如何为汽车摄像头模块选择电源

随着汽车摄像头技术的发展，其分辨率、动态范围和帧率不断提高，电源架构也需要根据具体的应用需求进行定制。在本文中，我将回顾三种可以用于为汽车摄像头模块供电的策略：

1. 全分立式

2. 全集成式

3. 部分集成式

本文的重点是那些不包含任何数据处理功能的小型摄像头模块，它们输出原始视频数据到单独的电子控制单元（ECU）。这些模块通常用于环视系统、驾驶员监控系统和后视镜替代系统，并通过用于视频数据输出的同轴电缆接收预调节的供电电压。

摄像头模块需要多少功率？

设计摄像头模块的电源部分时，第一步是对每个电源轨进行简要的功率预算计算。这与通过同轴电缆供电（PoC）提供的电压一起，对于选择电源策略至关重要。摄像头传感器和外部电路所需的电流可能会因不同传感器以及任何额外的外部设备而有很大差异。通常，较低的成像器电源轨（如图1中的1.2V和1.8V）需要最多的电流，而最大的供电电压（成像器的2.9V）需要的电流最少。由于2.9V电源轨与成像器的模拟电源相关——最终影响图像质量——因此选择电源时需要仔细考虑，因为该电源轨需要一个干净且噪声最小的电源。此外，包含的FPD-Link设备以及任何形式的监控器或时序控制器也会从这个功率预算中取电。

图1

有人可能会建议为每个电源轨都使用低压降稳压器（LDO），考虑到其出色的噪声性能。然而，在设计时如果功率预算有限，这是不可行的。此外，增加电流会增加连接器和电缆的负担，并提高摄像头的自发热，这可能会进一步恶化性能。如表1中的示例计算所示，摄像头模块的电流需求通常由系统中包含的传感器和FPD-Link设备决定。在这个例子中，成像器的电源轨为1.2V、1.8V和2.9V。FPD-Link设备共享相同的1.8V电源轨。正常运行所需的电流用红色突出显示。

图2

在这个例子中，通过同轴电缆的PoC（Power over Coax）供电首先被降压至3.3V，然后为摄像头模块上的其余系统供电。2.9V的传感器模拟电源轨直接连接到一个LDO的输出，而其他电源轨则连接到一个降压（buck）转换器。1.8V电源轨同时为DS90UB953-Q1的供电和成像器的接口供电。由于DS90UB953-Q1序列器消耗的电流主要大于成像器接口供电的电流，因此提供给成像器的1.8V电流可以被视为微不足道。成像器的2.9V模拟电源轨需要63mA，DS90UB953-Q1序列器的1.8V电源轨需要225mA，而成像器的数字1.2V电源轨需要388mA。假设效率为100%以简化计算，根据上述数值，可以计算出3.3V电源需要327mA才能成功为1.2V、1.8V和2.9V电源轨供电。

由于已知输入和输出电压、输出电流需求以及总功耗，可以通过以下公式计算输入电流：(PoC电压) × (所需电流) = 3.3V × 327mA如果PoC电压为12V，则ECU（电子控制单元）需要提供90mA。在某些情况下，PoC电压是由ECU固定的，因此重要的是要了解所选择的PoC电缆和网络是否能够提供满足功率目标所需的电流。对于一个2W的摄像头模块需求，如果PoC电压固定为5V，则需要提供400mA；如果为12V，则需要提供166mA。对于较长的PoC电缆，应选择较高的PoC电压，以确保电缆上的IR压降最小。PoC电流会在电缆、铁氧体磁珠、电感器以及任何串联电阻上产生压降，从而减少电压裕度，影响摄像头模块调节器的性能。如果PoC电压值由设计者决定，电缆规格通常会规定网络能够提供的最大电流，这将决定网络的电压需求。

以下是三种汽车摄像头模块的电源架构，以及它们的优缺点对比（表2）：

表2

电源设计考虑因素

在设计汽车应用时，有一些因素会限制电源设计的选择。重要的系统级规格包括：

• 最小化整体解决方案尺寸：以满足汽车摄像头模块外壳的小型化需求。这些外壳的面积通常约为20毫米×20毫米，并且通常安装在M12圆柱形塑料外壳内。

• 避免干扰AM广播频段：所有开关电源的开关频率必须在AM广播频段（540 kHz到1700 kHz）之外，以防止对汽车收音机造成干扰。

• 避免使用低开关频率：因为低开关频率需要使用较大的电感器。相反，应选择：

• 高频开关电源（>2 MHz）。

• 符合**汽车电子委员会（AEC-Q100）**标准的器件。

• 需要额外保护的电子设备，例如可以设计为宽输入电压范围（Vin）的稳压器，以防止电池短路。

印制电路板（PCB）约束

图4中的成像器使用了移动产业处理器接口（MIPI）摄像头串行接口（CSI-2），图中标出了连接FPD-Link设备与成像器的受控阻抗走线。成像器的CSI-2走线通过过孔引出，并在中间层布线（突出显示）。过孔阵列对小型化设计有一定限制，因为它们限制了电源器件的放置区域。为了最小化耦合，尤其是在开关电源或信号走线周围，必须确保CSI-2走线：

• 适当间距：与其他走线保持足够的距离。

• 屏蔽：使用屏蔽措施以减少干扰。

• 避免重叠：确保在相邻层的其他走线之间没有重叠。

图4