手机相机的低压闪光灯设计

    作者：国防科学技术大学计算机学院 姚信安

    手机的周边设计是增加手机附加功能、卖点和新利润的主要方法。每年推出的数百种新款手机，无非是改变或增加了手机的外观形状和颜色、键盘灯和显示屏的颜色和亮度、声音重现的方式和质量、铃声和弦的变化、拍照、上网、接收电视和电台以及播放MP3的功能等等。手机增加拍照功能几乎成了手机新设计方案的必然趋势，目前市场上的手机相机大多是选用30万像素VGA格式的CMOS镜头，100万至200万像素的CMOS镜头已经成为当前手机设计的主流。为了给手机相机拍照时补光，闪光灯也就成了手机的必需品。

    以高亮度LED为闪光灯源的低压闪光灯电路简单、高效、省电、低成本、占PCB面积小，特别适用于手机、数码相机和手持设备。

    图1 借助于电感器的升压电路

    图2 借助于电容器升压的电荷泵电路

    (a) 借助于电感器的升压电路 (b) 借助于电容器升压的电荷泵电路

    图3 两种不同升压方法的实验PCB板图

    Flash LED的选用

    选用LED闪光灯的第一要点是高亮度和能通过大电流。LED发光的亮度与通过电流成正比：用在手机键盘的LED，其使用电流大约是7~12mA，其亮度大约是20~40mcd；用在STN-LCD屏背光的LED，其使用电流大约是14~20mA，其亮度大约是100~1000mcd；而用作闪光灯的LED，其使用电流大约是120~250mA，其亮度大约是2000~7500mcd。由此可见，手机上不同用途的LED，其性能也是完全不同的。

    闪光灯用Flash LED选用的主要技术参数是：

    1) 亮度(Iv)，目前产品能达到的最高亮度大约是7500mcd ；

    2) 脉冲峰值电流(IFP)，一般要求100~400 mA ；

    3)封装，一般是5.2×5.2×2.5mm3。

    随着LED技术的突飞猛进，用作闪光灯的Flash LED 技术参数提高很快。早期的Flash LED为了提高亮度在一个芯片封装中放入5个管芯，随着单颗管芯亮度的不断提高，分别出现4个、3个，乃至2个管芯。

    Flash LED的主要技术参数是亮度、视角、前向电压、前向电流、功耗、峰值电流、管芯数量和外形尺寸。常用Flash LED的性能如表1所示。

    Flash LED驱动电路设计

    手机相机的低压闪光灯电路设计本着高效、低成本、占位面积小的原则来选择Flash LED的驱动IC。要求驱动IC能在低电压下输出150-300mA电流，周边使用的器件要少，这样可以有效地减少PCB板的面积；要将手机锂电池不稳定的低电压转换成稳定的4~5V和能输出150~300mA电流的Flash LED驱动工作源。就目前的IC来说，有两种可以考虑，一种借助于电感器的升压电路(见图1)，另一种借助于电容器升压的电荷泵电路(见图2)。它们的实验PCB板如图3所示。为了演示方便，实验PCB板用按钮替代触发IC。选用电容器升压的电荷泵电路比较经济，PCB板上除了电荷泵和Flash LED两个IC外，只需要三个电容器、两个电阻器和一个0.5A电流的MOSFET，占用PCB板面积较小；选用电感器的升压电路，除了升压和Flash LED两个IC外，还需要一个电感器、一个肖特基二极管和数个电容器、电阻器。从手机的特殊应用来考虑，手机的LCD显示屏和相机镜头、闪光灯都位于手机的上方，与射频电路靠得很近，因此如何防止幅射和串扰十分重要。

    结语

    手机相机用低压闪光灯电路的设计关键是选择高亮度的Flash LED和能够节省能源以及生产成本的驱动IC。综上所述，SLMW250 Flash LED 和电荷泵IC升压电路是比较理想的选择。