汽車(chē)后置攝像頭和ADAS多輸出參考設(shè)計(jì)

你很有可能在啟動(dòng)汽車(chē)時(shí)有著類(lèi)似的經(jīng)歷，那就是只聽(tīng)到咔噠聲，而不是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的聲音。這是由電池沒(méi)電造成的，雖然電池沒(méi)電的原因會(huì)有很多，不過(guò)在大多數(shù)情況下，都是人為錯(cuò)誤造成的（是不是車(chē)內(nèi)照明燈一宿沒(méi)關(guān)？）人為錯(cuò)誤還會(huì)在用搭線(xiàn)的方式啟動(dòng)汽車(chē)時(shí)發(fā)生。

圖1-搭線(xiàn)電纜正確連接時(shí)的電池。

汽車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)兩種可能由搭線(xiàn)著車(chē)時(shí)所犯錯(cuò)誤而導(dǎo)致的情況：電池反接，雙電池情況。當(dāng)把跨接電纜的紅色一端接至電池接地，而把黑色一端接到電池正極時(shí)會(huì)出現(xiàn)電池反接，此時(shí)的情況與圖1中的接法正好相反。在這樣的情況下，一個(gè)二極管將保護(hù)系統(tǒng)，但是，與此同時(shí)，一個(gè)二極管會(huì)在正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生系統(tǒng)損耗。根據(jù)系統(tǒng)功率額定值的不同，正向壓降可以是0.5V至1.0V之間的任一值。這樣，產(chǎn)生了大量的熱，并且會(huì)降低總體系統(tǒng)效率。

卡車(chē)和公交車(chē)有兩個(gè)串聯(lián)在一起的電池，而汽車(chē)只有單個(gè)電池。可能附近可以給你的車(chē)搭線(xiàn)的車(chē)輛只有卡車(chē)。這就會(huì)產(chǎn)生了一個(gè)雙電池情況，施加到整個(gè)系統(tǒng)中的電壓現(xiàn)在加倍。這對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生了很大的壓力。

拋負(fù)載是工程師在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)必須使系統(tǒng)能夠耐受和克服的另外一個(gè)情況。由于它與系統(tǒng)本身的問(wèn)題相關(guān)，所以這個(gè)情況不是由電池反接等人為錯(cuò)誤造成的。

圖2-拋負(fù)載情況圖。

拋負(fù)載（如圖2中所見(jiàn)）在交流發(fā)電機(jī)或電池由于腐蝕或甚至更糟糕的安裝而從系統(tǒng)斷開(kāi)時(shí)發(fā)生。這個(gè)斷開(kāi)產(chǎn)生了會(huì)擊穿整個(gè)系統(tǒng)的大電壓尖峰。交流發(fā)電機(jī)在汽車(chē)電力系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用，沒(méi)有它的話(huà)，你的電池就會(huì)沒(méi)電。

所有這些討論過(guò)的情況形成對(duì)汽車(chē)前端設(shè)計(jì)中，如何保護(hù)控制元件、傳感器和娛樂(lè)系統(tǒng)不受有害浪涌、電壓瞬態(tài)、靜電放電 (ESD) 和出現(xiàn)在電力線(xiàn)路上的噪聲影響的主要挑戰(zhàn)。瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 是一個(gè)針對(duì)汽車(chē)電子保護(hù)的低成本解決方案，并且具有幾個(gè)針對(duì)這些汽車(chē)應(yīng)用的重要參數(shù)，其中包括功率額定值、切斷電壓、擊穿電壓和最大擊穿電壓。由于TVS不能抑制全部問(wèn)題的發(fā)生，你還必須確保你所使用下游DC/DC轉(zhuǎn)換器具有更高的VIN，這樣的話(huà)，系統(tǒng)就不會(huì)出現(xiàn)尖峰問(wèn)題。

在前端電源中，當(dāng)系統(tǒng)將電池電壓轉(zhuǎn)換為處理器所需的電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器對(duì)于系統(tǒng)的總體功率密度和效率至關(guān)重要。使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的問(wèn)題在于，它在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生噪聲。開(kāi)關(guān)需要快速改變電氣條件；其中包括進(jìn)入開(kāi)關(guān)的電流；開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓變化；以及輸出電壓紋波，還有與外部組件選型相關(guān)的其它因素。當(dāng)控制以很多方向循環(huán)的大量電能時(shí)，由于物理學(xué)原理，這些因素中的某些因素不能被改變。所有這些情況都會(huì)對(duì)電磁兼容性產(chǎn)生影響，簡(jiǎn)稱(chēng)為EMC。

汽車(chē)EMC的主要標(biāo)準(zhǔn)被稱(chēng)為CISPR 25，其中包括數(shù)個(gè)等級(jí)，等級(jí)的劃分根據(jù)中斷設(shè)備要求的嚴(yán)格程度，以及需要多低的EMC。你經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到由收音機(jī)AM波段上的EMC所產(chǎn)生的噪聲。這種噪聲很煩人，所以需要用濾波來(lái)抑制這種噪聲。汽車(chē)專(zhuān)用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器被設(shè)計(jì)成通過(guò)架構(gòu)（電流模式是汽車(chē)應(yīng)用中最常見(jiàn)的架構(gòu)）、組件位置（盡可能靠近開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，數(shù)量盡可能少），以及器件引腳分配的組合來(lái)盡可能地降低電磁噪聲。你永遠(yuǎn)不可能消除這種噪聲，不過(guò)可以減少它們。

在TI，我們開(kāi)發(fā)出了一款參考設(shè)計(jì)；這款設(shè)計(jì)使得前端汽車(chē)電源設(shè)計(jì)人員能夠符合所有這些汽車(chē)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，并且解決這篇博文中討論的問(wèn)題。

圖3—TI針對(duì)汽車(chē)后置攝像頭和先進(jìn)駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 的CISPR 25 5類(lèi)多輸出參考設(shè)計(jì)。

圖3中顯示的這款TI Designs參考設(shè)計(jì)是一款符合CISPR 25 5類(lèi)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)的電磁干擾 (EMI) 經(jīng)優(yōu)化的多輸出設(shè)計(jì)。9W設(shè)計(jì)非常適合于那些支持冷啟動(dòng)條件的寬范圍VIN汽車(chē)先進(jìn)駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 應(yīng)用。此參考設(shè)計(jì)特有LM53603-Q1 DC/DC穩(wěn)壓器（用作降壓）、LM26420 DC/DC穩(wěn)壓器（用作雙降壓）和TPS60150開(kāi)關(guān)電容器電壓轉(zhuǎn)換器（用作針對(duì)5V輸出的充電泵）。此設(shè)計(jì)接受4.5VIN至20VIN范圍內(nèi)的輸入電壓，并且在電流為1.0A、1.0A、1.0A和100mA時(shí)分別提供3.3V、2.5V、1.8V和5V電壓。它體積小、價(jià)格不高、高效，并且可針對(duì)ADAS和其它汽車(chē)相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行定制。四層印數(shù)電路板 (PCB) 的尺寸為65mm x 100mm。

針對(duì)汽車(chē)后置攝像頭和先進(jìn)駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 的CISPR 25 5類(lèi)多輸出參考設(shè)計(jì)確保符合所有相關(guān)EMC、瞬變電壓，甚至是汽車(chē)電源設(shè)計(jì)工程師所面臨的尺寸限制。此設(shè)計(jì)還防止了之前討論到的故障條件，諸如雙電池和電池反接，這些故障通常情況下與開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器無(wú)關(guān)，而是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一部分。