Camera模块的电源系统设计：LDO/PMIC架构实战解析与多摄供电策略优化

关键词

Camera电源、LDO、PMIC、AVDD、DVDD、IOVDD、多摄供电、时序控制、电源噪声、智能手机影像系统

摘要

在智能手机影像系统中，Camera模块的电源系统设计对成像稳定性、功耗控制与噪声抑制有着直接影响。随着主摄、长焦、超广角、前摄等多模组并存，以及高像素Sensor、OIS、AF马达等子模块的引入，供电架构从传统线性LDO供电逐步演进至集成PMIC分域控制架构。本文聚焦当前主流平台（如Qualcomm Snapdragon 8 Gen3、MTK Dimensity 9300）在实际项目中的电源设计策略，系统解析LDO/PMIC的布局分工、时序控制逻辑、电压电流标准、EMI干扰控制，以及在多摄环境下的供电资源隔离与动态管理机制。文章结合商用终端量产经验，提供完整的硬件布线规范、电源调测要点与Camera驱动电源域控制接口配置路径，帮助开发者在保障成像品质的同时，实现系统功耗与布局效率的平衡。

第一章：Camera模块电源系统的基本结构与电压域划分

Camera模块的电源系统由多个电压域组成，主要包括AVDD（模拟电源）、DVDD（数字核心电源）与IOVDD（输入输出接口电源）。根据不同Sensor型号、电路架构与平台接口设计，这三大电源域的电压标准和电流要求略有差异。

以目前主流旗舰Sensor为例：

Sensor型号	AVDD（模拟）	DVDD（核心）	IOVDD（IO）
Sony IMX989	2.8V	1.05V	1.8V
Samsung HP2	2.8V	1.2V	1.8V
Omnivision OV50E	2.8V	1.1V	1.8V

AVDD主要供给Sensor中的模拟电路，包括模数转换器（ADC）、模拟前端（AFE）等模块，对电压精度和纹波干扰非常敏感，通常需使用低噪声LDO供电。

DVDD为Sensor内部的数字逻辑供电，电压一般较低，电流波动大，尤其在处理高帧率或多分辨率切换时瞬时功耗较高，因此要求供电器件具备较强的动态响应能力。

IOVDD用于驱动MIPI数据接口、控制线等I/O电平，必须与SoC端接口电平兼容。大多数平台统一为1.8V，部分早期平台存在3.3V设计，需注意电平匹配与拉电保护。

此外，对于支持OIS（光学防抖）、AF（自动对焦）、IR滤光片等功能的模块，还需提供额外的子模块电源，如：

OIS_VDD（2.8V或3.3V）：驱动陀螺仪与电磁线圈；
AF_VDD（2.8V）：驱动音圈马达或Piezo微动器；
IR_VDD：供电给电动红外滤光片，部分平台共享AF电源。

这些附属模块多采用LDO局部供电，设计中需严格控制走线干扰与负载串扰，尤其是在多模组同时工作时，容易因共电源压降引起模组初始化失败或OIS漂移问题。

在实际布局中，推荐每个模组使用独立的AVDD与DVDD供电路径，避免互相影响；IOVDD可共用，但需确认电平一致；对于OIS等高功率模块，应考虑使用独立的开关型LDO或BUCK转换器，以减少系统功耗。

第二章：LDO与PMIC在Camera供电中的职责划分

LDO（Low Dropout Regulator）与PMIC（Power Management IC）在Camera供电体系中各司其职，协同完成多摄系统的电源供应、域控制与功耗优化。

LDO 的优势在于输出电压稳定、噪声低、响应快，特别适合用于模拟电路供电。在Camera系统中，AVDD、AF/OIS驱动、IR滤光片等常用LDO供电。实际设计中，LDO多通过外围芯片或PMIC集成模块提供，例如：

TI TPS7A系列：超低噪声LDO，广泛用于高端模组；
Richtek RT9193/RT9073：在MTK平台中常见于DVDD供电；
S2MPB系列：Samsung自研PMIC中的LDO通道，提供可编程电压。

PMIC则负责整个平台的电源集中管理与调度。在旗舰手机中，如Qualcomm Snapdragon 8 Gen3平台配套的PM8550A/PM8009系列，内置多个VREG模块（如LDO_H/LDO_M/LDO_L）支持Camera各电压域独立输出与控制。MTK平台（如Dimensity 9300）则通过MT6363/MT6685等芯片内置电源通道，结合PWR_SEQ框架实现供电调度。

在多摄系统中，合理的LDO/PMIC职责划分有以下原则：

Sensor AVDD 必须低噪声、低纹波，首选LDO供电；
DVDD若电流较大，可选PMIC内置BUCK或SW LDO，兼顾功耗；
多个模组共享PMIC通道时需计算电流总和，避免限流引起压降；
辅助模块如AF/OIS建议单独LDO供电，确保动态稳定性；
电源通道需支持软启动与拉低关闭控制，防止Sensor上电瞬态冲击。

例如在某高端多摄方案中，主摄IMX989与长焦HP3分别从PMIC获取AVDD与DVDD，通过LDO_HM5与LDO_HM7输出，OIS通过外部RT9080 LDO供电，并通过GPIO调度其ENABLE状态，实现功耗与供电完整性的双向控制。

供电设计还必须结合PCB布线，确保LDO输出路径尽量靠近模组、走线短粗、具备RC滤波与去耦电容，所有AVDD相关走线应远离MIPI、UFS等高速信号，防止噪声注入。对于PMIC输出通道，还应已关注其Load Regulation特性，确保在不同负载变化下输出电压稳定不跌落。

第三章：电源上电时序控制与软硬件联动机制

Camera 模块的正常运行依赖严格的电源上电顺序控制，任何顺序错误或延迟不当都可能导致 Sensor 无法识别、I2C 失效、模块初始化失败等问题。不同 Sensor 对上电时序要求存在细微差异，但基本规则相似，通常遵循以下顺序：

DVDD 上电：供电给 Sensor 核心逻辑，启动内部状态机；
AVDD 上电：供电给模拟电路，ADC、PLL、AFE 等模块进入工作状态；
IOVDD 上电：使得 I/O 接口处于可通信状态，准备接收主控信号；
复位信号释放（RESET 引脚）：低电平保持，完成供电后拉高；
时钟信号输入（MCLK）：外部晶振或 SoC 输出，启动 Sensor 工作频率；
I2C 初始化命令下发：写入必要寄存器，完成工作模式配置。

某些高端 Sensor（如 Sony IMX989）还要求上电后等待特定时间（如 5~10ms）才允许 I2C 写入寄存器，否则将被忽略或视为非法操作。此过程通常通过 HAL 层延时函数或驱动中 sleep 接口实现。

在硬件设计中，GPIO 和 VREG 控制电路是实现上电控制的主要方式：

GPIO 控制 Sensor 的 RESET、PWDN 引脚，实现软启动与掉电；
VREG 接口（如 Qualcomm 平台的 vreg_l10a_1p2）通过 PMIC 驱动打开电源通道；
部分平台支持将多个 VREG 归入 Camera Power Domain，由 Camera 驱动统一管理。

在驱动层，这些控制通过 Linux 的 regulator 框架完成，典型调用流程如下：

regulator_enable(vreg_avdd);
msleep(2);
gpio_set_value(reset_gpio, 1);

驱动会在 power_on() 回调中顺序启用所有电源通道，延时后释放 RESET 引脚并拉高 MCLK，最后进入 Probe 初始化流程。

Camera HAL 层则负责向驱动发起电源控制请求，一般包含以下状态机逻辑：

CAMERA_POWER_UP：发起 GPIO 与电源域激活，进入初始化流程；
CAMERA_STREAM_ON：数据通道开始传输，维持供电；
CAMERA_STREAM_OFF：关闭帧流但保留部分电压域（如 IOVDD）；
CAMERA_POWER_DOWN：完全下电，释放所有电源资源。

这种软硬件联动机制保证了电源时序符合 Sensor 要求，同时具备良好的功耗控制能力。错误的时序或 HAL 层状态切换异常会直接造成 Sensor 探测失败或黑屏，调试中可结合 GPIO 抓波形与 PMIC 通道波动分析定位问题。

第四章：多摄系统电源隔离与冲突规避策略

在双摄、三摄甚至四摄以上的系统中，电源隔离与资源冲突问题成为稳定性设计的重点。尤其在主摄、副摄、前摄、ToF 并存的架构中，如何协调不同模块的供电需求、避免电源线互扰、限制瞬时电流峰值，是系统设计初期必须解决的问题。

首先，在电源分区设计上，建议为主摄与副摄分配独立的 AVDD 和 DVDD 通道，避免共用导致压降或启动时供电不足。比如：

主摄 IMX989 使用 PMIC LDO_HM5 提供 2.8V AVDD；
副摄 OV08D10 使用外部 RT9193 提供独立 AVDD；
AF/OIS 共用一个 2.8V 外部 LDO，但布线分别接入。

如果受限于硬件资源，部分 IO 或 DVDD 可考虑共享供电，但需确认所有使用模块工作电压一致，且系统在并发开启多个模组时具备足够电流输出能力。

多模组并发供电时，系统电流负载将迅速上升。设计时需评估所有模块最大负载电流之和，并预留20~30%安全裕度。例如：

主摄 AVDD 峰值电流：180 mA；
副摄 AVDD 峰值电流：120 mA；
AF 驱动：30~50 mA（动态）；
合计峰值电流 ≈ 350 mA，建议 LDO 输出能力达到 450 mA 以上。

为防止电源压降引起系统不稳定，必须确保：

电源路径中布线阻抗低（宽线、短路径）；
输出端配置足够的低 ESR 去耦电容（0.1 µF + 1 µF + 10 µF）；
在 MIPI、DDR 等高速接口附近避免并线走向，降低电磁干扰叠加。

在量产项目中常见的冲突现象包括：

多个模组共享 AVDD 导致启动失败；
电源纹波被传导至 AFE 导致图像边缘跳变；
同一 PMIC 通道被多模块轮流使能，未及时释放造成电压锁定。

解决这类问题通常需要从电源规划、电路仿真、EMI 验证、电流监测四个维度同步推进。设计时应尽可能通过 PMIC 提供可编程、可调度的独立 VREG 通道，避免硬件层面无法调优的固定连接结构。

此外，多摄系统切换时必须在 HAL 层控制电源域互斥，如主摄开启前先下电副摄、释放 GPIO 及 VREG，使得整机功耗与供电稳定性获得双重保障。对于高端系统，可引入电源管理中间件，根据使用场景动态配置电源策略（如仅开启当前前台活跃模组，其余休眠或掉电）。

第五章：高像素Sensor与高速MIPI接口对电源的特殊需求

随着手机影像系统迈入亿级像素时代，诸如 Sony IMX989（1英寸级 50MP）与 Samsung HP2（200MP）这类高分辨率 Sensor 的广泛应用，带来了前所未有的电源挑战。这类器件在采集高像素图像时，其内部处理电路、电荷转换模块与高速数据输出链路对电源的瞬时负载能力提出极高要求。

IMX989、HP2等1亿像素Sensor的电流突发特性

以 IMX989 为例，在 12-bit RAW 输出模式下，单帧数据量超过 1.6Gb，同时驱动其工作频率达到 120MHz 以上的内部处理器将短时产生极大电流波动。实际测量数据显示，在全分辨率 HDR 连拍模式下，AVDD 峰值电流可达 280mA，DVDD 峰值电流突破 350mA，且两个电源域存在同步升压突发行为。

这类电流突发具有以下特点：

峰值持续时间短（10ms 以内），但频率高；
AVDD 供电需响应快速且纹波抑制能力强；
DVDD 通道需要具备较强的负载响应与过流保护机制；
IO 接口（尤其 MIPI）在 PHY 激活期间功耗陡增。

若供电网络响应不及时或存在过大电阻/感抗，极易导致电压下跌、Sensor锁死、ISP接收异常，从而造成花屏、卡顿、Sensor超时未响应等问题。

MIPI PHY与AVDD隔离供电策略

高速 MIPI 接口（D-PHY/C-PHY）对电源干扰极为敏感。Sensor 中的 MIPI PHY 通常工作于 1.2V~1.8V 电压域，与核心 AVDD（2.8V）存在明显电位差。为了防止 AVDD 纹波传导干扰 MIPI PHY 工作，一般建议将 MIPI PHY 电源与主 AVDD 隔离，采用单独的 LDO 或 PMIC 通道进行独立供电。

在 Qualcomm 平台的主板参考设计中，常为 MIPI D-PHY 提供单独的 VREG_L10A（1.2V）通道，连接到 Sensor 的 IOVDD_MIPI 脚位，与常规 IOVDD 明确区分。这样在 Sensor 工作于高速 burst 模式时，不会将电磁干扰回注到 AVDD，保障成像链路稳定。

设计实践中：

MIPI PHY 电源应布线独立、短路径走线；
去耦电容布局靠近 Sensor 接脚，典型配置为 0.1µF + 1µF；
必须采用低 ESR 陶瓷电容，电源走线避免交叉模拟/数字信号。

高频低阻抗供电网络设计要点

为了满足高频供电场景下的稳定性，高像素 Sensor 模组的电源网络必须具备“低阻抗、低感、高耦合”的特性。具体设计方法包括：

多级去耦电容并联：从 10µF 到 0.01µF 分布式部署，抑制不同频率段纹波；
宽铜走线或使用电源面层供电：避免电流拥塞与压降；
供电走线中不串联电阻或电感：避免在瞬时大电流场景下形成瓶颈；
高负载部分（如 DVDD）布线尽量贴近电源芯片与 Sensor 接口之间，避免跨板连接；
在主板与模组之间加入 TVS 与 Ferrite Bead 作 EMI 抑制与浪涌吸收，但需验证其频响特性不影响动态响应。

通过上述电源设计方法，结合真实平台负载测试与波形观测，能有效保障高像素 Sensor 在全分辨率高速拍摄场景中的稳定性，避免因电源链路设计不合理导致模组性能瓶颈。

第六章：电源噪声控制与成像质量的系统耦合

Camera 模块成像链路对电源噪声极为敏感。模拟信号放大、光电转换、模数转换等核心环节都依赖 AVDD 的稳定供电，一旦电源存在 Ripple、尖峰干扰或电流反向耦合，极易在图像中形成暗斑、条纹、跳变等异常现象。

Ripple干扰对Sensor模拟信号的影响路径

Sensor 的模拟前端（AFE）是最容易受到电源噪声影响的区域。在低光、慢快门、高增益等工作模式下，AFE 的增益电路将原始信号放大数十倍，任何电源纹波或数字干扰的耦合都可能通过“地回流”或“容性串扰”注入至成像信号通道。

常见现象包括：

图像亮度水平随帧数周期性跳变（同步于电源控制信号）；
在静态场景中出现条纹干扰（striping）；
画面边缘出现“闪斑”或“色点”；

这种干扰路径一般通过电源分布不均、地分区不足、AVDD 与 IO_VDD 共线引起，在多模块共享电源设计中尤为明显。

解决手段包括：

AVDD 使用低噪声 LDO 供电，并布设 RC 滤波器；
电源与地信号层采用叠层隔离，模拟与数字地分区；
Sensor 模组内部使用独立模拟地与系统数字地通过单点连接；
所有高频切换电源（如 VREG_SWITCH）远离 Sensor 供电路径。

OIS/AF马达电感干扰屏蔽与供电滤波

AF（音圈马达）与 OIS（光学防抖）控制电路通常为电感性负载，瞬时电流突变大，容易在主板中引起电磁干扰，影响相邻电源线与数据总线稳定性。AF 电流在调焦启动瞬间可达 100~150mA，且控制频率较低（数百 Hz），正好落入电源纹波敏感区间。

设计层面的防护建议包括：

OIS/AF 模块使用独立 LDO 供电，并在输出端加入磁珠 + 大电容滤波；
所有 OIS 控制线与 Sensor 电源走线分离布线；
对主板电感区进行电磁屏蔽处理，必要时添加金属罩；
Camera 模组结构中引入导电泡棉连接 Sensor Ground 与机壳 Ground，提升地耦合能力。

部分平台（如 MTK）支持通过 PWR_SEQ 对 OIS 模块供电通道设置定制时序，确保在 Sensor 初始化完成后再开启马达控制电路，避免初始耦合。

电源层叠设计与地分区布局技巧

在主板层叠结构中，合理配置电源层与地层对抗干扰性能有直接影响。推荐叠层方式如下：

L1：高速信号层；
L2：完整电源层；
L3：整面地层（GND）；
L4：模拟信号/辅助功能；
L5：电源返回路径；
L6：地层；
L7：低速控制线；
L8：电源或地。

模拟地与数字地应使用“单点接地”方式，在 PMIC 或主控附近汇流，避免地电位差造成干扰环路。

在模组连接区域，应尽可能将 AVDD、DVDD、IOVDD 三个电源域从不同层面送入，通过走线长度、电感补偿等手段控制同步性，并确保所有走线在大电流通路上无“断层”或“尖角”设计，以防反射与震荡。

通过上述噪声控制策略，可显著提高 Sensor 成像信号的纯净度，提升暗光成像表现，降低系统底噪水平，为 ISP 后处理提供高质量输入源。

第七章：Camera供电相关硬件调试实战分享

Camera 电源系统的设计需要严谨的验证与调试过程，特别是在多模组、高速拍摄、低功耗唤醒等复杂场景下，电源的波动、时序误差和动态响应将直接影响模块初始化成功率与成像稳定性。以下从工程实战出发，总结若干关键调试技巧。

电流采样点设置与 VREG 波形测量技巧

进行 Camera 电源调试时，准确的电流与电压波形观测是分析问题的前提。推荐的方法如下：

电流采样设置：

在 AVDD 和 DVDD 通路中串联 0.1Ω~1Ω 精密取样电阻，连接电流探头观察 Sensor 工作周期内的电流波动；
对于 PMIC 内部通道，可使用 PMIC 提供的 I_MON（Current Monitor）输出端采集电流曲线。

波形测量布线技巧：

示波器探头需接至 Sensor VDD 脚位附近，确保观测点能反映实际供电情况；
使用差分探头消除地电位差影响，特别是在主板跨层走线区域；
加入抓拍触发条件，例如“VREG_EN 拉高”或“GPIO 上升沿”用于锁定时序点。

建议测量波形包含：

上电沿与下降沿时间；
稳态工作电压（是否有压降）；
Frame-start 或 Burst 模式下的供电电流峰值；
关机过程中的泄放时间与剩余能量消散曲线。

实际项目中，IMX989 在全分辨率 HDR 拍摄时，DVDD 电流波动从 150mA~420mA 不等，若 VREG 反应慢或限流配置不足，将导致 Sensor 初始化失败或中途异常掉线。

使用示波器/电源分析仪分析瞬态响应

为了进一步量化 Camera 电源系统的稳定性，可以使用电源分析仪（如 Keysight N6705C 系列）测量下列参数：

Load Transient Response：突变负载时电压跌落幅度（mV）与恢复时间（µs）；
Startup Response：VREG 上电后达到稳压状态所需时间；
Ripple & Noise Spectrum：在 1MHz~100MHz 频段内的电源噪声密度图；

对于主摄 Sensor，AVDD 的瞬态压降建议控制在 50mV 以内，DVDD 则根据平台容忍度控制在 80mV 以内。若超过此范围，将导致 Sensor 出现 Random Noise、曝光异常、读图失败等现象。

电源分析结果可与示波器波形叠加，形成完整的“Sensor工作负载 → 电源波动 → 图像异常”三段闭环，用于定位系统瓶颈。

Boot 阶段电源失败与 Sensor Probe 异常关联分析

在系统启动阶段，Camera Sensor 需要依赖驱动完成 I2C Probe。若 Probe 阶段 Sensor 未响应，大多可追溯至电源未及时就绪或不稳定。

常见故障模式：

VREG 延迟开启，导致 RESET 释放前电压不达标；
GPIO 拉高前电压域尚未开启，Sensor状态机锁死；
电源预设电压错误，如 DVDD 设为 1.3V 实际需 1.05V；
多模组共享电源，但另一个模块已开启导致冲突；
HAL 层电源状态机提前发起 Stream On，Sensor 尚未完成初始化。

调试建议流程：

使用 dmesg 检查内核日志中是否出现 i2c_transfer fail 或 probe timeout；
验证 Device Tree 中各 vreg-xxx-supply 是否配置正确；
检查驱动中电源控制顺序是否按 Sensor 要求设置；
示波器确认 RESET、PWDN、VREG、MCLK 四信号是否按要求组合出现；
如使用多摄切换电路，确认电源切换延迟与逻辑是否匹配。

实际工程中，通过抓取 Boot 阶段 Sensor 脚位波形，分析 VREG 与 GPIO 的顺序关系，是解决 Camera 启动失败问题的关键手段。

第八章：平台级电源配置接口与驱动协同方案

为实现跨平台的 Camera 电源控制与模块复用，当前主流 SoC 厂商在其 Linux 驱动框架中均设计了清晰的电源接口配置机制，涵盖 Device Tree 层资源声明与 Driver 层电源控制 API。

Device Tree 中电源域定义与绑定方式

在设备树中，每个 Camera 模块节点需显式声明所依赖的 VREG 通道。典型结构如下：

imx989@1a {
    compatible = "sony,imx989";
    reg = <0x1a>;
    avdd-supply = <&pm8550_l10a>;
    dvdd-supply = <&pm8550_l5>;
    iovdd-supply = <&pm8550_l9>;
    reset-gpios = <&tlmm 23 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    pwrdn-gpios = <&tlmm 45 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
};

字段说明：

*-supply 通过 phandle 引用实际 PMIC 电源节点；
所有电源节点需在 PMIC 子系统中定义输出电压、电流、启用方式；
GPIO 信号也需与 VREG 配合调度，形成完整的 Power Control Sequence。

在高通平台中，pm8550_lxx 表示由 PMIC 内部 VREG 控制的电源域，支持动态启用/禁用与压降检测。在 MTK 平台中，供电由 MT6363、MT6685 等芯片提供，统一通过 PWR_SEQ 调度。

Qualcomm 平台的 VREG 调度接口与 Camera INIT 流程

高通平台采用 QCOM 的 regulator 框架完成电源调度，其驱动中调用如下接口：

regulator_set_voltage(vreg, 2800000, 2800000);
regulator_enable(vreg);
gpio_set_value(reset_gpio, 1);

该过程由 Camera INIT 流程统一管理，在 HAL 层通过 /vendor/qcom/camera 中的 XML 配置表完成 Sensor 与电源通道的绑定关系。驱动中将电源节点与 platform_data 对应关系映射后，在 Probe 时自动完成供电逻辑。

系统中多个模块间通过 Power Domain ID 区分，如：

CAMERA_SENSOR_MAIN_POWER
CAMERA_SENSOR_SUB_POWER
CAMERA_OIS_POWER

在关机流程中，驱动则调用：

regulator_disable(vreg);
gpio_set_value(pwrdn_gpio, 0);

完成资源释放。

MTK 平台的 PWR_SEQ 框架与电源组管理机制

联发科平台基于 Power Sequence 模块管理 Camera 电源流程，配置路径一般位于：

kernel-4.19/drivers/misc/mediatek/imgsensor/src/common/v1/

配置结构定义如下：

struct IMGSENSOR_HW_POWER_SEQ {
            
    enum IMGSENSOR_HW_POWER_CTRL_PIN pin;
    enum IMGSENSOR_HW_PIN_STATE state;
    int delay;
};

PWR_SEQ 表中预定义了所有模组的上电/下电顺序、GPIO控制、电压通道以及时序延迟。驱动根据传感器 ID 动态加载对应的 Power Sequence，确保 Sensor 上电满足平台规范。

MTK 平台还支持对电源状态进行中间态管理，如“保留IOVDD但关闭AVDD”用于降低待机功耗，提升系统唤醒速度。

总结来看，平台级电源控制接口是 Camera 模块稳定运行的基础保障，其准确性、时序合理性直接影响 Sensor 探测、ISP 驱动初始化与帧流输出能力。驱动、硬件、电源配置需协同设计、统一验证，以实现全链路的功耗优化与成像稳定性保障。

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