La integración y la colaboración en el corazón de un diseño de referencia del sensor de imagen de alto rendimiento

La detección de imágenes en aplicaciones de espectroscopia de dispersión requiere un detector de imágenes de matriz lineal con un ruido muy bajo y una alta tasa de bits para obtener mediciones de alta sensibilidad y velocidad. Para reducir el ruido negro del detector y aumentar aún más la sensibilidad de la medición, se necesita un refrigerador termoeléctrico (TEC). Estos requisitos también exigen una electrónica de alto rendimiento para interactuar con el sensor. La lectura del sensor requiere amplificadores de bajo ruido y rápida estabilización y un convertidor analógico-digital (ADC) de precisión y bajo ruido. La TEC necesita un control preciso de la corriente y una limitación de la tensión para controlar con precisión la temperatura. La electrónica de gestión de la energía debe ser capaz de proporcionar la alta potencia requerida por el TEC, así como el bajo ruido requerido por el circuito de lectura. Por último, es esencial un buen diseño de la placa de circuito impreso para evitar interferencias por acoplamiento magnético o conductivo de las señales de conmutación de alta potencia con la electrónica de lectura de precisión.

El diseño de un sistema con electrónica discreta para interactuar con estos complejos sensores de alto rendimiento ha sido un reto en el pasado, ya que ha requerido un cuidadoso compromiso entre tamaño y complejidad y rendimiento. Hamamatsu Photonics, Inc. y Analog Devices, Inc. vieron la oportunidad de combinar sus conocimientos para crear un diseño de referencia para la familia de sensores de imagen lineales Hamamatsu G920x InGaAs, en el que Hamamatsu proporcionó el sensor y los componentes del sistema y Analog Devices diseñó la tarjeta de extremo frontal analógico (AFE). Este diseño de referencia permite la evaluación modular mediante la interconexión con placas portadoras de FPGA a través de un conector FMC. El µMódulo de Analog Devices® los reguladores se utilizan para proporcionar una disposición compacta y óptima de las partes más difíciles del diseño. Por ejemplo, el controlador buck µModule LTM8053 integra componentes magnéticos con una disposición interna que reduce significativamente el ruido electromagnético. Al ofrecer una disposición compacta y optimizada y reducir el número de componentes, estos productos altamente integrados también permiten una solución más pequeña sin sacrificar el rendimiento.

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Figura 1: Diagrama de bloques simplificado del diseño de referencia del sensor de imagen.

Tres productos clave altamente integrados permiten este diseño de AFE compacto y de alto rendimiento:

El ADAQ7980 es un módulo de sistema de adquisición de datos SAR de 16 bits y 1 MSPS, de un solo chip y alto rendimiento. El ADAQ7980 incluye un ADC SAR de alta precisión con un controlador ADC integrado, un buffer de referencia, un regulador LDO y componentes pasivos y de desacoplamiento de precisión integrados.

El ADN8835 es un controlador TEC de precisión con FETs de potencia de 3 A integrados. El ADN8835 controla con precisión la temperatura del sensor sin necesidad de FETs de potencia discretos externos.

El LTM8053 es un interruptor silencioso de 3,5 A de muy bajo ruido® regulador de conmutación buck µModule. El LTM8053 integra el controlador de conmutación, los interruptores de potencia, el inductor y todos los componentes de apoyo en un paquete compacto diseñado para un rendimiento óptimo del ruido.

Estos productos demuestran las características clave de los productos altamente integrados de Analog Devices, que incluyen la reducción de la complejidad de la lista de materiales (BOM) y del espacio en la placa, la optimización del rendimiento mediante la eliminación del ruido a nivel de placa en los circuitos críticos, y la reducción del error y la incertidumbre del sistema al proporcionar especificaciones de rendimiento que abarcan más de la cadena de señales. Se utilizan otros componentes de alto rendimiento de Analog Devices para complementar la solución AFE, como la referencia de tensión de precisión ADR4550 y el amplificador de precisión de alta velocidad ADA4807. El AFE también permite sincronizar los relojes del LTM8053 y del ADN8835 con el reloj de muestreo que se suministra al sensor y al ADAQ7980.

En resumen, Analog Devices se ha asociado con Hamamatsu Photonics, Inc. para desarrollar un diseño de referencia de alto rendimiento para la familia Hamamatsu G920x de sensores de imagen InGaAs de matriz lineal NIR/SWIR. Estos sensores de imagen de matriz lineal de InGaAs tienen una alta velocidad de lectura e incluyen un TEC integrado para refrigerar los detectores ópticos y garantizar un funcionamiento de muy bajo ruido. Esto los convierte en una excelente opción para aplicaciones de espectroscopia NIR/SWIR de alto rendimiento, como la identificación de gases y minerales. Se ha desarrollado una placa AFE de Analog Devices para interactuar con estos sensores. Ofrece un alto rendimiento y un tamaño compacto gracias a los productos altamente integrados de Analog Devices. Puedes encontrar más información, incluidos los archivos de diseño completos y la documentación de esta solución, en el Sitio web de Hamamatsu.

Figura 2. Vista superior de la placa de interfaz del sensor de matriz de InGaAs desarrollada por Analog Devices.

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