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專訪?|?通過提高元件選擇效率支持引入高速車載網(wǎng)絡(luò)的PoC方式（上篇）

時間：2021-11-29 16:29:34

關(guān)鍵字：元件車載網(wǎng)絡(luò)

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[導(dǎo)讀]點擊藍(lán)字★Murata村田中國★關(guān)注我們近年來，配備多個車載攝像頭的汽車在市場上已經(jīng)司空見慣。自動駕駛汽車配備了大量的車載攝像頭來識別外部環(huán)境。在為增加車載攝像頭的數(shù)量做準(zhǔn)備時，仍有一些技術(shù)問題需要解決。其中之一是減少連接攝像頭的電纜。配備多個攝像頭的下一代車輛使用簡化其布線的P...

近年來，配備多個車載攝像頭的汽車在市場上已經(jīng)司空見慣。自動駕駛汽車配備了大量的車載攝像頭來識別外部環(huán)境。在為增加車載攝像頭的數(shù)量做準(zhǔn)備時，仍有一些技術(shù)問題需要解決。其中之一是減少連接攝像頭的電纜。
配備多個攝像頭的下一代車輛使用簡化其布線的PoC技術(shù)。然而，在引入可以用單根同軸電纜連接車載攝像頭的PoC時，需要設(shè)計可以徹底分離信號和電源的偏置T電路。而此時使用的電感器無法簡單地選擇。
使用村田開發(fā)的BIST后，任何人都能輕松地選擇合適的元件。為此，我們向參與BIST開發(fā)的負(fù)責(zé)人咨詢了公開BIST的目的以及其中包含的功能 —— “從車載攝像頭設(shè)計人員的角度，如何讓為復(fù)雜的偏置T電路選擇元件變得更簡單？”本期村田開發(fā)者專訪(左起)：今西經(jīng)理、CAE工程師三舩、大森經(jīng)理

配備多個攝像頭的下一代車輛及簡化其布線的PoC

車載攝像頭屬于電子設(shè)備，所以需要連接電源線。此外，還需要將拍攝的視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到控制計算機（ECU）^*1的信號線。如果將這兩種類型的電纜連接到每個攝像頭，隨著安裝的攝像頭數(shù)量的增加，汽車內(nèi)部將充滿電纜。電纜的增加阻礙了汽車的輕量化并導(dǎo)致燃油經(jīng)濟性變差。
一輛車上已安裝多個攝像頭
為了減少連接到車載攝像頭的電纜數(shù)量，將信號線和電源線集成的技術(shù)“PoC（Power Over Coaxial）”得到了許多OEM^*2和Tier1^*3的關(guān)注，采用的情況也越來越多。
減少連接車載攝像頭的電纜數(shù)量的PoC

目前，傳輸來自車載攝像頭的視頻數(shù)據(jù)時，大多使用被稱為SerDes（Serializer/Deserializer）的數(shù)字接口將圖像傳感器輸出的并行信號轉(zhuǎn)換為串行信號并作為高頻信號傳輸。我們在“以及時準(zhǔn)確的產(chǎn)品開發(fā)，推動車載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)步的村田車載電感器產(chǎn)品”一文中介紹過，PoC可使用單根同軸電纜發(fā)送與SerDes兼容的圖像信號和控制信號以及直流電源。
^*1 ECU（Electronic Control Unit）是指控制車載設(shè)備的計算機。每輛車配備100個或更多ECU的車型已經(jīng)出現(xiàn)，并且隨著車載設(shè)備控制變得更加復(fù)雜，配備的數(shù)量也有增加的趨勢。
^*2 OEM（Original Equipment Manufacturer或Original Equipment Manufacturing）是指以委托方的品牌產(chǎn)品的制造商或生產(chǎn)活動。
^*3 Tier 1是指在汽車行業(yè)將本公司生產(chǎn)、開發(fā)的元件直接向整車制造商供應(yīng)的企業(yè)。此外，向Tier 1供應(yīng)元件的企業(yè)稱為Tier 2。

將信號和電源徹底分離的偏置T電路

在引入PoC時，需要在發(fā)送信號和電源的一側(cè)及接收的一側(cè)雙方嵌入一種被稱為偏置T電路的電路。
分離信號線和電源線的偏置T電路
偏置T電路是用于將高頻頻段傳輸?shù)腟erDes信號與（低頻側(cè)的）直流電源分離的電路。該電路由阻止高頻視頻信號的電感器和阻止直流電源的電容器組成。
在設(shè)計偏置T電路時，必須選擇具有能將信號和電源徹底分離的特性的電感器。如果分離不徹底，則高頻信號可能會流入電源電路，引起電源波動，導(dǎo)致設(shè)備故障。所使用的電感器必須是一種在寬帶（幾MHz到幾GHz）上用作高阻抗濾波器的電感器。然而，用一個電感器難以覆蓋寬帶，通常將多個電感器和鐵氧體磁珠組合在一起才能滿足所需的特性（下圖）。
組合多個元件以構(gòu)成寬帶、低損耗的濾波器

輕松地根據(jù)應(yīng)用選擇構(gòu)成偏置T電路的元件

從種類繁多的電感器產(chǎn)品中選擇理想組合的操作需要出乎意料的大量精力和時間。
首先，必須選擇與傳輸信號的頻率、提供的電源電流量、使用環(huán)境的溫度等條件相適應(yīng)的組合。此時，通過將單個元件的特性單純相加是無法判斷的，這是因為在安裝電路的電路板上產(chǎn)生的寄生電容^*4和寄生電感^*5，以及連接到電路板上的同軸電纜長度和特性都會極大地影響高頻段范圍的工作狀況。因此，在選擇要采用的元件時，必須考慮所設(shè)計的車載攝像頭系統(tǒng)的規(guī)格、安裝電路的基板的特性，在通過仿真確認(rèn)動作的同時，嘗試各種元件組合，從而找出理想方案。
^*4 寄生電容是指設(shè)計者不希望出現(xiàn)的電容，電路板上的布線之間表現(xiàn)得像電容器時會產(chǎn)生這種電容，也稱為雜散電容，其大小取決于布線圖案的位置關(guān)系和形狀、電路板材料等。通常情況下，它對低頻電路的工作沒有顯著影響，但可能會引起高頻電路誤動作。一般情況下，在電路圖等上面不繪制寄生電容，因此，在試制后的電路出現(xiàn)故障時，必須仔細(xì)檢查和分析其造成的影響。

^*5 寄生電感是指設(shè)計者不想要的電感，它是在電路板上的布線表現(xiàn)為電感（線圈）時產(chǎn)生的，也稱為雜散電感。與寄生電容類似，其大小取決于布線圖案的位置關(guān)系和形狀、電路板材料等，可能會引起高頻電路誤動作。

為了減少元件選擇的工作量，村田制作所開發(fā)了一種名為“Bias-T Inductor Selection Tool”（簡稱BIST）的工具，支持選擇要嵌入偏置T電路的電感器，并從2020年5月起在網(wǎng)站上免費發(fā)布^*6。通過最低限度的條件設(shè)置，從村田電感器和鐵氧體磁珠產(chǎn)品中找出并顯示最佳的元件組合。有了BIST，選擇元件所需的精力和時間大大減少，無需專業(yè)知識也能選擇合適的元件。

^*6 Bias-T Inductor Selection Tool可與本公司的設(shè)計支持工具SimSurfing一起使用。
下面的專訪內(nèi)容，從車載攝像頭設(shè)計人員的角度，介紹如何讓為復(fù)雜的偏置T電路選擇元件變得更簡單。（未完待續(xù)）muRata

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