如何為汽車攝像頭模塊選擇電源

隨著汽車攝像頭技術的發展，其分辨率、動態范圍和幀率不斷提高，電源架構也需要根據具體的應用需求進行定制。在本文中，我將回顧三種可以用于為汽車攝像頭模塊供電的策略：

1. 全分立式

2. 全集成式

3. 部分集成式

本文的重點是那些不包含任何數據處理功能的小型攝像頭模塊，它們輸出原始視頻數據到單獨的電子控制單元（ECU）。這些模塊通常用于環視系統、駕駛員監控系統和后視鏡替代系統，并通過用于視頻數據輸出的同軸電纜接收預調節的供電電壓。

攝像頭模塊需要多少功率？

設計攝像頭模塊的電源部分時，第一步是對每個電源軌進行簡要的功率預算計算。這與通過同軸電纜供電（PoC）提供的電壓一起，對于選擇電源策略至關重要。攝像頭傳感器和外部電路所需的電流可能會因不同傳感器以及任何額外的外部設備而有很大差異。通常，較低的成像器電源軌（如圖1中的1.2V和1.8V）需要最多的電流，而最大的供電電壓（成像器的2.9V）需要的電流最少。由于2.9V電源軌與成像器的模擬電源相關——最終影響圖像質量——因此選擇電源時需要仔細考慮，因為該電源軌需要一個干凈且噪聲最小的電源。此外，包含的FPD-Link設備以及任何形式的監控器或時序控制器也會從這個功率預算中取電。

圖1

有人可能會建議為每個電源軌都使用低壓降穩壓器（LDO），考慮到其出色的噪聲性能。然而，在設計時如果功率預算有限，這是不可行的。此外，增加電流會增加連接器和電纜的負擔，并提高攝像頭的自發熱，這可能會進一步惡化性能。如表1中的示例計算所示，攝像頭模塊的電流需求通常由系統中包含的傳感器和FPD-Link設備決定。在這個例子中，成像器的電源軌為1.2V、1.8V和2.9V。FPD-Link設備共享相同的1.8V電源軌。正常運行所需的電流用紅色突出顯示。

圖2

在這個例子中，通過同軸電纜的PoC（Power over Coax）供電首先被降壓至3.3V，然后為攝像頭模塊上的其余系統供電。2.9V的傳感器模擬電源軌直接連接到一個LDO的輸出，而其他電源軌則連接到一個降壓（buck）轉換器。1.8V電源軌同時為DS90UB953-Q1的供電和成像器的接口供電。由于DS90UB953-Q1序列器消耗的電流主要大于成像器接口供電的電流，因此提供給成像器的1.8V電流可以被視為微不足道。成像器的2.9V模擬電源軌需要63mA，DS90UB953-Q1序列器的1.8V電源軌需要225mA，而成像器的數字1.2V電源軌需要388mA。假設效率為100%以簡化計算，根據上述數值，可以計算出3.3V電源需要327mA才能成功為1.2V、1.8V和2.9V電源軌供電。

由于已知輸入和輸出電壓、輸出電流需求以及總功耗，可以通過以下公式計算輸入電流：(PoC電壓) × (所需電流) = 3.3V × 327mA如果PoC電壓為12V，則ECU（電子控制單元）需要提供90mA。在某些情況下，PoC電壓是由ECU固定的，因此重要的是要了解所選擇的PoC電纜和網絡是否能夠提供滿足功率目標所需的電流。對于一個2W的攝像頭模塊需求，如果PoC電壓固定為5V，則需要提供400mA；如果為12V，則需要提供166mA。對于較長的PoC電纜，應選擇較高的PoC電壓，以確保電纜上的IR壓降最小。PoC電流會在電纜、鐵氧體磁珠、電感器以及任何串聯電阻上產生壓降，從而減少電壓裕度，影響攝像頭模塊調節器的性能。如果PoC電壓值由設計者決定，電纜規格通常會規定網絡能夠提供的最大電流，這將決定網絡的電壓需求。

以下是三種汽車攝像頭模塊的電源架構，以及它們的優缺點對比（表2）：

表2

電源設計考慮因素

在設計汽車應用時，有一些因素會限制電源設計的選擇。重要的系統級規格包括：

• 最小化整體解決方案尺寸：以滿足汽車攝像頭模塊外殼的小型化需求。這些外殼的面積通常約為20毫米×20毫米，并且通常安裝在M12圓柱形塑料外殼內。

• 避免干擾AM廣播頻段：所有開關電源的開關頻率必須在AM廣播頻段（540 kHz到1700 kHz）之外，以防止對汽車收音機造成干擾。

• 避免使用低開關頻率：因為低開關頻率需要使用較大的電感器。相反，應選擇：

• 高頻開關電源（>2 MHz）。

• 符合**汽車電子委員會（AEC-Q100）**標準的器件。

• 需要額外保護的電子設備，例如可以設計為寬輸入電壓范圍（Vin）的穩壓器，以防止電池短路。

印制電路板（PCB）約束

圖4中的成像器使用了移動產業處理器接口（MIPI）攝像頭串行接口（CSI-2），圖中標出了連接FPD-Link設備與成像器的受控阻抗走線。成像器的CSI-2走線通過過孔引出，并在中間層布線（突出顯示）。過孔陣列對小型化設計有一定限制，因為它們限制了電源器件的放置區域。為了最小化耦合，尤其是在開關電源或信號走線周圍，必須確保CSI-2走線：

• 適當間距：與其他走線保持足夠的距離。

• 屏蔽：使用屏蔽措施以減少干擾。

• 避免重疊：確保在相鄰層的其他走線之間沒有重疊。

圖4