在電子工程領(lǐng)域，CCD（電荷耦合器件）驅(qū)動(dòng)電路的性能對(duì)成像系統(tǒng)的質(zhì)量起著決定性作用。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）推出的LM98555，一款專為CCD驅(qū)動(dòng)應(yīng)用量身打造的高度集成驅(qū)動(dòng)電路。

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一、LM98555的特性亮點(diǎn)

1. 高度集成設(shè)計(jì)

LM98555將25個(gè)不同驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)器集成到一個(gè)芯片中，為CCD驅(qū)動(dòng)提供了完整的解決方案。這種單芯片集成設(shè)計(jì)不僅節(jié)省了電路板空間，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)這一高要求應(yīng)用的最佳偏斜控制。

2. 專為CCD負(fù)載設(shè)計(jì)的高強(qiáng)度驅(qū)動(dòng)器

• 可調(diào)節(jié)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度：能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求靈活調(diào)整時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，以適應(yīng)不同的CCD負(fù)載。
• 確保偏斜規(guī)格：嚴(yán)格保證輸出信號(hào)的偏斜規(guī)格，為CCD提供穩(wěn)定、精確的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
• 獨(dú)立的輸入和輸出電源：這種設(shè)計(jì)有助于提高電路的穩(wěn)定性和抗干擾能力。
• CMOS工藝技術(shù)：采用先進(jìn)的CMOS工藝，具有低功耗、高集成度等優(yōu)點(diǎn)。

3. 強(qiáng)大的功率處理能力

采用64引腳HTSSOP封裝，具有擴(kuò)展的功率處理能力，能夠滿足高功率應(yīng)用的需求。

二、關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)

1. 電源電壓

• 輸入電源電壓范圍為3.0V至5.5V。
• 驅(qū)動(dòng)器電源電壓范圍為4.5V至5.8V。

2. 輸出偏斜

P1A和P2A輸出之間的最大輸出偏斜為0.5ns，確保了輸出信號(hào)的同步性。

3. 最大功率處理

芯片的最大功率處理能力為2.0W，在高負(fù)載情況下仍能穩(wěn)定工作。

三、引腳描述

1. 驅(qū)動(dòng)輸入引腳

包括P2BIN、RSIN、CPIN等多個(gè)輸入引腳，用于接收CMOS邏輯輸入信號(hào)，為不同的驅(qū)動(dòng)器提供控制信號(hào)。

2. 驅(qū)動(dòng)輸出引腳

有SHDOUT、MCLOUT、AFEOUT等多種輸出引腳，根據(jù)輸入信號(hào)輸出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)CCD的不同部分。

3. 邏輯輸入引腳

EN0和EN1為驅(qū)動(dòng)器使能控制引腳，可用于禁用部分P1A和P2A驅(qū)動(dòng)器，以優(yōu)化驅(qū)動(dòng)能力。

4. 電源和接地引腳

VDDI為預(yù)驅(qū)動(dòng)器的電源引腳，VDDo為末級(jí)驅(qū)動(dòng)器的電源引腳，GND和GNDo分別為不同電路部分的接地引腳。

四、電氣特性

1. 直流電氣特性

在特定測(cè)試條件下，對(duì)邏輯輸入電流、輸入閾值、輸入閾值滯后等參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，確保芯片在直流工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

2. 交流電氣特性

規(guī)定了不同輸出引腳的傳播延遲、延遲偏斜等參數(shù)，保證芯片在交流信號(hào)處理時(shí)的性能。

五、應(yīng)用信息與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 熱管理

• 嚴(yán)格遵守功率耗散限制：由于LM98555具有多個(gè)高強(qiáng)度驅(qū)動(dòng)器，在設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格控制芯片的工作條件，如負(fù)載、電源、并行驅(qū)動(dòng)器數(shù)量和工作頻率等，以確保不超過最大功率耗散限制。
• 熱特性參考：通過特定條件下的熱特性測(cè)試，為設(shè)計(jì)人員提供了參考。例如，在特定尺寸的4層PCB上進(jìn)行測(cè)試，通過過孔將散熱墊連接到內(nèi)部接地層，可有效提高散熱性能。

2. 功率耗散計(jì)算

芯片的功率耗散主要由負(fù)載電容、寄生電容和泄漏電流等因素決定。其中，負(fù)載電容的切換是功率耗散的主要原因，可通過公式P = Sum[Output Frequency x Load Capacitance x Output Voltage Squared]（對(duì)所有輸出求和）來計(jì)算。

3. 輸入信號(hào)設(shè)計(jì)

• 匹配走線長(zhǎng)度：對(duì)于需要低偏斜的定時(shí)信號(hào)，如P1A和P2A信號(hào)，應(yīng)仔細(xì)匹配走線長(zhǎng)度。在某些應(yīng)用中，P2B信號(hào)的走線也需要精心設(shè)計(jì)。
• 控制走線形狀和寬度：合理控制走線的形狀和寬度，以確定走線的特性阻抗，提高信號(hào)的抗干擾能力。同時(shí)，可在源端使用串聯(lián)電阻進(jìn)行信號(hào)端接，減少信號(hào)的過沖和振鈴。

4. 輸出連接和負(fù)載示例

• 優(yōu)化驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度：P1Aoutx和P2Aoutx輸出可選擇性啟用，以提供2、4、6或8個(gè)驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)傳感器和應(yīng)用需求優(yōu)化驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度。
• 設(shè)計(jì)輸出信號(hào)走線：輸出信號(hào)走線應(yīng)設(shè)計(jì)為具有已知阻抗，并在每個(gè)輸出端串聯(lián)源端接電阻，以實(shí)現(xiàn)與走線特性阻抗的良好匹配。多個(gè)輸出信號(hào)應(yīng)在端接電阻之后合并，并通過EMI型鐵氧體磁珠，以提高CCD的傳輸效率。

5. 選擇性驅(qū)動(dòng)器啟用

通過EN1和EN0引腳，用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求僅啟用所需的驅(qū)動(dòng)器，消除不必要的輸出切換，減少功耗。

6. 電源供應(yīng)時(shí)序

在設(shè)備上電和下電過程中，必須確保VDDI小于(VDDO + 0.2V)，以防止內(nèi)部ESD保護(hù)電路中出現(xiàn)過大電流。

7. 電源和接地設(shè)計(jì)

使用平面而非走線來設(shè)計(jì)電源和接地，可降低電氣和熱阻抗，減少接地反彈和振鈴，最小化電磁輻射，提高熱性能。

8. EMI管理

通過適當(dāng)?shù)妮敵鲂盘?hào)源端接、限制輸出走線長(zhǎng)度、確保充足的電源去耦、提供電源和接地平面以及使用最少數(shù)量的輸出等措施，實(shí)現(xiàn)良好的EMI控制。

六、總結(jié)

LM98555以其高度集成的設(shè)計(jì)、卓越的電氣性能和豐富的應(yīng)用特性，成為CCD驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的理想選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師需要充分考慮芯片的各項(xiàng)特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。你在使用類似芯片時(shí)遇到過哪些挑戰(zhàn)？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。