是理解“如何供电”，更是理解“如何塑造成像底层”。电压精度、PSRR、热阻与结温，这些看似微观的参数，决定了传感器能否在亿级像素、毫秒级曝光的时代持续稳定工作
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