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如何选择汽车摄像头模块的电源

发布时间:2020-10-06 责任编辑:wenwei

【导读】随着汽车摄像头技术的发展,其分辨率、动态范围和帧速率越来越高,电源架构需要根据具体的用例需求进行调整。在本文中,我将回顾三种可用于为汽车摄像头模块供电的策略:
 
如何选择汽车摄像头模块的电源
 
●   全离散
●   全集成
●   部分集成
 
本文重点介绍小外形摄像头模块,该模块不包含任何数据处理、可将原始视频数据输出到独立的电子控制单元。这些模块通常位于环视、驾驶员监控和后视镜更换系统中,通过用于视频数据输出的相同的同轴电缆接收预先调节的电源电压。
 
摄像头模块所需的功率是多少?
 
设计摄像头模块功率部分的第一步是对每根轨道的功率预算进行简单计算。这一点连同通过PoC提供的电压,在选择电源策略时非常重要。
 
摄像头传感器和外部电路所需的电流消耗,在不同的传感器和任何额外的外部设备上可能差别很大。通常,较低的成像器导轨(图1中为1.2 V和1.8 V)需要的电流最大,而最大的电源电压(成像仪为2.9 V)所需电流最小。由于2.9 V导轨与成像器的模拟电源有关,而最终,它的性能与图像质量有关。因此,在选择电源时需要仔细考虑,因为该导轨需要无干扰、噪音最小的电源。随附的FPD-Link设备连同任何形式的监控器或定序器,也将从这个功率预算中提取。
 
如何选择汽车摄像头模块的电源
图 1:计算每个导轨的功率预算
 
考虑到其出色的噪声性能,有人可能建议对每个电源使用低压差调节器(LDO)。然而,在功率预算有限的情况下进行设计时,这是不可行的。此外,电流的增大会使连接器和电缆承受压力,并增加摄像头的自热,这可能会降低性能。
 
如表1中的示例计算所示,摄像头模块的当前要求通常由系统中包含的传感器和FPD-Link设备决定。在本示例中,成像器导轨为1.2 V、1.8 V和2.9 V。FPD-Link设备共享相同的1.8 V导轨。正常工作所需的电流用红色突出显示。
 
如何选择汽车摄像头模块的电源
表1:电压为1.2 V、1.8 V和2.9 V的成像器导轨的示例计算
 
在本例中,同轴电缆上的PoC电源首先降到3.3 V,然后为摄像头模块上系统的其余部分供电。2.9 V传感器模拟导轨直接连接到LDO输出,而其他电源连接到降压(buck)转换器。1.8 V导轨同时为DS90UB953-Q1和成像器的接口电源供电。由于DS90UB953-Q1串行器消耗的电流明显大于成像器接口电源,因此提供给成像器的1.8 V电流可以忽略不计。成像器2.9 V模拟导轨需要63 mA,DS90UB953-Q1串行器1.8 V导轨需要225 mA,成像器数字1.2V导轨需要388 mA。为了简化前面数值的计算,我们假设效率为100%,计算出3.3 V电源需要327 mA才能成功为1.2 V、1.8 V和2.9 V导轨供电。
 
因为输入和输出电压、输出电流要求和总瓦数消耗都是已知的,所以输入电流可以用以下公式计算:
 
(PoC电流)x(所需电流) = 3.3V x 327 mA
 
对于12 V的PoC电压,ECU将提供90 mA的电流。
 
在某些情况下,PoC电压是通过ECU固定的,因此必须了解所选择的PoC电缆和网络是否足以为功率目标提供所需的电流。对于2W摄像头模块的要求,固定的5 V电源可提供400 mA的电流,而12 V电源可提供166 mA的电流。
 
对于较大的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电流会在布线、铁氧体磁珠、电感器和任何串联电阻上产生压降,并会减少影响摄像头模块稳压器的性能的电压净空。在PoC电压值由设计者决定的情况下,电缆规格通常规定了网络可以提供的电流量,这将驱动网络的电压要求。
 
汽车摄像头模块的三种电源架构
 
表2比较了三种不同电源架构的优缺点。
 
如何选择汽车摄像头模块的电源
表2:摄像头模块电源架构比较
 
电源注意事项
 
在设计汽车应用时,有一些考虑因素会限制您的电源设计选择。重要的系统级规范包括:
 
●   最大限度地减小解决方案的总尺寸,以满足汽车摄像头模块外壳的小尺寸要求。此类外壳的面积通常约为20 mm×20 mm,通常安装在M12桶塑料外壳内。
●   避免对AM无线电频段的干扰。所有的开关电源都需要在540 kHz至1700 kHz的AM无线电频段之外。
●   避免较低的开关频率,因为它们需要较大的电感器。相反,选择:
●   高频率切换器(>2 MHz)。
●   获得汽车电子委员会Q100认证的设备。
●   需要额外保护的电子器件(如short-to-battery)可以用宽Vin稳压器设计。
 
印刷电路板限制
 
图2中的成像器使用的是移动行业处理器接口(MIPI)摄像头串行接口(CSI-2),突出显示网络以显示连接FPD-Link设备到成像器的阻抗控制走线。成像器的CSI-2网络通过通孔引出并路由到中间层(突出显示)。
 
通孔阵列对较小的外形尺寸带来了一些限制,因为它们限制了功率器件的放置区域。为了最大限度地减少耦合,特别是在开关模式电源或信号网周围,CSI-2网必须适当隔开和屏蔽,并且与相邻层的其他网没有重叠。
 
如何选择汽车摄像头模块的电源
图2:带成像器的DS90UB953-Q1示例布局
 
选择您的电源架构
 
正确的电源架构将根据您的设计需求而有所不同。这些参考设计将帮助你看到更详细的规格,并在您准备开始时,让您的设计更加简单。
 
●   全离散:采用MIPI CSI-2视频接口、FPD-Link III和POC的汽车2-MP摄像头模块参考设计。
●   全集成:采用MIPI CSI-2接口、PMIC、FPD-Link III和POC的汽车2-MP摄像头模块参考设计。
●   部分集成,第1部分:采用MIPI CSI-2视频接口、FPD-Link III和POC的汽车2-MP摄像头模块参考设计,以及第二部分:采用POL PMIC、FPD-Link III、监控器和POC的汽车2.6-MP摄像头模块参考设计。
 
 
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