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增强车用相机模组 TI提出三大电源供应器策略
 

【CTIMES/SmartAuto 編輯部 报导】   2020年11月10日 星期二

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随着车用相机技术在解析度、动态视野、帧率(frame rates)方面不断进步,电源供应架构更需贴近特定使用情境的需求。德州仪器系统工程师Matt Sauceda指出,要选用最适於车用相机模组的电源供应器,就要从三个增强车用相机模组的策略:「全离散式(Fully discrete)」、「全整合式(Fully integrated)」和「部分整合式(Partially integrated)」来进一步探讨:

德州仪器系统工程师Matt Sauceda表示,设计相机模组电源的第一步,要先概算每组电源所需的功率预算。
德州仪器系统工程师Matt Sauceda表示,设计相机模组电源的第一步,要先概算每组电源所需的功率预算。

全离散式

该解决方案中的每个电源供应均由独立的IC产生,弹性最隹。

然而,个别选用IC元件非常耗时。此外,该架构不利於未来设计的扩充性,因为其电路绘制弹性,使得设计更为紧凑,占用更小空间;加上,由於输出值固定,该架构无法作为模组化设计微调後套用至另一个成像器。

全整合式

该方案由专用的电源管理IC(PMIC)产生所有轨道电压供给成像器以及外部电路。PMIC一般都可以程式编辑,便於未来扩充,进一步缩短整体专案时程,并可轻易沿用至未来相机模组解决方案。

然而,其电路绘制弹性差,因为所有针脚输出位置固定。此外,为了避免成像器传输讯号交互干扰,可能需要占用更大体积。

部分整合式

该方案由单通道与多通道电源供应器组成,可简化设计并兼取两者之长。透过部分离散的做法,进一步提升了电路图绘制的弹性,简化电路并便於扩充,还可简化物料清单,提供比全整合式PMIC还大的电路绘制弹性。

但是其设计周期长,比PMIC电源架构较缺乏可扩充性,大多数IC都具备同样体积不同输出电压变化版本。

针对小型相机模组,Matt Sauceda表示,由於这些模组不包含资料处理功能,而是直接把原始影像资料传送给另一个电子控制单位,因此时常用於环景显示、驾驶监控、替代後视镜系统,且使用来自影像资料输出同轴电缆(coaxial cable)上的前级电源电压。

设计相机模组电源的第一步,就是概算每组电源所需的功率预算,而该资讯连同同轴电缆供电(power-over-coax;PoC)上的电压,皆在选择电源策略时至关重要。

Matt Sauceda指出,由於感测器的不同以及外部连接装置,摄影感测器与其外部电路所需的电流变化幅度甚大。一般而言,较低电压的成像器电源(如1.2V和1.8V)需要最大的电流,而最高供应电压(成像器的2.9V)需要最小电流。然而,因为2.9V电源会影响成像器的类比电流供应,进而影响影像品质表现,所以选择电源供应需十分谨慎,须保持乾净不能有杂讯。其内的FPD- Link装置、连同其上下层装置,都会从这一个功率预算支取电流。

他进一步举例,如果每一组电源的杂讯抑制表现很好,就可以使用低压差线性稳压器(LDO),但当功率预算有限时,这就不太可行。此外,增加电流会对接头和导线造成负担,还会增加相机发热的机率,导致效能变差。

在某些情况下,PoC电压是透过ECU固定的,因此必须了解所选择的PoC电缆和网路是否为功率目标提供所需的电流。就2W相机模组而言,固定的5V电源可提供400mA的电流,而12V电源可提供166mA的电流。

Matt Sauceda表示,对於较大的PoC电缆长度,应选择较大的PoC电压,以确保电缆上的IR压降最低。PoC电流会在电缆、铁氧体磁珠(ferrite beads)、电感器和任何串联电阻上产生压降,并将减少影响摄像机模组调节器性能的电压馀量。在PoC电压值由设计人员决定的情况下,电缆规格通常规定了网路可以提供的电流量,这将驱动网路的电压要求。

车用相机模组的三种架构

1.供电考量

设计车用应用时,有些考量会限制电源供应的选择,Matt Sauceda点出四大系统层级规格:

.缩小整体设计体积,以配合车用相机模组的小型封装,该截面积约落在20mm x 20mm,并可容纳至M12筒状塑胶封装(M12 barrel plastic enclosure)

.避免AM频道干扰,所有的切换电源供应都要避开AM的540-1700kHz频道

.避免较低的开关频率,就不需使用大电感,而应选择高频开关器(>2MHz),或是符合汽车电子协会Q100等级的装置

.需要额外保护的电子元件(如short-to-battery)可用宽Vin稳压器设计

2.印刷电路板限制

以采用行动产业处理器介面(MIPI)的相机序列介面(CSI-2)成像器为例,导孔透过受控阻抗路径将FPD-Link装置与成像器连接起来。成像器的CSI-2网路透过导孔引出并连接到中间层。

此导孔阵列对小型电路板加诸许多限制,因为它限制了电源装置可配置的区域。Matt Sauceda指出,为了将耦合最小化,特别是在开关电源或讯号网路周围,应避免CSI-2网路与电源过度邻近或相邻并适当地屏蔽,因为开关杂讯可能会耦合到CSI网路上。

3.选择电源架构

电源架构将根据设计需求而有所不同,德州仪器提供三大叁考设计,助设计人员了解更详细的规格,进而简化设计。

.全离散式:车用200万画素相机模组使用MIPI CSI-2影像介面、FPD-Link III、POC之叁考设计

.全整合式:车用200万画素相机模组使用MIPI CSI-2介面、PMIC、FPD-Link III、POC之叁考设计

.部分整合式,第一部分:车用200万画素相机模组使用MIPI CSI-2影像介面、FPD-Link III、POC之叁考设计;以及第二部分:车用260万画素相机模组使用POL PMIC、FPD-Link III、监控器、POC之叁考设计

關鍵字: 電源供應器  车用相机  TI 
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