【導(dǎo)讀】隨著汽車攝像頭技術(shù)的發(fā)展，其分辨率、動(dòng)態(tài)范圍和幀速率越來越高，電源架構(gòu)需要根據(jù)具體的用例需求進(jìn)行調(diào)整。在本文中，我將回顧三種可用于為汽車攝像頭模塊供電的策略：
● 全離散
● 全集成
● 部分集成
本文重點(diǎn)介紹小外形攝像頭模塊，該模塊不包含任何數(shù)據(jù)處理、可將原始視頻數(shù)據(jù)輸出到獨(dú)立的電子控制單元。這些模塊通常位于環(huán)視、駕駛員監(jiān)控和后視鏡更換系統(tǒng)中，通過用于視頻數(shù)據(jù)輸出的相同的同軸電纜接收預(yù)先調(diào)節(jié)的電源電壓。
攝像頭模塊所需的功率是多少？
設(shè)計(jì)攝像頭模塊功率部分的第一步是對每根軌道的功率預(yù)算進(jìn)行簡單計(jì)算。這一點(diǎn)連同通過PoC提供的電壓，在選擇電源策略時(shí)非常重要。
攝像頭傳感器和外部電路所需的電流消耗，在不同的傳感器和任何額外的外部設(shè)備上可能差別很大。通常，較低的成像器導(dǎo)軌（圖1中為1.2 V和1.8 V）需要的電流最大，而最大的電源電壓（成像儀為2.9 V）所需電流最小。由于2.9 V導(dǎo)軌與成像器的模擬電源有關(guān)，而最終，它的性能與圖像質(zhì)量有關(guān)。因此，在選擇電源時(shí)需要仔細(xì)考慮，因?yàn)樵搶?dǎo)軌需要無干擾、噪音最小的電源。隨附的FPD-Link設(shè)備連同任何形式的監(jiān)控器或定序器，也將從這個(gè)功率預(yù)算中提取。
圖 1：計(jì)算每個(gè)導(dǎo)軌的功率預(yù)算
考慮到其出色的噪聲性能，有人可能建議對每個(gè)電源使用低壓差調(diào)節(jié)器（LDO）。然而，在功率預(yù)算有限的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，這是不可行的。此外，電流的增大會(huì)使連接器和電纜承受壓力，并增加攝像頭的自熱，這可能會(huì)降低性能。
如表1中的示例計(jì)算所示，攝像頭模塊的當(dāng)前要求通常由系統(tǒng)中包含的傳感器和FPD-Link設(shè)備決定。在本示例中，成像器導(dǎo)軌為1.2 V、1.8 V和2.9 V。FPD-Link設(shè)備共享相同的1.8 V導(dǎo)軌。正常工作所需的電流用紅色突出顯示。
表1：電壓為1.2 V、1.8 V和2.9 V的成像器導(dǎo)軌的示例計(jì)算
在本例中，同軸電纜上的PoC電源首先降到3.3 V，然后為攝像頭模塊上系統(tǒng)的其余部分供電。2.9 V傳感器模擬導(dǎo)軌直接連接到LDO輸出，而其他電源連接到降壓（buck）轉(zhuǎn)換器。1.8 V導(dǎo)軌同時(shí)為DS90UB953-Q1和成像器的接口電源供電。由于DS90UB953-Q1串行器消耗的電流明顯大于成像器接口電源，因此提供給成像器的1.8 V電流可以忽略不計(jì)。成像器2.9 V模擬導(dǎo)軌需要63 mA，DS90UB953-Q1串行器1.8 V導(dǎo)軌需要225 mA，成像器數(shù)字1.2V導(dǎo)軌需要388 mA。為了簡化前面數(shù)值的計(jì)算，我們假設(shè)效率為100%，計(jì)算出3.3 V電源需要327 mA才能成功為1.2 V、1.8 V和2.9 V導(dǎo)軌供電。
因?yàn)檩斎牒洼敵鲭妷骸⑤敵鲭娏饕蠛涂偼邤?shù)消耗都是已知的，所以輸入電流可以用以下公式計(jì)算：
(PoC電流)x(所需電流) = 3.3V x 327 mA
對于12 V的PoC電壓，ECU將提供90 mA的電流。
在某些情況下，PoC電壓是通過ECU固定的，因此必須了解所選擇的PoC電纜和網(wǎng)絡(luò)是否足以為功率目標(biāo)提供所需的電流。對于2W攝像頭模塊的要求，固定的5 V電源可提供400 mA的電流，而12 V電源可提供166 mA的電流。
對于較大的PoC電纜長度，應(yīng)選擇較大的PoC電壓，以確保電纜上的IR壓降最低。PoC電流會(huì)在布線、鐵氧體磁珠、電感器和任何串聯(lián)電阻上產(chǎn)生壓降，并會(huì)減少影響攝像頭模塊穩(wěn)壓器的性能的電壓凈空。在PoC電壓值由設(shè)計(jì)者決定的情況下，電纜規(guī)格通常規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)可以提供的電流量，這將驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的電壓要求。
汽車攝像頭模塊的三種電源架構(gòu)
表2比較了三種不同電源架構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。
表2：攝像頭模塊電源架構(gòu)比較
電源注意事項(xiàng)
在設(shè)計(jì)汽車應(yīng)用時(shí)，有一些考慮因素會(huì)限制您的電源設(shè)計(jì)選擇。重要的系統(tǒng)級規(guī)范包括：
● 最大限度地減小解決方案的總尺寸，以滿足汽車攝像頭模塊外殼的小尺寸要求。此類外殼的面積通常約為20 mm×20 mm，通常安裝在M12桶塑料外殼內(nèi)。
● 避免對AM無線電頻段的干擾。所有的開關(guān)電源都需要在540 kHz至1700 kHz的AM無線電頻段之外。
● 避免較低的開關(guān)頻率，因?yàn)樗鼈冃枰^大的電感器。相反，選擇：
● 高頻率切換器（>2 MHz）。
● 獲得汽車電子委員會(huì)Q100認(rèn)證的設(shè)備。
● 需要額外保護(hù)的電子器件（如short-to-battery）可以用寬Vin穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)。
印刷電路板限制
圖2中的成像器使用的是移動(dòng)行業(yè)處理器接口(MIPI)攝像頭串行接口(CSI-2)，突出顯示網(wǎng)絡(luò)以顯示連接FPD-Link設(shè)備到成像器的阻抗控制走線。成像器的CSI-2網(wǎng)絡(luò)通過通孔引出并路由到中間層（突出顯示）。
通孔陣列對較小的外形尺寸帶來了一些限制，因?yàn)樗鼈兿拗屏斯β势骷姆胖脜^(qū)域。為了最大限度地減少耦合，特別是在開關(guān)模式電源或信號網(wǎng)周圍，CSI-2網(wǎng)必須適當(dāng)隔開和屏蔽，并且與相鄰層的其他網(wǎng)沒有重疊。
圖2：帶成像器的DS90UB953-Q1示例布局
選擇您的電源架構(gòu)
正確的電源架構(gòu)將根據(jù)您的設(shè)計(jì)需求而有所不同。這些參考設(shè)計(jì)將幫助你看到更詳細(xì)的規(guī)格，并在您準(zhǔn)備開始時(shí)，讓您的設(shè)計(jì)更加簡單。
● 全離散：采用MIPI CSI-2視頻接口、FPD-Link III和POC的汽車2-MP攝像頭模塊參考設(shè)計(jì)。
● 全集成：采用MIPI CSI-2接口、PMIC、FPD-Link III和POC的汽車2-MP攝像頭模塊參考設(shè)計(jì)。
● 部分集成，第1部分：采用MIPI CSI-2視頻接口、FPD-Link III和POC的汽車2-MP攝像頭模塊參考設(shè)計(jì)，以及第二部分：采用POL PMIC、FPD-Link III、監(jiān)控器和POC的汽車2.6-MP攝像頭模塊參考設(shè)計(jì)。
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