汽车同轴供电安全摄像头电源管理IC——NCV92310深度解析

在汽车电子领域，摄像头系统对于实现高级驾驶辅助系统（ADAS）至关重要。而电源管理IC作为摄像头系统的核心组件，其性能直接影响着摄像头的稳定性和可靠性。今天，我们就来深入了解一下安森美（onsemi）推出的NCV92310汽车同轴供电（POC）电源管理IC。

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一、产品概述

NCV92310是安森美图像传感器电源管理IC（PMIC）家族的一员，专为汽车同轴供电应用子系统（如后视、前视和环视摄像头）优化设计。它集成了一个同轴供电DC - DC转换器、两个高效（1A和500mA）降压DC - DC转换器（带有动态电压缩放DVS功能）以及一个低压差（LDO）稳压器，采用3.5x3.5mm QFNW20封装，具有高度集成和紧凑的特点。

二、产品特性

1. 强大的电源转换能力

• 同轴供电DC - DC转换器：工作频率为2.15MHz，电感为2.2μH/10μF，最大输出电流1.2A，输出电压可在2.8V至5.0V之间以100mV的步长进行编程。
• 1A低压DC - DC转换器：同样工作在2.15MHz，电感为1μH/10μF，输出电压可在0.6V至2.175V之间以25mV的步长编程。
• 500mA低压DC - DC转换器：参数与1A转换器类似，输出电压范围和编程步长相同。
• 低压差稳压器：电容为2.2μF，最大输出电流300mA，输出电压可在2.6V至3.3V之间以100mV的步长编程，在Vout = 2.8V、10Hz至100kHz的条件下，典型输出噪声低至50Vrms。

2. 灵活的控制功能

• I²C兼容接口：支持400kHz / 1MHz的I²C通信，通过I²C可实现对IC的广泛编程，包括输出电压设置、使能控制等。
• 控制引脚：具备/RST和中断输出引脚，可用于系统的复位和状态指示。
• 可定制的上电/下电序列：通过软启动功能，可避免上电时的浪涌电流，确保系统平稳启动。

3. 宽输入电压范围

输入电压范围为4.6V至18V，能够适应多种不同的电源环境，提高了产品的通用性和可靠性。

三、电气特性

1. 电源电流

在Vin = 9V、默认配置且无负载的情况下，工作静态电流IQ为13mA，功耗较低。

2. 内部电压参考

内部核心电源电压参考VCORE为4.37V至4.9V，典型值为4.8V，为芯片的稳定运行提供了可靠的电压基准。

3. DC - DC转换器性能

• 输出电压精度：各DC - DC转换器的输出电压精度在一定范围内，如DCDC2在NCV92310AA、NCV92310AB型号中，输出电压精度为±1.188%至±1.212%。
• 负载和线性调节：负载调节和线性调节性能良好，能够在不同负载和输入电压变化的情况下，保持稳定的输出电压。

4. 低压差稳压器性能

• 输出电压精度：在VIN = 3.3V、VOUT = 2.8V且无负载的情况下，输出电压精度为±1.0%。
• 负载调节和纹波抑制：负载调节率为0.04%，在不同频率下具有较好的纹波抑制能力，如在1kHz时纹波抑制比PSRR_1k可达一定数值。

四、工作模式与功能

1. DC - DC转换器PWM模式

所有内部DC - DC转换器均工作在PWM模式，通过固定时钟和自适应占空比来调节输出电压。在这种模式下，电感电流处于连续导通模式（CCM），同步整流器的使用降低了电压降，提高了效率。

2. 开关时钟和扩频功能

三个DC - DC转换器的开关时钟均为2.15MHz，为避免过大的浪涌电流，各转换器之间设置了相移（DCDC1: 0°，DCDC2: 120°，DCDC3: 240°）。同时，集成了随机扩频功能（16个频率），可通过OTP和I²C进行编程，有助于满足系统的EMI要求。

3. 低压差稳压器

内部LDO是一个低噪声、高PSRR和高带宽的稳压器，适用于为图像传感器的模拟像素输入供电。在启动阶段，LDO会限制输出电流，以避免短路保护触发。

4. 软启动时间设置

软启动时间可通过I²C和内部可编程内存进行设置，可有效限制上电序列中的浪涌电流。

5. 调节器稳定性

• DC - DC调节器：采用电压模式架构，稳定性取决于输出LC滤波器。默认电感值下，输出电容范围在10μF至100μF之间可保证稳定运行。
• 低压差稳压器：带宽经过优化，可提高负载瞬态响应。在需要更低纹波的情况下，可使用高达100μF的输出电容，内部稳定性可通过OTP进行设置。

五、状态机与电源序列

1. 状态机

NCV92310的整体操作由状态机控制，状态机处理IC的初始化、内置自测试、故障状态和不同的操作模式。状态机包含多个状态，如无电源、初始化、激活等，状态之间根据特定条件进行转换。

2. 上电序列

所有电源轨都可以分配给上电序列器，序列可以在PVIN1上电时自动启动，也可以通过I²C启动。上电序列包括初始化、序列槽和序列完成等待期三个部分，确保各电源轨按顺序平稳上电。

3. 下电序列

下电序列同样可以通过I²C启动，序列包括初始延迟和序列槽两个部分，确保各电源轨按顺序平稳下电。

六、中断与功能安全

1. 中断功能

通过中断引脚INTB向系统报告重要事件，可配置为双边缘中断或单边缘中断。每个中断事件都有相关的感测位、中断标志位和屏蔽位，可通过I²C进行配置和管理。

2. 功能安全机制

• 电压监测：集成四个窗口电压监测器，用于检测各电源轨的过压和欠压情况。监测精度由多个因素决定，包括DC精度、负载和线性调节等。
• 短路保护：具备VCORE短路保护、DCDC和LDO的短路保护等功能，一旦检测到短路，IC会进入相应的保护状态。
• 时钟错误保护：监测2MHz系统时钟的可用性和偏移，一旦出现故障，IC将被锁定在复位状态。
• 自测试：包括ECC（错误纠正码）和窗口电压监测自测试，确保IC的正常运行。

七、I²C接口与寄存器映射

1. I²C通信

支持I²C协议的子集，包括读写操作。为确保通信的可靠性，采用了8位CRC（循环冗余校验）机制，可根据OTP设置和I²C编程启用或禁用。

2. 寄存器映射

NCV92310提供了丰富的寄存器，用于配置和监控IC的各种功能，如输出电压设置、中断状态、电源序列配置等。

八、应用信息与PCB布局

1. 输出滤波器设计

输出滤波器会在系统中引入双极点，其频率由电感L和电容C决定。内部补偿网络针对典型输出滤波器进行了优化。

2. 电感和电容选择

• 电感选择：电感值根据给定的峰 - 峰纹波电流和最大输出电流确定，同时要考虑饱和电流和温度上升等因素。
• 输出电容选择：输出电容的选择取决于输出电压纹波和负载瞬态响应要求，可根据相关公式计算最小输出电容值。
• 输入电容选择：输入电容的选择要考虑输入电压纹波要求、吸收输入电流能力和过压保护等因素，推荐使用陶瓷电容。

3. PCB布局

良好的PCB布局对于确保IC的正常运行、提高效率和降低噪声至关重要。布局时应遵循使用宽而短的功率路径、减小输入环路面积、分离局部接地平面等原则。

九、总结

NCV92310作为一款专为汽车同轴供电摄像头系统设计的电源管理IC，具有高度集成、性能优越、功能丰富等特点。其强大的电源转换能力、灵活的控制功能、完善的保护机制以及对I²C通信的支持，使其成为汽车摄像头电源管理的理想选择。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择电感和电容，优化PCB布局，以充分发挥NCV92310的性能优势。你在使用类似电源管理IC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。