PoC同軸電纜供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

PoC方案廣泛應(yīng)用于汽車、攝像頭模塊和其他類似的遠(yuǎn)程設(shè)備。一些應(yīng)用中，設(shè)備可能會遇到供電困難的問題。而PoC允許在一根電纜中疊加信號和電源，解決了供電困難問題。

本文介紹PoC的原理，結(jié)合實(shí)例來看看PoC具體是如何實(shí)現(xiàn)：在一根線纜上同時直流供電和傳輸交流信號。

什么是PoC?

PoC(Power Over Coaxial)同軸供電技術(shù)。利用電源疊加技術(shù)，通過一根同軸電纜同時傳輸交流信號與直流供電。 我們以安裝在屋頂天線上的無線電放大器舉例：

圖1：屋頂天線上的無線電放大器 (圖片來源：TI)

如上圖，通過一根同軸電纜，連接屋頂?shù)碾娋€與家里的接收器。天線的放大器部分，需要額外的供電。我們可以看到通過一根同軸電纜，即給放大器供電，又實(shí)現(xiàn)了信號傳輸。

PoC工作原理

在一根線纜上同時傳輸交流信號和直流供電，不會打架嗎? 我們可以通過簡單的電容、電感來分開直流通路與交流信號通路。從而使得交流信號和直流供電，通過一根線纜傳輸時互不干擾。

交流信號通路

對于高頻交流信號，電容的阻抗很低，電感的阻抗很高。 由于這一特性，高速交流信號能夠通過同軸電纜傳輸交流信號。

圖2：交流信號通路 (圖片來源：TI)

直流供電通路

對于直流供電，電容的阻抗很高，電感的阻抗很低。 因此，電源可以通過電感注入同軸電纜線，另一端通過電感提取。然后用它為本地放大器供電。

圖3：直流供電通道 (圖片來源：TI)

電感內(nèi)阻和導(dǎo)線電阻應(yīng)足夠低，以便有效地供電。

圖4：阻抗與頻率的關(guān)系 (圖片來源于TI)

隨著頻率的增加，電容的阻抗越來越小，電感的阻抗越來愈大。從而直通供電通路的增益越來越小，交流信號通路的增益越來越大。

PoC設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由以上的分析可以看出，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是：通過電感電容的選擇，盡量讓交流信號通路和直流供電通路相互不受對方影響。

圖5：交流信號通路vs直流供電通路 (圖片來源：TI)

交流信號通路

電感提供足夠高的阻抗，以避免降低交流信號。

電感應(yīng)該具有高飽和電流，以便能夠支持滿載時的直流電流。

通過電感的噪聲或干擾信號必須保持足夠低，以避免降低信號質(zhì)量。

直流供電通路

電感內(nèi)阻與導(dǎo)線電阻必須保持足夠低，避免損耗過多能量，以便有效的供電。

為了供電效率提高，通常使用更高的供電電壓。而當(dāng)使用更高的供電電壓時，交流耦合電容必須具有相應(yīng)的高壓額定值，以承受高壓。

選擇合適的電感

選擇合適的電感，是設(shè)計(jì)PoC的關(guān)鍵點(diǎn)。對于高頻信號傳輸，電感已經(jīng)不再是一個簡單的電感，我們還要考慮電感的寄生電容電阻，下面是電感的等效模型：

圖6：電感等效模型 (圖片來源：TI)

以下是選擇電感時需要考慮的關(guān)鍵參數(shù)：

L：電感值

理想的電感阻抗會與頻率成比例增加，但實(shí)際的電感卻并非如此。阻抗曲線呈拋物線形。在電感值的選擇中，我們要保證在較寬的信號傳輸頻率范圍內(nèi)都要保持高阻抗。

圖7：頻率與電感值 (圖片來源于TI)

ISAT：電感磁芯飽和電流

磁芯飽和時，電感值顯著下降，從而無法再支持高阻抗。因此，ISAT的選擇必須足夠高，以支持電路的全部直流電流。IDC應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于ISAT。

圖8：磁芯飽和時，電感值顯著下降 (圖片來源于TI)

RL：電感的內(nèi)部電阻

RL越低越好，這樣直接供電時，電感上就不會產(chǎn)生太多的壓降，從而影響功率傳輸。

SRF: 自諧振頻率

圖9：自諧振頻率與工作頻率范圍(圖片來源于TI)

因此，SRF必須選擇足夠高的頻率，以便支持電路的工作頻率。當(dāng)工作頻率范圍在電感SRF附近時，電感阻抗最高，對交流信號傳輸影響最小。電感必須具有足夠?qū)挼膸?，以便能夠支持信號的工作頻率。

小貼士

在Digi-Key網(wǎng)站上選擇電感

通過Digi-Key電感產(chǎn)品頁面可以快速篩選飽和電流，自諧振頻率等參數(shù)，找到合適的電感產(chǎn)品。

圖10：Digi-Key網(wǎng)站，快速篩選飽和電流、自諧振頻率

設(shè)計(jì)實(shí)例

下面這個設(shè)計(jì)實(shí)例中，使用了TI的FPD Link III串行器與解串器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程攝像頭模塊的供電與信號傳輸。

圖11：遠(yuǎn)程攝像頭模塊的供電與信號傳輸

上面的示例中，可通過長達(dá)幾米的單根線纜實(shí)現(xiàn)以下功能：

直流供電

雙向的控制信號傳輸

高速視頻信號非壓縮傳輸

TI FPD LinkIII串行器解串器

TIFPD Link III設(shè)備還包括自適應(yīng)均衡器技術(shù)，可在2.1 GHz下補(bǔ)償高達(dá)21dB的損耗，從而能夠使用非常細(xì)的AWG 28至AWG32的線纜。AWG編號越高，電纜越細(xì)，信號損耗越高。

串行器：DS90UB953

解串器：DS90UB954

更多TI串行器與解串器

通過串行器與解串器的選擇，還可以實(shí)現(xiàn)多個各種模塊之間的互聯(lián)。

圖12：通過串行器與解串器，實(shí)現(xiàn)各模塊的互聯(lián)(圖片來源：TI)

Digi-Key網(wǎng)站中可以提供串行器和解串器的參數(shù)篩選功能，包括輸入輸出類型的匹配，數(shù)據(jù)速率等。

輸入輸出類型

圖13：通過Digi-Key網(wǎng)站，快速篩選串行器和解串器

同軸電纜

同軸電纜通經(jīng)常用于PoC這種方案，同軸電纜的屏蔽層可以有效地保護(hù)高速信號傳輸，免受EMI干擾，同時屏蔽層可以充當(dāng)直流電流的返回路徑。

本文小結(jié)

PoC用于在廣泛的工業(yè)、醫(yī)療和消費(fèi)者應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)無壓縮、低延遲的視頻數(shù)據(jù)鏈路。特別是對于安裝電源困難的地方，PoC能夠節(jié)約成本和空間, 未來的前景會越來越好。 最后，如果你喜歡這篇文章嗎，別忘了點(diǎn)贊+分享哦!

原文標(biāo)題：PoC同軸電纜供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)：你想了解的知識點(diǎn)，都在這兒!

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審核編輯：湯梓紅