探討選擇白光LED閃燈驅(qū)動(dòng)器的方法

在手機(jī)市場中，將高像素的圖像處理器整合至手機(jī)當(dāng)中已差不多成為了標(biāo)準(zhǔn)配備方式。隨著這些圖像處理器的分辨率日益提高，業(yè)界亦提高對高亮度閃光 燈的需求。氙氣閃光燈泡向來都是數(shù)字照相機(jī)的主要照明選擇，但對于移動(dòng)手機(jī)市場來說，在電路板上可供用來安置非電話功能組件的空間實(shí)在有限，以致體積較大 的氙氣燈方案顯得不切實(shí)際。幸好手機(jī)制造商最近在高功率白光二極管上有重大的技術(shù)突破，現(xiàn)今白光LED閃燈二極管的制造商已經(jīng)推出了光輸出超過70流明的 產(chǎn)品，并且可應(yīng)付超過或相當(dāng)于1A的脈沖電流。但這些技術(shù)突破也為設(shè)計(jì)人員帶來了很多有待解決的問題，包括有多少的電路板空間可以用？有什么與閃燈有關(guān)的 功能需要增加？閃燈驅(qū)動(dòng)器可用多少功率？需要多少流明才能拍攝漂亮的照片？只要能解答上述問題，設(shè)計(jì)人員在選擇閃燈LED驅(qū)動(dòng)器時(shí)便能更加得心應(yīng)手。

解決方案的尺寸

手 機(jī)設(shè)計(jì)人員需要面對的第一個(gè)問題是，究竟有多少的電路板空間可讓照相機(jī)閃燈運(yùn)用？在LED閃燈驅(qū)動(dòng)器領(lǐng)域中，最普遍的兩種升壓技術(shù)是開關(guān)電容器升壓(電荷 幫浦)和電感式升壓。在這兩種升壓拓樸中，開關(guān)電容器的方案一般比較細(xì)小，而大部份的開關(guān)電容器均由四個(gè)陶瓷電容器和兩個(gè)外部電阻器組成。針對這些應(yīng)用所 建議的電容值為4.7μF，而電壓的額定值為10V(有助降低直流偏置損耗)。這些電容器采用0603外型尺寸，大部份的電容器制造商均能提供此類產(chǎn)品。 采用開關(guān)電容器的閃燈驅(qū)動(dòng)器之整體方案尺寸一般約為25mm2。例如，采用芯片級封裝的美國國家半導(dǎo)體LM2758，其整體方案尺寸少于15mm2。此 外，開關(guān)電容器解決方案還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是極為纖薄。一般視閃燈驅(qū)動(dòng)器的封裝方式，電容器通常都是整個(gè)方案中最高的組件。

電 感式閃燈驅(qū)動(dòng)器的方案尺寸一般比開關(guān)電容驅(qū)動(dòng)器的為大，一個(gè)典型的電感式閃燈LED驅(qū)動(dòng)器方案大概占用35mm2～40mm2的電路板面積。電感驅(qū)動(dòng)器一 般需要兩個(gè)電容器(輸入和輸出)，它們的平均電容值為10μF，外型尺寸為0805。電感式升壓需要具備整流的部份以處理峰值電感器電流和輸出電壓。在同 步升壓拓樸中，閃燈集成電路通常整合有一個(gè)通路FET(典型為一個(gè)PFET)，而這種整合通常會使到集成電路的封裝尺寸比異步解決方案的更大。在異步拓樸 中，通路部份是以蕭特基二極管(schottky diode)的形式實(shí)現(xiàn)。與采用開關(guān)電容器的升壓比較，電感式升壓所多占的空間主要來自電感器本身。對于那些閃燈電流接近1A的應(yīng)用，其所需的電感器一般 為2.2μH～4.7μF，以及飽和電流必須大于1.5A。然而，這些電感器的尺寸一般都不會少于3mmX 3mm，并且通常都是整個(gè)解決方案中最高的組件，1.2mm也是很平常的高度。

功能特色

一 旦決定了閃燈驅(qū)動(dòng)器的拓樸結(jié)構(gòu)，另一個(gè)要面對的問題是設(shè)計(jì)所需的功能特色。首先需考慮的功能特色是控制接口的類型?；镜拈W燈驅(qū)動(dòng)器一般擁有兩根控制接 腳，以執(zhí)行3～4種不同的操作模式（例如是關(guān)機(jī)、提示燈、手電筒和閃燈）。假如設(shè)計(jì)人員不需以動(dòng)態(tài)形式去調(diào)整亮度，這些簡單的控制部件便足可應(yīng)付。相反 地，如果系統(tǒng)要求比較高度的控制，大部份的閃燈電路都包含有某類的串行控制接口。其中一種最普遍的串行接口是內(nèi)置集成電路(Inter- Integrated Circuit interface, I2C)。I2C或I2C兼容接口不單可控制基本的開/關(guān)功能，而且還可讓用戶動(dòng)態(tài)地設(shè)定手電筒和閃燈的亮度。此外，假如設(shè)計(jì)包含有閃燈保險(xiǎn)計(jì)時(shí)、電感器 電流限制或過壓保護(hù)級等功能的話，也可透過I2C接口進(jìn)行配置。另外，當(dāng)微控制器/微處理器的通用輸入/輸出(GPIO)線路不太足夠時(shí)，這些串行接口便 顯得更為重要。

不少LED驅(qū)動(dòng)器包括美國國家半導(dǎo)體的LM3553都提供有額外的控制接腳，以進(jìn)一步協(xié)助 設(shè)計(jì)人員解決系統(tǒng)層級的問題。今天的典型圖像處理器均擁有一根外部閃光燈(strobe/flash)接腳以提示系統(tǒng)正在拍攝照片。此一閃光燈信號可以透 過閃燈啟動(dòng)(enable)接腳直接連系到多個(gè)LED閃燈驅(qū)動(dòng)器，這種圖像處理器與LED驅(qū)動(dòng)器之間的直接連接可以消除所有出現(xiàn)在兩個(gè)部件之間的延遲，這 些延遲一般都是由控制器或軟件的限制所引致。

在系統(tǒng)層級問題方面，現(xiàn)今手機(jī)系統(tǒng)需要管理通話/數(shù)據(jù)傳輸期間從電池取用的電流量。在 通話/數(shù)據(jù)傳輸過程中由Tx/Rx功率放大器取用的電流再加上由閃燈驅(qū)動(dòng)器所取用的電流，往往可超過電池所能提供的最大電流量。大部份的手機(jī)設(shè)計(jì)均可允許 負(fù)載電池電壓下降至3.2V而不會進(jìn)入重設(shè)狀態(tài)(VBATT-LOADED = VBATT_UNLOADED (IBATT * RBATT_ESR))。為了防止由電池的ESR壓降所產(chǎn)生的重設(shè)，部份比較新的閃燈LED驅(qū)動(dòng)器添加有一根傳輸接腳(Tx)，能夠有助減少LED驅(qū)動(dòng)器 于通話/數(shù)據(jù)傳輸期間所取用的電流。透過加入Tx接腳，閃燈驅(qū)動(dòng)器便可迫使二極管電流在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)(少于100μs)維持在較低的水平，以免手機(jī)在 通話期間誤進(jìn)重設(shè)狀態(tài)。

效率