開發(fā)適用于高速車載接口的電源電感器

隨著車載接口的高速化及高度化，在LVDS傳輸?shù)能囕d攝像頭系統(tǒng)中，用1根線重疊信號與電源的PoC(Power over Coax)化正在不斷發(fā)展。TDK的電源電感器ADL3225V型是一款通過節(jié)省空間從而確保PoC傳輸特性的產(chǎn)品。

將信號線與電源線合并為1根同軸電纜的PoC(Power Over Coax)

為實(shí)現(xiàn)安全輔助行駛、降低環(huán)境負(fù)荷，提高舒適性，汽車正在不斷進(jìn)化發(fā)展。除車載電子設(shè)備、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車音響以外，近年來，為實(shí)現(xiàn)IVI（車載信息娛樂）系統(tǒng)以及ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）等，傳感器系統(tǒng)以及攝像頭系統(tǒng)的設(shè)備不斷增加，為此，連接多個(gè)ECU（電子控制單元）的車載接口的高速化需求正在不斷提高。

為此，作為先進(jìn)的多媒體及信息通信系統(tǒng)的車載接口，針對雙向通信導(dǎo)入了車載以太網(wǎng)(最大傳輸速度100Mbps)，而針對將影像信號從攝像頭(監(jiān)控?cái)z像頭、側(cè)視攝像頭等)傳送至主基板的單向通信，則導(dǎo)入了多用于電子設(shè)備的LVDS(最大傳輸速度1.5Gbps)。此外，為在LVDS傳輸中減輕線束的重量，在1根同軸電纜上同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號傳輸與電源供應(yīng)的PoC(Power over Coax)化也得到了進(jìn)一步發(fā)展。

在PoC中電源電感器的作用

除LVDS之外，信號線(AC成分)與電源線(DC成分)通過不同的線進(jìn)行傳輸?shù)姆绞绞且酝^為普遍的數(shù)據(jù)傳輸方式。但在車載LAN的情況中，線束的重量將直接影響油耗。特別是在多媒體及信息通信系統(tǒng)的車載LAN中，不僅在后方，即使在側(cè)方、前方等也可以配置多個(gè)攝像頭模塊，因此通過減少電纜數(shù)量便可帶來顯著的線束輕量化效果。為此，將信號傳輸與電源供應(yīng)重疊在1根線中的方式成為了關(guān)注的焦點(diǎn)。圖1所示為使用了PoC，即同軸電纜方式時(shí)的車載攝像頭系統(tǒng)。在以往的方式中，電源線與信號線相互獨(dú)立，而在PoC方式中，1根同軸電纜的線芯分別連接了主基板以及攝像頭模塊側(cè)的電源線。因此，在PoC方式中，為防止負(fù)載阻抗較低的電源線中流過高頻信號，需要提高分歧點(diǎn)阻抗，為此電感器為串聯(lián)連接。這是因?yàn)殡姼衅髟诟哳l環(huán)境下會變?yōu)楦咦杩?，可以阻止信號流入。另一方面，通過電容器的串聯(lián)連接可阻止其流入電源線DC成分的驅(qū)動器側(cè)。

圖1 以往方式與PoC的比較，以及PoC中電感器與電容器的作用

車載PoC用電感器所要求的特性與結(jié)構(gòu)

如上所述，LVDS為單向通信，然而，雖然影像信號是從發(fā)送側(cè)(Tx)單向傳送至接收側(cè)(Rx)，但控制信號(I2C)是從主基板側(cè)流向攝像頭模塊側(cè)，因此嚴(yán)格來說應(yīng)屬于雙向信號流動。為此，電感器對于影像信號(最大傳輸速度1.5Gbps)與控制信號(數(shù)百kHz左右)兩方面而言，在需要高阻抗的同時(shí)，還要求擁有從數(shù)百kHz至1.5GHz的寬頻帶特性。但在以往的電源電感器中，阻抗達(dá)到峰值的自諧振頻率（SRF）較低，如圖2所示，由于需要通過高L（電感）產(chǎn)品與低L產(chǎn)品的多個(gè)電感器組合來實(shí)現(xiàn)寬頻帶，因此存在較難節(jié)省空間的問題。同時(shí)，攝像頭模塊的電源供應(yīng)中將會流過幾百mA左右的電流，為此要求該電流擁有使電感器不達(dá)到磁飽和的直流重疊特性(圖3)。
作為該要求特性的解決方案，通過采用與以往電源電感器不同的獨(dú)特繞組設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)，可在提高自諧振頻率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)必要直流重疊特性的就是ADL3225V型產(chǎn)品。

圖2以往方式的PoC電感器結(jié)構(gòu)

圖3 PoC電感器所要求的直流重疊特性

實(shí)現(xiàn)寬頻帶的阻抗特性與良好的直流重疊特性

如圖4所示，與以往產(chǎn)品(47μH)相比，ADL3225V型的自諧振頻率(SRF)正在向高頻側(cè)轉(zhuǎn)移。同時(shí)，1個(gè)ADL3225V型產(chǎn)品便可實(shí)現(xiàn)與以往使用多個(gè)電源電感器方式的阻抗特性相同等級的寬頻帶與高阻抗(圖5)。此外，通過導(dǎo)入材料技術(shù)與新結(jié)構(gòu)還實(shí)現(xiàn)了攝像頭模塊中所需的優(yōu)秀直流重疊特性(工作保證溫度范圍-40℃～105℃內(nèi))。

圖4電感器自諧振頻率(SRF)向高頻側(cè)轉(zhuǎn)移

圖5ADL3225V的阻抗－頻率特性

總結(jié)

為使車載攝像頭拍攝到的高畫質(zhì)影像等能夠利用于汽車安全及舒適行駛，PoC作為可高速傳輸大容量數(shù)據(jù)的影像傳輸接口，其采用正在飛速增長。而高速接口電源疊加用電源電感器ADL3225V型便是使用了TDK長年積累而來的鐵氧體技術(shù)、繞線技術(shù)、設(shè)計(jì)技術(shù)等開發(fā)而成的產(chǎn)品。通過減少元件數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了在確保相同特性的同時(shí)節(jié)省空間的車載PoC。包括符合CAN/FlexRay/以太網(wǎng)等各類車載LAN標(biāo)準(zhǔn)的共模濾波器等在內(nèi)，TDK進(jìn)一步充實(shí)了支持車載LAN高速化及高度化的電子元件、設(shè)備產(chǎn)品陣容。

ADL3225V系列 - 主要規(guī)格、特點(diǎn)、用途、電氣特性

外觀與等效電路

外觀

等效電路

形狀與尺寸

主要特點(diǎn)

小型、低背型(封裝面積 3.2×2.5mm、高2.6mm max.)

通過獨(dú)特的繞線設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)寬頻帶的阻抗特性與良好的直流重疊特性

通過完全自動化的生產(chǎn)工藝，確保了統(tǒng)一高質(zhì)量、高可靠性

無焊錫設(shè)計(jì)

符合AEC-Q200

符合RoHS指令、對應(yīng)無鉛焊接要求

使用溫度范圍(包括自我溫度上升) : -40～105°C

主要用途

車載PoC(Power Over Coax)中的信號線/電源線分離用電感器

系列和主要電氣特性

Isat：根據(jù)電感變化率時(shí)（比公稱值低30%）
Itemp：根據(jù)溫度上升時(shí)（自發(fā)熱導(dǎo)致溫度上升 40℃）

PoC的其他產(chǎn)品(ADL3225VT系列) - 主要規(guī)格、特點(diǎn)、用途、電氣特性

外觀與等效電路

外觀

等效電路

形狀與尺寸

主要特點(diǎn)

小型、低背型(封裝面積 3.2×2.5mm、高2.5mm max.)

通過獨(dú)特的繞線設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)寬頻帶的阻抗特性與良好的直流重疊特性

通過完全自動化的生產(chǎn)工藝，確保了統(tǒng)一高質(zhì)量、高可靠性

無焊錫設(shè)計(jì)

符合AEC-Q200

符合RoHS指令、對應(yīng)無鉛焊接要求

使用溫度范圍(包括自我溫度上升) : -40～150°C

主要用途

車載PoC(Power Over Coax)中的信號線/電源線分離用電感器

系列和主要電氣特性

Isat：根據(jù)電感變化率時(shí)（比公稱值低30%）
Itemp：根據(jù)溫度上升時(shí)（自發(fā)熱導(dǎo)致溫度上升 40℃）

審核編輯：彭菁