汽車攝像頭模塊的三種電源架構分析

隨著汽車攝像頭技術的發展，其分辨率、動態范圍和幀速率越來越高，電源架構需要根據具體的用例需求進行調整。在本文中，我將回顧三種可用于為汽車攝像頭模塊供電的策略：

全離散

全集成

部分集成

本文重點介紹小外形攝像頭模塊，該模塊不包含任何數據處理、可將原始視頻數據輸出到獨立的電子控制單元。這些模塊通常位于環視、駕駛員監控和后視鏡更換系統中，通過用于視頻數據輸出的相同的同軸電纜接收預先調節的電源電壓。

攝像頭模塊所需的功率是多少？

設計攝像頭模塊功率部分的第一步是對每根軌道的功率預算進行簡單計算。這一點連同通過PoC提供的電壓，在選擇電源策略時非常重要。

攝像頭傳感器和外部電路所需的電流消耗，在不同的傳感器和任何額外的外部設備上可能差別很大。通常，較低的成像器導軌（圖1中為1.2 V和1.8 V）需要的電流最大，而最大的電源電壓（成像儀為2.9 V）所需電流最小。由于2.9 V導軌與成像器的模擬電源有關，而最終，它的性能與圖像質量有關。因此，在選擇電源時需要仔細考慮，因為該導軌需要無干擾、噪音最小的電源。隨附的FPD-Link設備連同任何形式的監控器或定序器，也將從這個功率預算中提取。

考慮到其出色的噪聲性能，有人可能建議對每個電源使用低壓差調節器（LDO）。然而，在功率預算有限的情況下進行設計時，這是不可行的。此外，電流的增大會使連接器和電纜承受壓力，并增加攝像頭的自熱，這可能會降低性能。

如表1中的示例計算所示，攝像頭模塊的當前要求通常由系統中包含的傳感器和FPD-Link設備決定。在本示例中，成像器導軌為1.2 V、1.8 V和2.9 V。FPD-Link設備共享相同的1.8 V導軌。正常工作所需的電流用紅色突出顯示。

在本例中，同軸電纜上的PoC電源首先降到3.3 V，然后為攝像頭模塊上系統的其余部分供電。2.9 V傳感器模擬導軌直接連接到LDO輸出，而其他電源連接到降壓（buck）轉換器。1.8 V導軌同時為DS90UB953-Q1和成像器的接口電源供電。由于DS90UB953-Q1串行器消耗的電流明顯大于成像器接口電源，因此提供給成像器的1.8 V電流可以忽略不計。成像器2.9 V模擬導軌需要63 mA，DS90UB953-Q1串行器1.8 V導軌需要225 mA，成像器數字1.2V導軌需要388 mA。為了簡化前面數值的計算，我們假設效率為100%，計算出3.3 V電源需要327 mA才能成功為1.2 V、1.8 V和2.9 V導軌供電。

因為輸入和輸出電壓、輸出電流要求和總瓦數消耗都是已知的，所以輸入電流可以用以下公式計算：

(PoC電流)x(所需電流) = 3.3V x 327 mA

對于12 V的PoC電壓，ECU將提供90 mA的電流。

在某些情況下，PoC電壓是通過ECU固定的，因此必須了解所選擇的PoC電纜和網絡是否足以為功率目標提供所需的電流。對于2W攝像頭模塊的要求，固定的5 V電源可提供400 mA的電流，而12 V電源可提供166 mA的電流。

對于較大的PoC電纜長度，應選擇較大的PoC電壓，以確保電纜上的IR壓降最低。PoC電流會在布線、鐵氧體磁珠、電感器和任何串聯電阻上產生壓降，并會減少影響攝像頭模塊穩壓器的性能的電壓凈空。在PoC電壓值由設計者決定的情況下，電纜規格通常規定了網絡可以提供的電流量，這將驅動網絡的電壓要求。

汽車攝像頭模塊的三種電源架構

表2比較了三種不同電源架構的優缺點。

電源注意事項

在設計汽車應用時，有一些考慮因素會限制您的電源設計選擇。重要的系統級規范包括：

最大限度地減小解決方案的總尺寸，以滿足汽車攝像頭模塊外殼的小尺寸要求。此類外殼的面積通常約為20 mm×20 mm，通常安裝在M12桶塑料外殼內。

避免對AM無線電頻段的干擾。所有的開關電源都需要在540 kHz至1700 kHz的AM無線電頻段之外。

避免較低的開關頻率，因為它們需要較大的電感器。相反，選擇：

高頻率切換器（>2 MHz）。

獲得汽車電子委員會Q100認證的設備。

需要額外保護的電子器件（如short-to-battery）可以用寬Vin穩壓器設計。

印刷電路板限制

圖2中的成像器使用的是移動行業處理器接口(MIPI)攝像頭串行接口(CSI-2)，突出顯示網絡以顯示連接FPD-Link設備到成像器的阻抗控制走線。成像器的CSI-2網絡通過通孔引出并路由到中間層（突出顯示）。

通孔陣列對較小的外形尺寸帶來了一些限制，因為它們限制了功率器件的放置區域。為了最大限度地減少耦合，特別是在開關模式電源或信號網周圍，CSI-2網必須適當隔開和屏蔽，并且與相鄰層的其他網沒有重疊。

選擇您的電源架構

正確的電源架構將根據您的設計需求而有所不同。這些參考設計將幫助你看到更詳細的規格，并在您準備開始時，讓您的設計更加簡單。

全離散：采用MIPI CSI-2視頻接口、FPD-Link III和POC的汽車2-MP攝像頭模塊參考設計。

全集成：采用MIPI CSI-2接口、PMIC、FPD-Link III和POC的汽車2-MP攝像頭模塊參考設計。

部分集成，第1部分：采用MIPI CSI-2視頻接口、FPD-Link III和POC的汽車2-MP攝像頭模塊參考設計，以及第二部分：采用POL PMIC、FPD-Link III、監控器和POC的汽車2.6-MP攝像頭模塊參考設計。
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