同轴电缆供电之汽车应用设计指南

作者：Jerry Leung

汽车制造商使用更多的摄像头和传感器来实现汽车安全要求，与此同时，同轴电缆供电（PoC）为汽车设计师们提供了一个紧凑型解决方案来降低车身重量。然而，世上没有十全十美的东西，在通过同一电缆输送电力和前后通道信号时可能会出现问题。另外，用来为系统供电的车载蓄电池在冷启动运行时会产生低至3V的宽电压偏移，而在钳位负载突降或其他瞬态条件下电压可高达42V。为了确保诸如高级驾驶辅助系统（ADAS）等重要系统在任何汽车状况下都可以正常运行，一款设计良好的电源必不可少。

图1是一款ADAS系统的范例，它配备了广泛使用的平板显示器（FPD）链路III数字视频接口。解串器通过同轴电缆输电与控制信号，而串行器通过同一根电缆发回视频信号。系统有四个显著的电源模块：解串器电源、解串器侧提供的摄像头电源、串行器电源和摄像头图像传感器电源。

 

图1：百万像素摄像头系统模块框图

百万像素摄像头系统的最大挑战在于同轴电缆的潜在压降问题。为避免因压降产生的信号完整性问题，需在传输PoC前将解串器电压至少增至9V。一旦将电力输送至串行器侧，就必须将电压调回串行器和图像传感器所需工作电压。

我们把这些模块图分解开来看。从串行器侧开始，尺寸是一大主要考量因素（还有噪声和电源抑制比［PSRR］），我推荐使用LM53600-Q1降压稳压器，以及用于串行器电源和图像传感器电源的LP5912-Q1低压差线性稳压器（LDO）。LM53600-Q1具有3.55V - 36V的宽输入电压域、高达42V的瞬态电压、23µA静态电流（IQ）和3mm × 3mm封装尺寸。另外推荐您使用LP5912-Q1，其在1 kHz频率下的电源抑制比高达75dB、输出噪声为12µVRMS、静态电流为30µA、封装尺寸为2mm × 2mm。由于电源纹波和噪声会直接影响图像质量，因此高电源抑制比和低输出噪声对摄像头应用至关重要。两个装置的运行都只需很少的外部组件，由此实现了总体解决方案尺寸的小型化。

在解串器侧，解串器电源模块与串行器电源模块相似。我同样建议使用LM53600-Q1和LP5912-Q1来减少材料清单（BOM）成本。在这种情况下，不一定要从尺寸着手来节约成本，您可以使用其他解决方案。然而，这些解决方案可能会要求使用更多外部组件，这样便增加了整体设计成本。为避免使用额外的组件，您可以访问TI.com.cn查看其他可能适合您设计的解决方案。

最后，摄像头电源模块通过同轴电缆将电力从解串器输送至串行器。从这一模块发出的电力必须增压至9V并搭配信号路径。根据DS90UB91x数据表第8.5节的说明，差分输出电压|VOD| （DOUT+ 和 DOUT-）仅在269mV和412mV之间。这意味着该模块的输出必须足够清洁，才能避免信噪比（SNR）恶化。

幸运的是，PoC滤波器（用于确保串行器和解串器50Ω阻抗匹配）中包含了电感器，它能够帮助阻挡来自升压转换器的高频纹波。开关频率越高，衰减越大。针对本应用，我建议采用1.2MHz开关频率的TPS61093-Q1进行增压调节。如图2所示，PoC滤波器中安装了典型值约为100µH的电感器后，输出波纹衰减约-57dB，或相当于升压转换器发出的原波纹电压的0.2%。

 

图2：PoC电感器产生的波纹衰减

百万像素摄像头已成为汽车行业不可或缺的传感器之一。随着汽车使用越来越多以实现安全和舒适性能的传感器，使用设计精良的系统进行同轴电力传输能够节约成本和空间。

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审核编辑：金巧