汽車攝像頭設(shè)計(jì)一個(gè)電源考量

在這篇博文中，我將討論一下使用低壓降穩(wěn)壓器 (LDO) 來(lái)處理后視攝像頭的功率限制。圖1顯示的是高性能LDO的共同特性。

圖1：LP5907和LP5907-Q1特性

如果你正在為汽車攝像頭設(shè)計(jì)一個(gè)電源，你主要考慮的問題就是潔凈電壓穩(wěn)壓和經(jīng)優(yōu)化的總體系統(tǒng)尺寸和成本。這些要求都可以使用TIDA-00535參考設(shè)計(jì)中所示的LDO來(lái)實(shí)現(xiàn)；TIDA-00535提供攝像頭模塊一側(cè)的電源管理解決方案的指導(dǎo)原則、測(cè)試數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)文件。圖2顯示的是TIDA-00535的一個(gè)概念方框圖。

圖2：TIDA-00535方框圖

潔凈電壓穩(wěn)壓意味著低紋波和穩(wěn)定的電壓調(diào)節(jié)，這兩點(diǎn)對(duì)于攝像頭模塊內(nèi)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 圖像傳感器都很關(guān)鍵。CMOS圖像傳感器對(duì)于標(biāo)稱輸入電壓電平的變化十分敏感。電壓紋波和電壓下沖與過沖瞬變都會(huì)干擾到傳感器內(nèi)部的有源放大器和光檢測(cè)器元件的功能性，從而影響到CMOS圖像傳感器捕捉入射光強(qiáng)度的能力，這意味著圖像質(zhì)量將會(huì)受到影響，在圖像上出現(xiàn)斑點(diǎn)或黑線。借助于高電源紋波抑制 (PSRR)、低噪聲和出色的瞬變響應(yīng)特性，LDO能夠最大限度地降低來(lái)自開關(guān)穩(wěn)壓器的紋波電壓，或者是長(zhǎng)PCB跡線內(nèi)的耦合干擾。

圖像傳感器需要多變的電壓軌。一個(gè)電壓軌通常在2.8V與3.3V之間，而其它電壓軌通常需要介于1.2V與1.8V之間的更低電壓。低壓電壓軌對(duì)于電源紋波更加敏感；因此高PSRR LDO更受青睞。如圖3所示，LP5907-Q1提供高紋波抑制。

圖3：LP5907-Q1頻率與PSRR圖形比較

TIDA-00535使用LM43602-Q1，一個(gè)開關(guān)模式穩(wěn)壓器來(lái)從同軸電纜供電的電源中生成3.3V電壓。這個(gè)3.3V電壓進(jìn)一步被2個(gè)LP5907-Q1 LDO穩(wěn)壓，以生成1.5V和1.8V電壓軌。LM43602-Q1以500KHz的頻率開關(guān)，由于500KHz時(shí)大約45dB的PSRR，LDO輸出上的輸出紋波幾乎不存在。圖4顯示的是極端情況下LP5907-Q1的紋波抑制能力，此時(shí)LP5907-Q1輸入電壓在3MHz的頻率下有一個(gè)50mVp-p 的紋波。

圖4：輸入電壓紋波與LP5907經(jīng)穩(wěn)壓輸出間的比較

攝像頭不應(yīng)影響到汽車的內(nèi)飾設(shè)計(jì)；換句話說，它們應(yīng)該十分小巧，并且或多或少地被隱藏起來(lái)。由于攝像頭模塊具有尺寸限制，一個(gè)常見的做法就是用一根同軸電纜或差分對(duì)在引擎控制單元 (ECU) 與攝像頭模塊之間傳輸電力和數(shù)據(jù)，從而最大限度地減少攝像頭模塊位置上所需要的電纜和組件數(shù)量。由于它們只需要幾個(gè)補(bǔ)償組件，LDO有助于達(dá)到總體解決方案尺寸和系統(tǒng)成本要求。例如，LP5907-Q1只需要一個(gè)小型輸入和輸出陶瓷電容器即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性，而開關(guān)穩(wěn)壓器則需要電容器、電感器和電阻器才能達(dá)到穩(wěn)定性要求，這就增加了總體BOM成本和系統(tǒng)尺寸。對(duì)于那些需要滿足汽車等級(jí)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn) (AEC-Q100) 的汽車級(jí)器件，LP5907-Q1采用小外形尺寸晶體管 (SOT-23) 封裝 (2.90mm x 1.60mm)，除此之外，對(duì)于非AEC-Q100等級(jí)應(yīng)用，LP5907-Q1采用更小的芯片尺寸球柵陣列 (DSBGA) 封裝，大小只有0.675mm x 0.675mm（最大值），以及小外形尺寸無(wú)引線 (X2SON) 封裝，大小為1.00mm x 1.00mm（標(biāo)稱值）。

效率也許是另外一個(gè)系統(tǒng)顧慮。這個(gè)系統(tǒng)將每次只運(yùn)行數(shù)秒鐘，大多數(shù)時(shí)間，它將被ECU一側(cè)的中繼器斷電，基于這些原因，用其低噪聲和高PSRR性能來(lái)保證LDO的效率。

總的說來(lái)，在以一個(gè)經(jīng)優(yōu)化的BOM成本來(lái)保持小總體解決方案尺寸的同時(shí)，通過提供一個(gè)高PSRR和低噪聲輸出，LDO能夠極大地提升汽車攝像頭電源管理的性能。

要開始設(shè)計(jì)，請(qǐng)仔細(xì)查看針對(duì)汽車CMOS圖像器和數(shù)據(jù)串化器的電源管理解決方案參考設(shè)計(jì)，其中提供針對(duì)攝像頭模塊電源部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)指南、電路原理圖、Gerber文件和物料清單。