车载摄像头PoC所需的电源IC类型和解决方案

随着车载摄像头的分辨率不断提高，小型化和降噪成为问题，简化布线的 PoC (Power over Coax) 技术被越来越多地采用。很多工程师在设计车载摄像头的 PoC 系统时都在思考如何选择最佳电源，或如何实现 PoC 以减小车载摄像头的尺寸、降低噪音并消除发热。本文将介绍车载摄像头 PoC 所需的电源 IC 类型、所需性能以及 ADI 有助于实现小型化、降噪和发热的解决方案。

车载摄像头发展趋势和相关技术挑战

近年来，车载摄像头的市场规模不断扩大，并且每辆车中安装的摄像头数量正在增加。车载摄像头用于多种应用，例如 ADAS (高级驾驶员辅助系统)、DMS (驾驶员监控系统)、废弃车辆检测和面部识别。在这种情况下，车载摄像头的趋势之一就是分辨率不断提高。迄今为止，车载摄像头的像素数约为 1 至 2MP，但为了获得更清晰的图像，预计未来 2 至 5MP 或更高像素将成为主流。

随着对图像质量的要求变得越来越高，大数据传输成为日益严峻的挑战。ADI 提供的 GMSL (千兆位多媒体串行链路) 作为通信接口，可以高速传输大量数据，并且可使用简单的电路传输高质量的视频。

车载摄像头的另一个趋势是小型化。为了能在汽车中安装更多的车载摄像头，每个摄像头的尺寸限制变得越来越严格。而且，摄像头越来越多地安装在不显眼位置，比如挡风玻璃两端的 A 柱，这样驾驶员就不会意识到自己正在被拍摄，这就要求车载摄像头实现进一步小型化，这正是基于 PoC 的供电系统所期待的。

什么是 PoC？

接下来为大家介绍 PoC (Power over Coax) 技术。传统的电力系统通过单独的电缆传输视频信号和电源，每安装一个额外的摄像头就需要两根额外的电缆，这使得缩小尺寸变得困难，增加了电缆成本，并且由于电缆的重量而降低了燃油效率。

另一方面，在 PoC 系统中，电源叠加在信号电缆上，视频信号和电源通过单根同轴电缆传输。由于无需安装单独的电源线，并且连接用的连接器也可以集成在一起，从而可以显著减少布线，进而可以减小尺寸，降低成本，并通过减轻重量来提高燃油效率。PoC 作为一种有助于车载摄像头小型化的技术而受到关注，其应用正在不断发展。下图 (图1) 为传统视频信号传输系统与 PoC 的比较：

图1 传统视频信号传输系统与 PoC 的比较

Power over coax

通过同轴 (Coax) 电缆传输电力

通过将电源叠加到信号电缆上的传输方法，无需单独的电源电缆

目标

GMSL、FPD Link、GVIF

下图 (图2) 为 PoC 框图，在 GMSL PoC 应用中，高速串行数据、UART/I2C 命令和直流电源都存在于同轴电缆上。同轴电源具有较高的 Vout，当考虑负载突降时，不能采用降压型 DC-DC 供电。

图2 PoC 框图

车载摄像头 PoC 所需电源 IC 的性能

车载摄像头 PoC 需要什么样的电源 IC ？车载摄像头通常由两块板组成：摄像头模块内装有摄像头，由摄像头控制单元 (ECU) 进行视频处理。摄像头模块捕获的图像通过同轴电缆传输至 ECU。同时电源从主电池输入到 ECU ，然后从 ECU 传输到摄像头模块。下图 (图3) 左侧为 ECU ，右侧为摄像头模块：

图3 使用 PoC 的车载摄像头电源系统示例

图中红框包围的部分是 PoC 所需的三类 IC：ECU 上放置了 PoC 电源和摄像头电源保护器。摄像头模块装有摄像头电源。以下按顺序介绍一下每个角色的作用和所需的性能。

PoC 用电源

该电源 IC 将从主电池接收到的电力转换为 PoC。通常，相机模块侧需要 5V 或更低的电压，但由于通过同轴电缆供电时存在压降，因此 PoC 电源会产生稍高的 8-12V 电压。这时需要注意冷启动现象，这种现象会导致在低温环境下启动发动机时电池电压明显下降。换句话说，PoC 电源不仅需要对主电池进行降压，还需要升压。因此我们使用可以降压和升压 PoC 电源电压的升降压转换器。

相机电源保护器

在 ADAS 和自动驾驶应用中，人的生命直接受到威胁，因此需要能够检测摄像头故障和断线的保护功能，以符合 ASIL B/C/D 等高安全标准。因此需要在 PoC 电源和同轴电缆之间安装相机电源保护器。

相机电源

放置一个 DC-DC 转换器作为相机的电源，以产生相机所需的电力。相机模块配备图像传感器和 GMSL 串行器，需要大约 4 条电源线。

ADI 的汽车 PoC 电源系列

现在我们来介绍一些具体的解决方案。ADI 拥有上述三种类型 IC 的多种产品系列，如下图 (图4) 所示。下面将分别介绍具有代表性的解决方案。

图4 ADI 的 PoC IC 系列

[PoC 用电源] 易于设计的升降压转换器 MAX25239/40

PoC 电源解决方案的一个例子是 MAX25239/40，一款具有升压和降压功能转换器。具有 2-42V 宽输入电压范围，耐压 36V 以上，符合汽车主电源要求，也可冷启动使用。典型的降压-升压转换器需要四个外部 FET，这往往会增加电路板面积并使设计复杂化。此外布线越长，辐射噪声就越大。MAX25239/40 内置所有 FET，可实现简单的布线设计并轻松实现小型化。它还具有高效率和出色的噪声性能，可以实现不发热的低噪声车载 PoC 。下图 (图5) 为 MAX25239/40 的典型特征：

图5 MAX25239/40 典型特征

[相机电源保护器] 兼容 ASIL B/C/D MAX20086-89

相机电源保护器的典型例子是 MAX20086-89，它支持 ASIL B/C/D，具有过压/低压诊断、短路诊断等多种诊断功能，并可通过 I2C 接口进行状态监控。只需安装 MAX20086 至 MAX20089，即可轻松实现保护功能，非常适合需要可靠性的汽车应用，例如 ADAS。下图 (图6) 为 MAX20086-89 的典型特征：

图6 MAX20086-89 典型特征

[相机电源] MAX20019/20 可实现最大程度的小型化

相机电源解决方案的一个例子是 2 通道输出、17V 降压转换器 MAX20019/20，兼容相机电源所需的 16-17V 耐压。该器件尺寸极小，仅为 2mm × 3mm，可实现紧凑的电路设计。由于可以从多种选项中选择固定输出电压，因此可以减少用于电压调整的外部元件，并最大限度地追求小型化。它还具有扩频功能，可以降低噪音。下图 (图7) 为 MAX20019/20 的典型特征：

图7 MAX20019/20 典型特征

对于需要大幅小型化的相机模块来说，这是最佳的电源解决方案。下图 (图8) 是使用两个 MAX20019 提供 4 条电源的配置示例。虽然这可以通过 4 通道解决方案来实现，但使用两个 2 通道解决方案可提供更大的灵活性并简化组件布局。

图8 使用 MAX20019 的电源配置示例

应用实例

ADAS (高级驾驶辅助系统)

车载摄像头模块