麒麟電子
標題: DC-DC芯片在車載以太網(wǎng)攝像頭中的設計應用 [打印本頁]
作者: 拍明芯城 時間: 2018-6-27 17:29
標題: DC-DC芯片在車載以太網(wǎng)攝像頭中的設計應用
隨著汽車電子的不斷進步，車載以太網(wǎng)也進入了一個快速發(fā)展的階段，其中車載以太網(wǎng)攝像頭的開發(fā)和應用尤為迅速。實際上攝像頭在車上是屬于ADAS系統(tǒng)的部件，而ADAS系統(tǒng)本身涉及到車輛自身、駕乘人員其他車輛、人、物的安全，因而對ADAS系統(tǒng)的可靠性、耐用性要求極高。
值得注意的是，ADAS系統(tǒng)供電部分的設計對系統(tǒng)可靠性的影響非常大。因此在進行電源電路設計時，需要選擇高可靠性的器件、增加相應的保護措施、預留足夠的設計余量、顧及到電源系統(tǒng)的散熱性能，對整個系統(tǒng)設計意義重大。
筆者在開發(fā)一款車載以太網(wǎng)攝像頭的設計中，選擇了RICOH的DC-DC芯片R1245S003E作為12V轉(zhuǎn)3.3V的電源方案。車載以太網(wǎng)攝像頭內(nèi)部架構和電源電壓需求，如下圖：
整個方案需要3.3V、2.8V和1.8V三種電源，其中3.3V由12V DC-DC轉(zhuǎn)換，2.8V和1.8V由LDO從3.3V轉(zhuǎn)換。下面和大家一起分享下選擇DC/DC轉(zhuǎn)換器R1245S003E的理由和設計注意事項。
一、器件選型
首先，介紹下車載以太網(wǎng)攝像頭產(chǎn)品對DC-DC電源的要求：
1)滿足AEC-Q100認證要求
2)需要承受大于25V的輸入電壓
3)需要輸出短路保護功能
4)需要過熱關斷保護功能
5)需要較小的靜態(tài)電流消耗
6)較高的開關頻率保證效率和合適的封裝尺寸
7)輸出能力預留20%的實際電流需求余量
下面看Ricoh R1245S003E是否滿足DC-DC的設計要求，如下R1245x系列的主要特性。
• 最大輸入電壓范圍：4.5V至30V(32V)(注釋：滿足車載攝像頭電壓輸入要求)
• 工作溫度范圍：-40°C至105°C(注釋：滿足車載攝像頭工作溫度要求)
• 內(nèi)部集成N-MOSFET： Ron=0.35歐姆(Typ.)
• 使用外部電阻，實現(xiàn)可調(diào)的輸出電壓：0.8V or more
• 反饋電壓和誤差：0.8V±1.0%
• 輸出電流限制： 2.0A(Typ.)(注釋：滿足車載攝像頭系統(tǒng)3.3V 600mA電流要求)
• 低電壓鎖定： 4.0V(Typ.)
• 工作頻率：
~330kHz (A/B version)
~500kHz (C/D version)
~1000kHz(E/F version)
~2400kHz(G/H version)
(注釋：1000KHz開關頻率滿足效率要求)
• Fold-back 保護頻率：
~170kHz(B/D版本)
~250kHz(F版本)
~400kHz(H版本)
• 閉鎖保護延遲時間：4ms(Typ.) for A/C/E/G版本(注釋：滿足輸出短路保護要求)
• 熱關斷保護：160°C(Typ.)(注釋：滿足熱保護要求)
• 輸入輸出陶瓷電容推薦
• 待機電流：0μA(Typ.) (注釋：滿足待機低電流要求)
• 封裝類型：HSOP-8E， DFN2020-8(注釋：5.2mmX6mm HSOP-8E滿足實際設計要求)
• AEC-Q100 認證封裝：HSOP-8E(注釋：滿足AEC-Q100要求)
以上可以看出，R1245S003E完全滿足產(chǎn)品的設計需求。我同時比較了價格接近的TI LM5XX 芯片，相對R1245S003E，LM5XX缺少短路保護，同時靜電流偏大(23uA)，所以設計選擇了R1245S003E。
二、具體的線路設計
三、設計注意事項
1)器件選型時，輸出的電容ESR盡可能小，輸出電容ESR會影響電源紋波，ESR越小，紋波越小;
2)輸出端的電感值和電容值選擇要配合好.如果電感值較大，會導致動態(tài)響應不夠。相反，如果電感值小，電流感應量可能會增加太多，電源輸出不穩(wěn)定;
3)Layout布局時，Vin的電容需要靠近IC擺放，而且電容連接GND的pintrace要盡可能的短;
4)IC背面散熱GNDPAD，對于多層板，為了獲得更好的散熱效果，要盡可能多打一些過孔，連接到其他層GND，利用其他層的GND鋪銅輔助散熱;
5)R32、R33反饋電阻靠近ICFB#pin，反饋回路要盡可能短，也要避免其他信號都其的干擾。
四、設計過程中遇到問題
筆者設計最開始選擇了內(nèi)部工作頻率為2400kHz的G版本IC，目的是減少電感值從而減小電感尺寸。但是產(chǎn)品在85℃環(huán)境溫度的可靠性測試條件下，發(fā)現(xiàn)Camera Sensor工作時有一些噪點，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)Camera Sensor溫度偏高。
因為車載攝像頭體積相對較小，PCB板子面積被壓縮很小，電源IC和Camera Sensor、Camera Processor、Ethernet PHY集體產(chǎn)生的熱能都就被釋放在攝像頭內(nèi)部狹小的空間。所以必須優(yōu)化每個IC的效率，減少其熱能產(chǎn)生，同時加強熱能傳導到攝像頭外殼才能解決問題。
經(jīng)過分析，我后來選擇了內(nèi)部工作頻率為1000kHz的E版本，測試發(fā)現(xiàn)PCB整體溫度有所降低，Camera Sensor工作噪點的問題消失。原因是芯片內(nèi)部工作頻率越高，IC 內(nèi)部high side MOSFET的內(nèi)阻產(chǎn)生的功率消耗越大。導致IC溫度過高，增加了整個PCBA體的溫度，影響到Camera Sensor的工作。
經(jīng)過嚴格的可靠性測試，R1245S003E完全滿足車載以太網(wǎng)攝像頭的設計要求，我認為也值得在汽車導航，音響，車載其他以太網(wǎng)設備上推薦使用。同時，電源IC內(nèi)部工作頻率的選擇的問題，并不是越高越好，我們需要考慮IC內(nèi)部熱量的產(chǎn)生或者EMI等方面的問題。希望本文給大家?guī)硪恍┨崾?，對大家以后的設計有所幫助，謝謝!
| 歡迎光臨 麒麟電子 (http://www.isorzjg.com/) |
Powered by Discuz! X3.5 |