ZHCU798 January   2022

 

  1.   说明
  2.   资源
  3.   特性
  4.   应用
  5.   5
  6. 1系统说明
    1. 1.1 关键系统规格
  7. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
      1. 2.2.1 PCB 和外形因数
      2. 2.2.2 电源设计
        1. 2.2.2.1 POC 滤波器
        2. 2.2.2.2 电源注意事项
          1. 2.2.2.2.1 选择外部元件
          2. 2.2.2.2.2 选择降压稳压器 1 电感器
          3. 2.2.2.2.3 选择降压稳压器 2 电感器和降压稳压器 3 电感器
        3. 2.2.2.3 功能安全
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1 OX01F10 成像仪
      2. 2.3.2 DS90UB933-Q1
      3. 2.3.3 TPS650320-Q1
    4. 2.4 系统设计原理
  8. 3硬件、测试要求和测试结果
    1. 3.1 硬件要求
      1. 3.1.1 硬件设置
      2. 3.1.2 FPD-Link III I2C 初始化
      3. 3.1.3 OX01F10 初始化
    2. 3.2 测试设置
      1. 3.2.1 电源启动
      2. 3.2.2 用于验证 I2C 通信的设置
    3. 3.3 测试结果
      1. 3.3.1 电源启动
      2. 3.3.2 电源启动 - 1.8V 电源轨和 PDB
      3. 3.3.3 电源电压纹波
      4. 3.3.4 电源负载电流
      5. 3.3.5 I2C 通信
  9. 4设计和文档支持
    1. 4.1 设计文件
      1. 4.1.1 原理图
      2. 4.1.2 物料清单
      3. 4.1.3 PCB 布局建议
        1. 4.1.3.1 布局图
        2. 4.1.3.2 PMIC 布局建议
        3. 4.1.3.3 串行器布局建议
        4. 4.1.3.4 成像仪布局建议
        5. 4.1.3.5 PCB 层堆叠相关建议
      4. 4.1.4 Altium 项目
      5. 4.1.5 Gerber 文件
  10. 5工具与软件
  11. 6文档支持
  12. 7支持资源
  13. 8商标

2.2.2.2 电源注意事项

由于此参考设计适用于汽车应用，有一些注意事项限制了设计选择。此外，以下系统级规格列表有助于形成最终的总体设计：

  • 必须更大限度地减小总解决方案尺寸，以满足此设计的尺寸要求，即相当于 18mm × 18mm。这意味着选择集成了 FET、二极管、补偿网络及反馈电阻分压器的器件，以消除对外部电路的需求。
  • 为了避免干扰 AM 无线电频带，所有开关频率必须大于 1700kHz 或者小于 540kHz。在本例中，较低的开关频率不太可取，因为该类频率需要大型电感器，且仍会在 AM 频带产生谐波。因此，此参考设计着眼于更高的开关频率。
  • 所有器件必须符合 AEC Q100 (-Q1) 标准。

选择器件之前，必须得知输入电压范围、所需电压轨及每个电压轨所需的电流。在本例中，输入电压是通过同轴电缆传输的 9V 预调节电源电压。此系统仅有两个主要器件：成像仪和串行器，用于负责运行过程中的功耗。表 2-1 列出了电源要求：

表 2-1 系统功率预算
参数电压 (V)电流 (mA)功率 (mW)
DS90UB933
VDD1.898176
OX01F10
VDD-D

1.1

170187
VDD-IO1.82138
VDD-A

3.3

33109

振荡器

VDD

1.8

3

5

总计

VDD-D

1.1170187

VDD-IO

1.8122220

VDD-A

3.3

33109

通过同轴电缆传输的 9V 电源电压首先降低到 3.8V，然后为摄像头模块上系统其他部分供电。在此设计中，1.8V 电压轨既为 DS90UB933 供电，也为 OX01F10 成像仪接口供电。OX01F10 3.3V 模拟电压轨需要 33mA 电流，DS90UB933 串行器 1.8V 电压轨需要 98mA 电流，OX01F10 1.1V 数字电压轨需要 170mA 电流。

为了使用上述数值简化计算，假设效率为 85%，经计算可知，3.8V 电源电压需要 160mA 电流才能为 1.1V、1.8V 和 3.3V 电压轨供电。由于输入和输出电压、输出电流要求及总功率消耗已知，可使用Equation5 计算输入电流。

Equation1. P IN   =   V IN   ×   I IN   = P OUT η 系统 =   P OUT 2 η 2 + P OUT 3 η 3 + P LDO η LDO η 1 ∴   I IN   =   187   mW 85 % + 220   mW 85 % + 109   mW 87 % 9   V   ×   85 % = 79 . 0   mA

上述信息可作为在后续部分中选择电源拓扑和电感无源器件的有力依据。

按照 Q100 要求，额定开关频率必须在 AM 频带外，且必须满足之前确定的电压和电流要求。由于输入电压是始终大于所产生任何电源轨电压的调节电压，选定的电源拓扑应为降压转换器（降压稳压器）或 LDO。降压稳压器通常包含在开关噪声不是重要问题，而省电是最大关注点的电源中。相反，LDO 可用于构建低噪声模拟电源，以降低固有噪声，且更不易受 EMI 影响，然而，会造成电流消耗较高。

在此设计中，单个电源管理 IC 负责为电源轨供电。之所以选择 TPS650320-Q1 器件，是因为该器件在单个 4.0mm x 4.0mm VQFN 封装中包含了三个降压转换器（降压稳压器）和一个 LDO 。此设计的电流要求在器件的选择中同样发挥了重要作用，因为次级降压稳压器可提供 600mA 电流，而 LDO 可提供的最大电流输出为 300mA。降压稳压器 1 将 9V POC 输入电压降到 3.8V。然后，该 3.8V 电压轨为降压稳压器 2、降压稳压器 3 和 LDO 输入供电。降压稳压器 2 为 OX01F10 成像仪和 DS90UB933 串行器提供接口和数字电源，而 LDO 输出为 OX01F10 提供清洁、低噪声的 3.3V 模拟电源。