DC-DC芯片在車(chē)載以太網(wǎng)攝像頭中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

　　隨著汽車(chē)電子的不斷進(jìn)步，車(chē)載以太網(wǎng)也進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的階段，其中車(chē)載以太網(wǎng)攝像頭的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用尤為迅速。實(shí)際上攝像頭在車(chē)上是屬于ADAS系統(tǒng)的部件，而ADAS系統(tǒng)本身涉及到車(chē)輛自身、駕乘人員其他車(chē)輛、人、物的安全，因而對(duì)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(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響非常大。因此在進(jìn)行電源電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要選擇高可靠性的器件、增加相應(yīng)的保護(hù)措施、預(yù)留足夠的設(shè)計(jì)余量、顧及到電源系統(tǒng)的散熱性能，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)意義重大。

　　筆者在開(kāi)發(fā)一款車(chē)載以太網(wǎng)攝像頭的設(shè)計(jì)中，選擇了RICOH的DC-DC芯片R1245S003E作為12V轉(zhuǎn)3.3V的電源方案。車(chē)載以太網(wǎng)攝像頭內(nèi)部架構(gòu)和電源電壓需求，如下圖：

　　整個(gè)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(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

　　一、器件選型

　　首先，介紹下車(chē)載以太網(wǎng)攝像頭產(chǎn)品對(duì)DC-DC電源的要求：

　　1)滿足AEC-Q100認(rèn)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(hù)功能

　　4)需要過(guò)熱關(guān)斷保護(hù)功能

　　5)需要較小的靜態(tài)電流消耗

　　6)較高的開(kāi)關(guān)頻率保證效率和合適的封裝尺寸

　　7)輸出能力預(yù)留20%的實(shí)際電流需求余量

　　下面看Ricoh R1245S003E是否滿足DC-DC的設(shè)計(jì)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?zhuān)簼M足車(chē)載攝像頭電壓輸入要求)

　　• 工作溫度范圍：-40°C至105°C(注釋?zhuān)簼M足車(chē)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(shí)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?zhuān)簼M足車(chē)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?zhuān)?/font>1000KHz開(kāi)關(guān)頻率滿足效率要求)

　　• Fold-back 保護(hù)頻率：

　　~170kHz(B/D版本)

　　~250kHz(F版本)

　　~400kHz(H版本)

　　• 閉鎖保護(hù)延遲時(shí)間：4ms(Typ.) for A/C/E/G版本(注釋?zhuān)簼M足輸出短路保護(hù)要求)

　　• 熱關(guān)斷保護(hù)：160°C(Typ.)(注釋?zhuān)簼M足熱保護(hù)要求)

　　• 輸入輸出陶瓷電容推薦

　　• 待機(jī)電流：0μA(Typ.) (注釋?zhuān)簼M足待機(jī)低電流要求)

　　• 封裝類(lèi)型：HSOP-8E， DFN2020-8(注釋?zhuān)?/font>5.2mmX6mm HSOP-8E滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求)

　　• AEC-Q100 認(rèn)證封裝：HSOP-8E(注釋?zhuān)簼M足AEC-Q100要求)

　　以上可以看出，R1245S003E完全滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需求。我同時(shí)比較了價(jià)格接近的TI LM5XX 芯片，相對(duì)R1245S003E，LM5XX缺少短路保護(hù)，同時(shí)靜電流偏大(23uA)，所以設(shè)計(jì)選擇了R1245S003E。

　　二、具體的線路設(shè)計(jì)

　　三、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

　　1)器件選型時(shí)，輸出的電容ESR盡可能小，輸出電容ESR會(huì)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(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)響應(yīng)不夠。相反，如果電感值小，電流感應(yīng)量可能會(huì)增加太多，電源輸出不穩(wěn)定;

　　3)Layout布局時(shí)，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(duì)于多層板，為了獲得更好的散熱效果，要盡可能多打一些過(guò)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(hào)都其的干擾。

　　四、設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到問(wèn)題

　　筆者設(shè)計(jì)最開(kāi)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(cè)試條件下，發(fā)現(xiàn)Camera Sensor工作時(shí)有一些噪點(diǎn)，經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)Camera Sensor溫度偏高。

　　因?yàn)檐?chē)載攝像頭體積相對(duì)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(gè)IC的效率，減少其熱能產(chǎn)生，同時(shí)加強(qiáng)熱能傳導(dǎo)到攝像頭外殼才能解決問(wèn)題。

　　經(jīng)過(guò)分析，我后來(lái)選擇了內(nèi)部工作頻率為1000kHz的E版本，測(cè)試發(fā)現(xiàn)PCB整體溫度有所降低，Camera Sensor工作噪點(diǎn)的問(wèn)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(dǎo)致IC溫度過(guò)高，增加了整個(gè)PCBA體的溫度，影響到Camera Sensor的工作。

　　經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的可靠性測(cè)試，R1245S003E完全滿足車(chē)載以太網(wǎng)攝像頭的設(shè)計(jì)要求，我認(rèn)為也值得在汽車(chē)導(dǎo)航，音響，車(chē)載其他以太網(wǎng)設(shè)備上推薦使用。同時(shí)，電源IC內(nèi)部工作頻率的選擇的問(wèn)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(wèn)題。希望本文給大家?guī)?lái)一些提示，對(duì)大家以后的設(shè)計(jì)有所幫助，謝謝!