攝像頭模塊電源架構(gòu)比較與電源注意事項(xiàng)

本文重點(diǎn)介紹小外形攝像頭模塊，該模塊不包含任何數(shù)據(jù)處理、可將原始視頻數(shù)據(jù)輸出到獨(dú)立的電子控制單元。這些模塊通常位于環(huán)視、駕駛員監(jiān)控和后視鏡更換系統(tǒng)中，通過用于視頻數(shù)據(jù)輸出的相同的同軸電纜接收預(yù)先調(diào)節(jié)的電源電壓。

攝像頭模塊所需的功率是多少？

設(shè)計(jì)攝像頭模塊功率部分的第一步是對每根軌道的功率預(yù)算進(jìn)行簡單計(jì)算。這一點(diǎn)連同通過 PoC 提供的電壓，在選擇電源策略時(shí)非常重要。

攝像頭傳感器和外部電路所需的電流消耗，在不同的傳感器和任何額外的外部設(shè)備上可能差別很大。通常，較低的成像器導(dǎo)軌（圖 1 中為 1．2 V 和 1．8 V）需要的電流最大，而最大的電源電壓（成像儀為 2．9 V）所需電流最小。由于 2．9 V 導(dǎo)軌與成像器的模擬電源有關(guān)，而最終，它的性能與圖像質(zhì)量有關(guān)。因此，在選擇電源時(shí)需要仔細(xì)考慮，因?yàn)樵搶?dǎo)軌需要無干擾、噪音最小的電源。隨附的 FPD-Link 設(shè)備連同任何形式的監(jiān)控器或定序器，也將從這個(gè)功率預(yù)算中提取。

圖 1：計(jì)算每個(gè)導(dǎo)軌的功率預(yù)算

考慮到其出色的噪聲性能，有人可能建議對每個(gè)電源使用低壓差調(diào)節(jié)器（LDO）。然而，在功率預(yù)算有限的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，這是不可行的。此外，電流的增大會(huì)使連接器和電纜承受壓力，并增加攝像頭的自熱，這可能會(huì)降低性能。

如表 1 中的示例計(jì)算所示，攝像頭模塊的當(dāng)前要求通常由系統(tǒng)中包含的傳感器和 FPD-Link 設(shè)備決定。在本示例中，成像器導(dǎo)軌為 1．2 V、1．8 V 和 2．9 V。FPD-Link 設(shè)備共享相同的 1．8 V 導(dǎo)軌。正常工作所需的電流用紅色突出顯示。

表 1：電壓為 1．2 V、1．8 V 和 2．9 V 的成像器導(dǎo)軌的示例計(jì)算

在本例中，同軸電纜上的 PoC 電源首先降到 3．3 V，然后為攝像頭模塊上系統(tǒng)的其余部分供電。2．9 V 傳感器模擬導(dǎo)軌直接連接到 LDO 輸出，而其他電源連接到降壓（buck）轉(zhuǎn)換器。1．8 V 導(dǎo)軌同時(shí)為 DS90UB953-Q1 和成像器的接口電源供電。由于 DS90UB953-Q1 串行器消耗的電流明顯大于成像器接口電源，因此提供給成像器的 1．8 V 電流可以忽略不計(jì)。成像器 2．9 V 模擬導(dǎo)軌需要 63 mA，DS90UB953-Q1 串行器 1．8 V 導(dǎo)軌需要 225 mA，成像器數(shù)字 1．2V 導(dǎo)軌需要 388 mA。為了簡化前面數(shù)值的計(jì)算，我們假設(shè)效率為 100%，計(jì)算出 3．3 V 電源需要 327 mA 才能成功為 1．2 V、1．8 V 和 2．9 V 導(dǎo)軌供電。

因?yàn)檩斎牒洼敵鲭妷?、輸出電流要求和總瓦?shù)消耗都是已知的，所以輸入電流可以用以下公式計(jì)算：

（PoC 電流）x（所需電流） = 3．3V x 327 mA

對于 12 V 的 PoC 電壓，ECU 將提供 90 mA 的電流。

在某些情況下，PoC 電壓是通過 ECU 固定的，因此必須了解所選擇的 PoC 電纜和網(wǎng)絡(luò)是否足以為功率目標(biāo)提供所需的電流。對于 2W 攝像頭模塊的要求，固定的 5 V 電源可提供 400 mA 的電流，而 12 V 電源可提供 166 mA 的電流。

對于較大的 PoC 電纜長度，應(yīng)選擇較大的 PoC 電壓，以確保電纜上的 IR 壓降最低。PoC 電流會(huì)在布線、鐵氧體磁珠、電感器和任何串聯(lián)電阻上產(chǎn)生壓降，并會(huì)減少影響攝像頭模塊穩(wěn)壓器的性能的電壓凈空。在 PoC 電壓值由設(shè)計(jì)者決定的情況下，電纜規(guī)格通常規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)可以提供的電流量，這將驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的電壓要求。

比較了三種不同電源架構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。

攝像頭模塊電源架構(gòu)比較

電源注意事項(xiàng)

在設(shè)計(jì)汽車應(yīng)用時(shí)，有一些考慮因素會(huì)限制您的電源設(shè)計(jì)選擇。重要的系統(tǒng)級(jí)規(guī)范包括：

● 最大限度地減小解決方案的總尺寸，以滿足汽車攝像頭模塊外殼的小尺寸要求。此類外殼的面積通常約為 20 mm×20 mm，通常安裝在 M12 桶塑料外殼內(nèi)。

● 避免對 AM 無線電頻段的干擾。所有的開關(guān)電源都需要在 540 kHz 至 1700 kHz 的 AM 無線電頻段之外。

● 避免較低的開關(guān)頻率，因?yàn)樗鼈冃枰^大的電感器。相反，選擇：

● 高頻率切換器（》2 MHz）。

● 獲得汽車電子委員會(huì) Q100 認(rèn)證的設(shè)備。

● 需要額外保護(hù)的電子器件（如 short-to-battery）可以用寬 Vin 穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)。

印刷電路板限制

圖 2 中的成像器使用的是移動(dòng)行業(yè)處理器接口（MIPI）攝像頭串行接口（CSI-2），突出顯示網(wǎng)絡(luò)以顯示連接 FPD-Link 設(shè)備到成像器的阻抗控制走線。成像器的 CSI-2 網(wǎng)絡(luò)通過通孔引出并路由到中間層（突出顯示）。

通孔陣列對較小的外形尺寸帶來了一些限制，因?yàn)樗鼈兿拗屏斯β势骷姆胖脜^(qū)域。為了最大限度地減少耦合，特別是在開關(guān)模式電源或信號(hào)網(wǎng)周圍，CSI-2 網(wǎng)必須適當(dāng)隔開和屏蔽，并且與相鄰層的其他網(wǎng)沒有重疊。
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