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
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原文标题:ADI PoC 方案可解决车载摄像头的小型化和降噪问题
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