車載攝像頭PoC所需的電源IC類型和解決方案

隨著車載攝像頭的分辨率不斷提高，小型化和降噪成為問(wèn)題，簡(jiǎn)化布線的 PoC (Power over Coax) 技術(shù)被越來(lái)越多地采用。很多工程師在設(shè)計(jì)車載攝像頭的 PoC 系統(tǒng)時(shí)都在思考如何選擇最佳電源，或如何實(shí)現(xiàn) PoC 以減小車載攝像頭的尺寸、降低噪音并消除發(fā)熱。本文將介紹車載攝像頭 PoC 所需的電源 IC 類型、所需性能以及 ADI 有助于實(shí)現(xiàn)小型化、降噪和發(fā)熱的解決方案。

車載攝像頭發(fā)展趨勢(shì)和相關(guān)技術(shù)挑戰(zhàn)

近年來(lái)，車載攝像頭的市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，并且每輛車中安裝的攝像頭數(shù)量正在增加。車載攝像頭用于多種應(yīng)用，例如 ADAS (高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng))、DMS (駕駛員監(jiān)控系統(tǒng))、廢棄車輛檢測(cè)和面部識(shí)別。在這種情況下，車載攝像頭的趨勢(shì)之一就是分辨率不斷提高。迄今為止，車載攝像頭的像素?cái)?shù)約為 1 至 2MP，但為了獲得更清晰的圖像，預(yù)計(jì)未來(lái) 2 至 5MP 或更高像素將成為主流。

隨著對(duì)圖像質(zhì)量的要求變得越來(lái)越高，大數(shù)據(jù)傳輸成為日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。ADI 提供的 GMSL (千兆位多媒體串行鏈路) 作為通信接口，可以高速傳輸大量數(shù)據(jù)，并且可使用簡(jiǎn)單的電路傳輸高質(zhì)量的視頻。

車載攝像頭的另一個(gè)趨勢(shì)是小型化。為了能在汽車中安裝更多的車載攝像頭，每個(gè)攝像頭的尺寸限制變得越來(lái)越嚴(yán)格。而且，攝像頭越來(lái)越多地安裝在不顯眼位置，比如擋風(fēng)玻璃兩端的 A 柱，這樣駕駛員就不會(huì)意識(shí)到自己正在被拍攝，這就要求車載攝像頭實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步小型化，這正是基于 PoC 的供電系統(tǒng)所期待的。

什么是 PoC？

接下來(lái)為大家介紹 PoC (Power over Coax) 技術(shù)。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)通過(guò)單獨(dú)的電纜傳輸視頻信號(hào)和電源，每安裝一個(gè)額外的攝像頭就需要兩根額外的電纜，這使得縮小尺寸變得困難，增加了電纜成本，并且由于電纜的重量而降低了燃油效率。

另一方面，在 PoC 系統(tǒng)中，電源疊加在信號(hào)電纜上，視頻信號(hào)和電源通過(guò)單根同軸電纜傳輸。由于無(wú)需安裝單獨(dú)的電源線，并且連接用的連接器也可以集成在一起，從而可以顯著減少布線，進(jìn)而可以減小尺寸，降低成本，并通過(guò)減輕重量來(lái)提高燃油效率。PoC 作為一種有助于車載攝像頭小型化的技術(shù)而受到關(guān)注，其應(yīng)用正在不斷發(fā)展。下圖 (圖1) 為傳統(tǒng)視頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)與 PoC 的比較：

圖1 傳統(tǒng)視頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)與 PoC 的比較

Power over coax

通過(guò)同軸 (Coax) 電纜傳輸電力

通過(guò)將電源疊加到信號(hào)電纜上的傳輸方法，無(wú)需單獨(dú)的電源電纜

目標(biāo)

GMSL、FPD Link、GVIF

下圖 (圖2) 為 PoC 框圖，在 GMSL PoC 應(yīng)用中，高速串行數(shù)據(jù)、UART/I2C 命令和直流電源都存在于同軸電纜上。同軸電源具有較高的 Vout，當(dāng)考慮負(fù)載突降時(shí)，不能采用降壓型 DC-DC 供電。

圖2 PoC 框圖

車載攝像頭 PoC 所需電源 IC 的性能

車載攝像頭 PoC 需要什么樣的電源 IC ？車載攝像頭通常由兩塊板組成：攝像頭模塊內(nèi)裝有攝像頭，由攝像頭控制單元 (ECU) 進(jìn)行視頻處理。攝像頭模塊捕獲的圖像通過(guò)同軸電纜傳輸至 ECU。同時(shí)電源從主電池輸入到 ECU ，然后從 ECU 傳輸?shù)綌z像頭模塊。下圖 (圖3) 左側(cè)為 ECU ，右側(cè)為攝像頭模塊：

圖3 使用 PoC 的車載攝像頭電源系統(tǒng)示例

圖中紅框包圍的部分是 PoC 所需的三類 IC：ECU 上放置了 PoC 電源和攝像頭電源保護(hù)器。攝像頭模塊裝有攝像頭電源。以下按順序介紹一下每個(gè)角色的作用和所需的性能。

PoC 用電源

該電源 IC 將從主電池接收到的電力轉(zhuǎn)換為 PoC。通常，相機(jī)模塊側(cè)需要 5V 或更低的電壓，但由于通過(guò)同軸電纜供電時(shí)存在壓降，因此 PoC 電源會(huì)產(chǎn)生稍高的 8-12V 電壓。這時(shí)需要注意冷啟動(dòng)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致在低溫環(huán)境下啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)電池電壓明顯下降。換句話說(shuō)，PoC 電源不僅需要對(duì)主電池進(jìn)行降壓，還需要升壓。因此我們使用可以降壓和升壓 PoC 電源電壓的升降壓轉(zhuǎn)換器。

相機(jī)電源保護(hù)器

在 ADAS 和自動(dòng)駕駛應(yīng)用中，人的生命直接受到威脅，因此需要能夠檢測(cè)攝像頭故障和斷線的保護(hù)功能，以符合 ASIL B/C/D 等高安全標(biāo)準(zhǔn)。因此需要在 PoC 電源和同軸電纜之間安裝相機(jī)電源保護(hù)器。

相機(jī)電源

放置一個(gè) DC-DC 轉(zhuǎn)換器作為相機(jī)的電源，以產(chǎn)生相機(jī)所需的電力。相機(jī)模塊配備圖像傳感器和 GMSL 串行器，需要大約 4 條電源線。

ADI 的汽車 PoC 電源系列

現(xiàn)在我們來(lái)介紹一些具體的解決方案。ADI 擁有上述三種類型 IC 的多種產(chǎn)品系列，如下圖 (圖4) 所示。下面將分別介紹具有代表性的解決方案。

圖4 ADI 的 PoC IC 系列

[PoC 用電源] 易于設(shè)計(jì)的升降壓轉(zhuǎn)換器 MAX25239/40

PoC 電源解決方案的一個(gè)例子是 MAX25239/40，一款具有升壓和降壓功能轉(zhuǎn)換器。具有 2-42V 寬輸入電壓范圍，耐壓 36V 以上，符合汽車主電源要求，也可冷啟動(dòng)使用。典型的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器需要四個(gè)外部 FET，這往往會(huì)增加電路板面積并使設(shè)計(jì)復(fù)雜化。此外布線越長(zhǎng)，輻射噪聲就越大。MAX25239/40 內(nèi)置所有 FET，可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的布線設(shè)計(jì)并輕松實(shí)現(xiàn)小型化。它還具有高效率和出色的噪聲性能，可以實(shí)現(xiàn)不發(fā)熱的低噪聲車載 PoC 。下圖 (圖5) 為 MAX25239/40 的典型特征：

圖5 MAX25239/40 典型特征

[相機(jī)電源保護(hù)器] 兼容 ASIL B/C/D MAX20086-89

相機(jī)電源保護(hù)器的典型例子是 MAX20086-89，它支持 ASIL B/C/D，具有過(guò)壓/低壓診斷、短路診斷等多種診斷功能，并可通過(guò) I2C 接口進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控。只需安裝 MAX20086 至 MAX20089，即可輕松實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，非常適合需要可靠性的汽車應(yīng)用，例如 ADAS。下圖 (圖6) 為 MAX20086-89 的典型特征：

圖6 MAX20086-89 典型特征

[相機(jī)電源] MAX20019/20 可實(shí)現(xiàn)最大程度的小型化

相機(jī)電源解決方案的一個(gè)例子是 2 通道輸出、17V 降壓轉(zhuǎn)換器 MAX20019/20，兼容相機(jī)電源所需的 16-17V 耐壓。該器件尺寸極小，僅為 2mm × 3mm，可實(shí)現(xiàn)緊湊的電路設(shè)計(jì)。由于可以從多種選項(xiàng)中選擇固定輸出電壓，因此可以減少用于電壓調(diào)整的外部元件，并最大限度地追求小型化。它還具有擴(kuò)頻功能，可以降低噪音。下圖 (圖7) 為 MAX20019/20 的典型特征：

圖7 MAX20019/20 典型特征

對(duì)于需要大幅小型化的相機(jī)模塊來(lái)說(shuō)，這是最佳的電源解決方案。下圖 (圖8) 是使用兩個(gè) MAX20019 提供 4 條電源的配置示例。雖然這可以通過(guò) 4 通道解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，但使用兩個(gè) 2 通道解決方案可提供更大的靈活性并簡(jiǎn)化組件布局。

圖8 使用 MAX20019 的電源配置示例

應(yīng)用實(shí)例

ADAS (高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng))

車載攝像頭模塊