如何為汽車攝像頭模塊選擇電源

隨著汽車攝像頭技術(shù)的發(fā)展，其分辨率、動(dòng)態(tài)范圍和幀率不斷提高，電源架構(gòu)也需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行定制。在本文中，我將回顧三種可以用于為汽車攝像頭模塊供電的策略：

1. 全分立式

2. 全集成式

3. 部分集成式

本文的重點(diǎn)是那些不包含任何數(shù)據(jù)處理功能的小型攝像頭模塊，它們輸出原始視頻數(shù)據(jù)到單獨(dú)的電子控制單元（ECU）。這些模塊通常用于環(huán)視系統(tǒng)、駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)和后視鏡替代系統(tǒng)，并通過用于視頻數(shù)據(jù)輸出的同軸電纜接收預(yù)調(diào)節(jié)的供電電壓。

攝像頭模塊需要多少功率？

設(shè)計(jì)攝像頭模塊的電源部分時(shí)，第一步是對每個(gè)電源軌進(jìn)行簡要的功率預(yù)算計(jì)算。這與通過同軸電纜供電（PoC）提供的電壓一起，對于選擇電源策略至關(guān)重要。攝像頭傳感器和外部電路所需的電流可能會因不同傳感器以及任何額外的外部設(shè)備而有很大差異。通常，較低的成像器電源軌（如圖1中的1.2V和1.8V）需要最多的電流，而最大的供電電壓（成像器的2.9V）需要的電流最少。由于2.9V電源軌與成像器的模擬電源相關(guān)——最終影響圖像質(zhì)量——因此選擇電源時(shí)需要仔細(xì)考慮，因?yàn)樵撾娫窜壭枰粋€(gè)干凈且噪聲最小的電源。此外，包含的FPD-Link設(shè)備以及任何形式的監(jiān)控器或時(shí)序控制器也會從這個(gè)功率預(yù)算中取電。

圖1

有人可能會建議為每個(gè)電源軌都使用低壓降穩(wěn)壓器（LDO），考慮到其出色的噪聲性能。然而，在設(shè)計(jì)時(shí)如果功率預(yù)算有限，這是不可行的。此外，增加電流會增加連接器和電纜的負(fù)擔(dān)，并提高攝像頭的自發(fā)熱，這可能會進(jìn)一步惡化性能。如表1中的示例計(jì)算所示，攝像頭模塊的電流需求通常由系統(tǒng)中包含的傳感器和FPD-Link設(shè)備決定。在這個(gè)例子中，成像器的電源軌為1.2V、1.8V和2.9V。FPD-Link設(shè)備共享相同的1.8V電源軌。正常運(yùn)行所需的電流用紅色突出顯示。

圖2

在這個(gè)例子中，通過同軸電纜的PoC（Power over Coax）供電首先被降壓至3.3V，然后為攝像頭模塊上的其余系統(tǒng)供電。2.9V的傳感器模擬電源軌直接連接到一個(gè)LDO的輸出，而其他電源軌則連接到一個(gè)降壓（buck）轉(zhuǎn)換器。1.8V電源軌同時(shí)為DS90UB953-Q1的供電和成像器的接口供電。由于DS90UB953-Q1序列器消耗的電流主要大于成像器接口供電的電流，因此提供給成像器的1.8V電流可以被視為微不足道。成像器的2.9V模擬電源軌需要63mA，DS90UB953-Q1序列器的1.8V電源軌需要225mA，而成像器的數(shù)字1.2V電源軌需要388mA。假設(shè)效率為100%以簡化計(jì)算，根據(jù)上述數(shù)值，可以計(jì)算出3.3V電源需要327mA才能成功為1.2V、1.8V和2.9V電源軌供電。

由于已知輸入和輸出電壓、輸出電流需求以及總功耗，可以通過以下公式計(jì)算輸入電流：(PoC電壓) × (所需電流) = 3.3V × 327mA如果PoC電壓為12V，則ECU（電子控制單元）需要提供90mA。在某些情況下，PoC電壓是由ECU固定的，因此重要的是要了解所選擇的PoC電纜和網(wǎng)絡(luò)是否能夠提供滿足功率目標(biāo)所需的電流。對于一個(gè)2W的攝像頭模塊需求，如果PoC電壓固定為5V，則需要提供400mA；如果為12V，則需要提供166mA。對于較長的PoC電纜，應(yīng)選擇較高的PoC電壓，以確保電纜上的IR壓降最小。PoC電流會在電纜、鐵氧體磁珠、電感器以及任何串聯(lián)電阻上產(chǎn)生壓降，從而減少電壓裕度，影響攝像頭模塊調(diào)節(jié)器的性能。如果PoC電壓值由設(shè)計(jì)者決定，電纜規(guī)格通常會規(guī)定網(wǎng)絡(luò)能夠提供的最大電流，這將決定網(wǎng)絡(luò)的電壓需求。

以下是三種汽車攝像頭模塊的電源架構(gòu)，以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)對比（表2）：

表2

電源設(shè)計(jì)考慮因素

在設(shè)計(jì)汽車應(yīng)用時(shí)，有一些因素會限制電源設(shè)計(jì)的選擇。重要的系統(tǒng)級規(guī)格包括：

• 最小化整體解決方案尺寸：以滿足汽車攝像頭模塊外殼的小型化需求。這些外殼的面積通常約為20毫米×20毫米，并且通常安裝在M12圓柱形塑料外殼內(nèi)。

• 避免干擾AM廣播頻段：所有開關(guān)電源的開關(guān)頻率必須在AM廣播頻段（540 kHz到1700 kHz）之外，以防止對汽車收音機(jī)造成干擾。

• 避免使用低開關(guān)頻率：因?yàn)榈烷_關(guān)頻率需要使用較大的電感器。相反，應(yīng)選擇：

• 高頻開關(guān)電源（>2 MHz）。

• 符合**汽車電子委員會（AEC-Q100）**標(biāo)準(zhǔn)的器件。

• 需要額外保護(hù)的電子設(shè)備，例如可以設(shè)計(jì)為寬輸入電壓范圍（Vin）的穩(wěn)壓器，以防止電池短路。

印制電路板（PCB）約束

圖4中的成像器使用了移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口（MIPI）攝像頭串行接口（CSI-2），圖中標(biāo)出了連接FPD-Link設(shè)備與成像器的受控阻抗走線。成像器的CSI-2走線通過過孔引出，并在中間層布線（突出顯示）。過孔陣列對小型化設(shè)計(jì)有一定限制，因?yàn)樗鼈兿拗屏穗娫雌骷姆胖脜^(qū)域。為了最小化耦合，尤其是在開關(guān)電源或信號走線周圍，必須確保CSI-2走線：

• 適當(dāng)間距：與其他走線保持足夠的距離。

• 屏蔽：使用屏蔽措施以減少干擾。

• 避免重疊：確保在相鄰層的其他走線之間沒有重疊。

圖4