同軸電纜供電：汽車應(yīng)用設(shè)計指南

汽車制造商使用更多的攝像頭和傳感器來實現(xiàn)汽車安全要求，與此同時，同軸電纜供電(PoC)為汽車設(shè)計師們提供了一個緊湊型解決方案來降低車身重量。然而，世上沒有十全十美的東西，在通過同一電纜輸送電力和前后通道信號時可能會出現(xiàn)問題。另外，用來為系統(tǒng)供電的車載蓄電池在冷啟動運行時會產(chǎn)生低至3V的寬電壓偏移，而在鉗位負載突降或其他瞬態(tài)條件下電壓可高達42V。為了確保諸如高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)等重要系統(tǒng)在任何汽車狀況下都可以正常運行，一款設(shè)計良好的電源必不可少。

圖1是一款ADAS系統(tǒng)的范例，它配備了廣泛使用的平板顯示器(FPD)鏈路III數(shù)字視頻接口。解串器通過同軸電纜輸電與控制信號，而串行器通過同一根電纜發(fā)回視頻信號。系統(tǒng)有四個顯著的電源模塊：解串器電源、解串器側(cè)提供的攝像頭電源、串行器電源和攝像頭圖像傳感器電源。

圖1：百萬像素攝像頭系統(tǒng)模塊框圖

百萬像素攝像頭系統(tǒng)的最大挑戰(zhàn)在于同軸電纜的潛在壓降問題。為避免因壓降產(chǎn)生的信號完整性問題，需在傳輸PoC前將解串器電壓至少增至9V。一旦將電力輸送至串行器側(cè)，就必須將電壓調(diào)回串行器和圖像傳感器所需工作電壓。

我們把這些模塊圖分解開來看。從串行器側(cè)開始，尺寸是一大主要考量因素(還有噪聲和電源抑制比[PSRR])，我推薦使用LM53600-Q1降壓穩(wěn)壓器，以及用于串行器電源和圖像傳感器電源的LP5912-Q1低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)。LM53600-Q1具有3.55V - 36V的寬輸入電壓域、高達42V的瞬態(tài)電壓、23µA靜態(tài)電流(IQ)和3mm × 3mm封裝尺寸。另外推薦您使用LP5912-Q1，其在1 kHz頻率下的電源抑制比高達75dB、輸出噪聲為12µVRMS、靜態(tài)電流為30µA、封裝尺寸為2mm × 2mm。由于電源紋波和噪聲會直接影響圖像質(zhì)量，因此高電源抑制比和低輸出噪聲對攝像頭應(yīng)用至關(guān)重要。兩個裝置的運行都只需很少的外部組件，由此實現(xiàn)了總體解決方案尺寸的小型化。

在解串器側(cè)，解串器電源模塊與串行器電源模塊相似。我同樣建議使用LM53600-Q1和LP5912-Q1來減少材料清單(BOM)成本。在這種情況下，不一定要從尺寸著手來節(jié)約成本，您可以使用其他解決方案。然而，這些解決方案可能會要求使用更多外部組件，這樣便增加了整體設(shè)計成本。為避免使用額外的組件，您可以訪問TI.com.cn查看其他可能適合您設(shè)計的解決方案。

最后，攝像頭電源模塊通過同軸電纜將電力從解串器輸送至串行器。從這一模塊發(fā)出的電力必須增壓至9V并搭配信號路徑。根據(jù)DS90UB91x數(shù)據(jù)表第8.5節(jié)的說明，差分輸出電壓|VOD| (DOUT+ 和 DOUT-)僅在269mV和412mV之間。這意味著該模塊的輸出必須足夠清潔，才能避免信噪比(SNR)惡化。幸運的是，PoC濾波器(用于確保串行器和解串器50Ω阻抗匹配)中包含了電感器，它能夠幫助阻擋來自升壓轉(zhuǎn)換器的高頻紋波。開關(guān)頻率越高，衰減越大。針對本應(yīng)用，我建議采用1.2MHz開關(guān)頻率的TPS61093-Q1進行增壓調(diào)節(jié)。如圖2所示，PoC濾波器中安裝了典型值約為100µH的電感器后，輸出波紋衰減約-57dB，或相當于升壓轉(zhuǎn)換器發(fā)出的原波紋電壓的0.2%。

V(波紋)

圖2：PoC電感器產(chǎn)生的波紋衰減

百萬像素攝像頭已成為汽車行業(yè)不可或缺的傳感器之一。隨著汽車使用越來越多以實現(xiàn)安全和舒適性能的傳感器，使用設(shè)計精良的系統(tǒng)進行同軸電力傳輸能夠節(jié)約成本和空間。