如何為汽車(chē)攝像頭模塊選擇電源

隨著(zhù)汽車(chē)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，電源架構也需要根據具體的應用需求進(jìn)行定制。在本文中，我將回顧三種可以用于為汽車(chē)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據處理功能的小型攝像頭模塊，它們輸出原始視頻數據到單獨的電子控制單元（ECU）。這些模塊通常用于環(huán)視系統、駕駛員監控系統和后視鏡替代系統，并通過(guò)用于視頻數據輸出的同軸電纜接收預調節的供電電壓。

攝像頭模塊需要多少功率？

設計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(jiǎn)要的功率預算計算。這與通過(guò)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(huì )因不同傳感器以及任何額外的外部設備而有很大差異。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)需要仔細考慮，因為該電源軌需要一個(gè)干凈且噪聲最小的電源。此外，包含的FPD-Link設備以及任何形式的監控器或時(shí)序控制器也會(huì )從這個(gè)功率預算中取電。

圖1

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

圖2

在這個(gè)例子中，通過(guò)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，而成像器的數字1.2V電源軌需要388mA。假設效率為100%以簡(jiǎn)化計算，根據上述數值，可以計算出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(guò)以下公式計算輸入電流：(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(mǎn)足功率目標所需的電流。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(cháng)的PoC電纜，應選擇較高的PoC電壓，以確保電纜上的IR壓降最小。PoC電流會(huì )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，影響攝像頭模塊調節器的性能。如果PoC電壓值由設計者決定，電纜規格通常會(huì )規定網(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(chē)攝像頭模塊的電源架構，以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)對比（表2）：

表2

電源設計考慮因素

在設計汽車(chē)應用時(shí)，有一些因素會(huì )限制電源設計的選擇。重要的系統級規格包括：

• 最小化整體解決方案尺寸：以滿(mǎn)足汽車(chē)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。

• 避免干擾AM廣播頻段：所有開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率必須在A(yíng)M廣播頻段（540 kHz到1700 kHz）之外，以防止對汽車(chē)收音機造成干擾。

• 避免使用低開(kāi)關(guān)頻率：因為低開(kāi)關(guān)頻率需要使用較大的電感器。相反，應選擇：

• 高頻開(kāi)關(guān)電源（>2 MHz）。

• 符合**汽車(chē)電子委員會(huì )（AEC-Q100）**標準的器件。

• 需要額外保護的電子設備，例如可以設計為寬輸入電壓范圍（Vin）的穩壓器，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），圖中標出了連接FPD-Link設備與成像器的受控阻抗走線(xiàn)。成像器的CSI-2走線(xiàn)通過(guò)過(guò)孔引出，并在中間層布線(xiàn)（突出顯示）。過(guò)孔陣列對小型化設計有一定限制，因為它們限制了電源器件的放置區域。為了最小化耦合，尤其是在開(kāi)關(guān)電源或信號走線(xiàn)周?chē)?，必須確保CSI-2走線(xiàn)：

• 適當間距：與其他走線(xiàn)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(xiàn)之間沒(méi)有重疊。

圖4