色散光譜應用中的圖像感測需要具有極低雜訊和高比特率的線性陣列圖像感測器，以實現高靈敏度和高速測量。為了降低探測器的暗雜訊並進一步提高測量的靈敏度，需要熱電冷卻器 （TEC）。這些要求還要求高性能電子元件與感測器連接。感測器讀出需要低雜訊和快速建立的放大器以及低雜訊、精密模數轉換器 （ADC）。TEC 需要精確的電流控制和電壓限制，以便精確控制溫度。電源管理電子設備必須能夠提供 TEC 所需的高功率，以及讀出電路所需的低雜訊。最後，良好的印刷電路板佈局對於避免高功率開關信號與精密讀出電子設備的磁耦合或導電耦合干擾至關重要。
過去，設計一個帶有分立電子元件的系統來連接這些複雜的高性能感測器一直是一個挑戰，需要在尺寸和複雜性與性能之間進行仔細權衡。濱松光子學公司和 Analog Devices， Inc. 將此視為一個機會，可以結合各自的專業知識，為濱松 G920x InGaAs 線陣圖像感測器系列創建參考設計，其中濱松提供感測器和系統元件，ADI 公司設計類比前端 （AFE） 板。此參考設計允許透過 FMC 連接器連接到 FPGA 載卡進行模組化評估。Analog Devices 的 μModule®穩壓器用於為設計中最具挑戰性的佈局部分提供緊湊、最佳的佈局。例如，LTM8053μModule 降壓穩壓器將磁性元件與內部佈局集成在一起，大大降低了電磁雜訊。通過提供緊湊和優化的佈局並減少元件數量，這些高度集成的產品還可以在不犧牲性能的情況下實現更小的解決方案。
圖 1.圖像感測器參考設計的簡化框圖。
三個關鍵的高度集成產品實現了這種緊湊和高性能的 AFE 設計：
這ADAQ7980是一款單晶元、高性能、16 位、1 MSPS SAR ADC 數據採集系統模組。ADAQ7980 具有高精度 SAR ADC，集成了 ADC 驅動器、基準緩衝器、LDO 穩壓器以及整合的精密無源器件和去耦元件。
這ADN8835是一款精密 TEC 控制器，集成了 3 A 功率 FET。該ADN8835可精確控制感測器的溫度，而無需外部分立功率 FET。
LTM8053是一款超低雜訊 3.5 A Silent Switcher® μModule 降壓開關穩壓器。LTM8053 將開關控制器、電源開關、電感器和所有支援元件集成到一個緊湊的封裝中，以實現最佳雜訊性能。
這些產品展示了 Analog Devices 高度整合產品的關鍵特性，包括降低 BOM 複雜性和電路板空間，通過消除關鍵電路中的板級寄生效應來優化性能，以及通過提供包含更多信號鏈的性能規格來減少系統誤差和不確定性。其他高性能 Analog Devices 元件用於完成 AFE 解決方案，包括ADR4550精密電壓基準和ADA4807高速精密放大器。AFE 還提供了將 LTM8053 和 ADN8835 的時鐘與提供給感測器和 ADAQ7980 的採樣時鐘同步的功能。
總之，Analog Devices 與 Hamamatsu Photonics， Inc. 合作，為 Hamamatsu G920x 線性陣列 NIR/SWIR InGaAs 圖像感測器系列中的感測器開發了高性能參考設計。這些線性陣列 InGaAs 圖像感測器具有很高的讀出速度，並包括一個集成的 TEC，用於冷卻光學探測器，以實現極低的雜訊運行。這使它們成為高性能 NIR/SWIR 光譜應用（如氣體和礦物鑒定）的絕佳選擇。ADI 公司開發了 AFE 板來連接這些感測器，ADI 公司高度集成的產品實現了高性能和緊湊的尺寸。有關更多資訊，包括此解決方案的完整設計檔和文檔，可以在濱松網站.
圖 2.Analog Devices 開發的 InGaAs 陣列感測器介面板的頂視圖。
關於作者
斯科特·亨特
Scott Hunt 是 Analog Devices 工業平臺和技術部門的一名資深工程師，專注於精密設計工具。Scott於2011年加入ADI公司，擔任精密放大器的產品應用工程師。在 2...Scott Hunt 是 Analog Devices 工業平臺和技術部門的一名資深工程師，專注於精密設計工具。Scott於2011年加入ADI公司，擔任精密放大器的產品應用工程師。在 2...016 年，他成為一名專注於科學儀器的系統應用工程師。他於 2022 年調到 Precision Web Tools Group，現在從事產品定義工作。Scott 擁有倫斯勒理工學院的電氣和計算機系統工程學士學位。
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