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增強車用相機模組 TI提出三大電源供應器策略
 

【CTIMES/SmartAuto 編輯部 報導】   2020年11月10日 星期二

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隨著車用相機技術在解析度、動態視野、幀率(frame rates)方面不斷進步,電源供應架構更需貼近特定使用情境的需求。德州儀器系統工程師Matt Sauceda指出,要選用最適於車用相機模組的電源供應器,就要從三個增強車用相機模組的策略:「全離散式(Fully discrete)」、「全整合式(Fully integrated)」和「部分整合式(Partially integrated)」來進一步探討:

德州儀器系統工程師Matt Sauceda表示,設計相機模組電源的第一步,要先概算每組電源所需的功率預算。
德州儀器系統工程師Matt Sauceda表示,設計相機模組電源的第一步,要先概算每組電源所需的功率預算。

策略一:全離散式

該解決方案中的每個電源供應均由獨立的IC產生,彈性最佳;且因為其電路繪製彈性,使得設計更為緊湊,占用更小空間。

然而,個別選用IC元件非常耗時。此外,該架構不利於未來設計的擴充性;加上,由於輸出值固定,該架構無法作為模組化設計微調後套用至另一個成像器。

策略二:全整合式

該方案由專用的電源管理IC(PMIC)產生所有軌道電壓供給成像器以及外部電路。PMIC一般都可以程式編輯,便於未來擴充,進一步縮短整體專案時程,並可輕易沿用至未來相機模組解決方案。

然而,其電路繪製彈性差,因為所有針腳輸出位置固定。此外,為了避免成像器傳輸訊號交互干擾,可能需要占用更大體積。

策略三:部分整合式

該方案由單通道與多通道電源供應器組成,可簡化設計並兼取兩者之長。透過部分離散的做法,進一步提升了電路圖繪製的彈性,簡化電路並便於擴充,還可簡化物料清單,提供比全整合式PMIC還大的電路繪製彈性。

但是其設計週期長,比PMIC電源架構較缺乏可擴充性,大多數IC都具備同樣體積不同輸出電壓變化版本。

功率預算為設計電源模組的第一步

設計相機模組電源的第一步,就是概算每組電源所需的功率預算,而該資訊連同同軸電纜供電(power-over-coax;PoC)上的電壓,皆在選擇電源策略時至關重要。

Matt Sauceda指出,由於感測器的不同以及外部連接裝置,攝影感測器與其外部電路所需的電流變化幅度甚大。一般而言,較低電壓的成像器電源(如1.2V和1.8V)需要最大的電流,而最高供應電壓(成像器的2.9V)需要最小電流。然而,因為2.9V電源會影響成像器的類比電流供應,進而影響影像品質表現,所以選擇電源供應需十分謹慎,須保持乾淨不能有雜訊。其內的FPD- Link裝置、連同其上下層裝置,都會從這一個功率預算支取電流。

他進一步舉例,如果每一組電源的雜訊抑制表現很好,就可以使用低壓差線性穩壓器(LDO),但當功率預算有限時,這就不太可行。此外,增加電流會對接頭和導線造成負擔,還會增加相機發熱的機率,導致效能變差。

在某些情況下,PoC電壓是透過ECU固定的,因此必須了解所選擇的PoC電纜和網路是否為功率目標提供所需的電流。就2W相機模組而言,固定的5V電源可提供400mA的電流,而12V電源可提供166mA的電流。

Matt Sauceda表示,對於較大的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電流會在電纜、鐵氧體磁珠(ferrite beads)、電感器和任何串聯電阻上產生壓降,並將減少影響攝像機模組調節器性能的電壓餘量。在PoC電壓值由設計人員決定的情況下,電纜規格通常規定了網路可以提供的電流量,這將驅動網路的電壓要求。

針對小型相機模組,Matt Sauceday補充,由於這些模組不包含資料處理功能,而是直接把原始影像資料傳送給另一個電子控制單位,因此時常用於環景顯示、駕駛監控、替代後視鏡系統,且使用來自影像資料輸出同軸電纜(coaxial cable)上的前級電源電壓。

車用相機模組的三種架構

1.供電考量

設計車用應用時,有些考量會限制電源供應的選擇,Matt Sauceda點出四大系統層級規格:

.縮小整體設計體積,以配合車用相機模組的小型封裝,該截面積約落在20mm x 20mm,並可容納至M12筒狀塑膠封裝(M12 barrel plastic enclosure)

.避免AM頻道干擾,所有的切換電源供應都要避開AM的540-1700kHz頻道

.避免較低的開關頻率,就不需使用大電感,而應選擇高頻開關器(>2MHz),或是符合汽車電子協會Q100等級的裝置

.需要額外保護的電子元件(如short-to-battery)可用寬Vin穩壓器設計

2.印刷電路板限制

以採用行動產業處理器介面(MIPI)的相機序列介面(CSI-2)成像器為例,導孔透過受控阻抗路徑將FPD-Link裝置與成像器連接起來。成像器的CSI-2網路透過導孔引出並連接到中間層。

此導孔陣列對小型電路板加諸許多限制,因為它限制了電源裝置可配置的區域。Matt Sauceda指出,為了將耦合最小化,特別是在開關電源或訊號網路周圍,應避免CSI-2網路與電源過度鄰近或相鄰並適當地屏蔽,因為開關雜訊可能會耦合到CSI網路上。

3.選擇電源架構

電源架構將根據設計需求而有所不同,德州儀器提供三大參考設計,助設計人員了解更詳細的規格,進而簡化設計。

.全離散式:車用200萬畫素相機模組使用MIPI CSI-2影像介面、FPD-Link III、POC之參考設計

.全整合式:車用200萬畫素相機模組使用MIPI CSI-2介面、PMIC、FPD-Link III、POC之參考設計

.部分整合式,第一部分:車用200萬畫素相機模組使用MIPI CSI-2影像介面、FPD-Link III、POC之參考設計;以及第二部分:車用260萬畫素相機模組使用POL PMIC、FPD-Link III、監控器、POC之參考設計

關鍵字: 電源供應器  車用相機  TI(德州儀器, 德儀
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