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专访 | 通过提高元件选择效率支持引入高速车载网络的PoC方式（上篇）

时间：2021-11-29 16:29:34

关键字：元件车载网络

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[导读]点击蓝字★Murata村田中国★关注我们近年来，配备多个车载摄像头的汽车在市场上已经司空见惯。自动驾驶汽车配备了大量的车载摄像头来识别外部环境。在为增加车载摄像头的数量做准备时，仍有一些技术问题需要解决。其中之一是减少连接摄像头的电缆。配备多个摄像头的下一代车辆使用简化其布线的P...

近年来，配备多个车载摄像头的汽车在市场上已经司空见惯。自动驾驶汽车配备了大量的车载摄像头来识别外部环境。在为增加车载摄像头的数量做准备时，仍有一些技术问题需要解决。其中之一是减少连接摄像头的电缆。
配备多个摄像头的下一代车辆使用简化其布线的PoC技术。然而，在引入可以用单根同轴电缆连接车载摄像头的PoC时，需要设计可以彻底分离信号和电源的偏置T电路。而此时使用的电感器无法简单地选择。
使用村田开发的BIST后，任何人都能轻松地选择合适的元件。为此，我们向参与BIST开发的负责人咨询了公开BIST的目的以及其中包含的功能 —— “从车载摄像头设计人员的角度，如何让为复杂的偏置T电路选择元件变得更简单？”本期村田开发者专访(左起)：今西经理、CAE工程师三舩、大森经理

配备多个摄像头的下一代车辆及简化其布线的PoC

车载摄像头属于电子设备，所以需要连接电源线。此外，还需要将拍摄的视频数据发送到控制计算机（ECU）^*1的信号线。如果将这两种类型的电缆连接到每个摄像头，随着安装的摄像头数量的增加，汽车内部将充满电缆。电缆的增加阻碍了汽车的轻量化并导致燃油经济性变差。
一辆车上已安装多个摄像头
为了减少连接到车载摄像头的电缆数量，将信号线和电源线集成的技术“PoC（Power Over Coaxial）”得到了许多OEM^*2和Tier1^*3的关注，采用的情况也越来越多。
减少连接车载摄像头的电缆数量的PoC

目前，传输来自车载摄像头的视频数据时，大多使用被称为SerDes（Serializer/Deserializer）的数字接口将图像传感器输出的并行信号转换为串行信号并作为高频信号传输。我们在“以及时准确的产品开发，推动车载网络进步的村田车载电感器产品”一文中介绍过，PoC可使用单根同轴电缆发送与SerDes兼容的图像信号和控制信号以及直流电源。
^*1 ECU（Electronic Control Unit）是指控制车载设备的计算机。每辆车配备100个或更多ECU的车型已经出现，并且随着车载设备控制变得更加复杂，配备的数量也有增加的趋势。
^*2 OEM（Original Equipment Manufacturer或Original Equipment Manufacturing）是指以委托方的品牌产品的制造商或生产活动。
^*3 Tier 1是指在汽车行业将本公司生产、开发的元件直接向整车制造商供应的企业。此外，向Tier 1供应元件的企业称为Tier 2。

将信号和电源彻底分离的偏置T电路

在引入PoC时，需要在发送信号和电源的一侧及接收的一侧双方嵌入一种被称为偏置T电路的电路。
分离信号线和电源线的偏置T电路
偏置T电路是用于将高频频段传输的SerDes信号与（低频侧的）直流电源分离的电路。该电路由阻止高频视频信号的电感器和阻止直流电源的电容器组成。
在设计偏置T电路时，必须选择具有能将信号和电源彻底分离的特性的电感器。如果分离不彻底，则高频信号可能会流入电源电路，引起电源波动，导致设备故障。所使用的电感器必须是一种在宽带（几MHz到几GHz）上用作高阻抗滤波器的电感器。然而，用一个电感器难以覆盖宽带，通常将多个电感器和铁氧体磁珠组合在一起才能满足所需的特性（下图）。
组合多个元件以构成宽带、低损耗的滤波器

轻松地根据应用选择构成偏置T电路的元件

从种类繁多的电感器产品中选择理想组合的操作需要出乎意料的大量精力和时间。
首先，必须选择与传输信号的频率、提供的电源电流量、使用环境的温度等条件相适应的组合。此时，通过将单个元件的特性单纯相加是无法判断的，这是因为在安装电路的电路板上产生的寄生电容^*4和寄生电感^*5，以及连接到电路板上的同轴电缆长度和特性都会极大地影响高频段范围的工作状况。因此，在选择要采用的元件时，必须考虑所设计的车载摄像头系统的规格、安装电路的基板的特性，在通过仿真确认动作的同时，尝试各种元件组合，从而找出理想方案。
^*4 寄生电容是指设计者不希望出现的电容，电路板上的布线之间表现得像电容器时会产生这种电容，也称为杂散电容，其大小取决于布线图案的位置关系和形状、电路板材料等。通常情况下，它对低频电路的工作没有显著影响，但可能会引起高频电路误动作。一般情况下，在电路图等上面不绘制寄生电容，因此，在试制后的电路出现故障时，必须仔细检查和分析其造成的影响。

^*5 寄生电感是指设计者不想要的电感，它是在电路板上的布线表现为电感（线圈）时产生的，也称为杂散电感。与寄生电容类似，其大小取决于布线图案的位置关系和形状、电路板材料等，可能会引起高频电路误动作。

为了减少元件选择的工作量，村田制作所开发了一种名为“Bias-T Inductor Selection Tool”（简称BIST）的工具，支持选择要嵌入偏置T电路的电感器，并从2020年5月起在网站上免费发布^*6。通过最低限度的条件设置，从村田电感器和铁氧体磁珠产品中找出并显示最佳的元件组合。有了BIST，选择元件所需的精力和时间大大减少，无需专业知识也能选择合适的元件。

^*6 Bias-T Inductor Selection Tool可与本公司的设计支持工具SimSurfing一起使用。
下面的专访内容，从车载摄像头设计人员的角度，介绍如何让为复杂的偏置T电路选择元件变得更简单。（未完待续）muRata