【導讀】汽車(chē)車(chē)載信息娛樂(lè )系統，又稱(chēng)車(chē)機，是基于車(chē)身總線(xiàn)系統和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)而形成的車(chē)載綜合信息處理系統。在上篇中，我們介紹了車(chē)機系統中一級電源和二級電源的性能要求，本文將專(zhuān)門(mén)介紹車(chē)機系統中的環(huán)視攝像頭電源和USB端口設計面臨的挑戰。
圖1所示的車(chē)機電源架構中包含了攝像頭電源與USB充電的相關(guān)部分。
圖 1：攝像頭電源和 USB 充電應用電源架構
MPS 提供的解決方案可幫助設計人員滿(mǎn)足環(huán)視攝像頭電源和 USB 充電應用要求。
環(huán)視攝像頭電源解決方案
將環(huán)視攝像頭的圖像處理集成到車(chē)機的主處理器是當下車(chē)機發(fā)展的新需求。如圖2所示，環(huán)視攝像頭模組一般分布在車(chē)身四周，通過(guò)長(cháng)距離同軸電纜將數據和電力傳輸到位于駕駛室中控的中央處理器（CPU）。
圖2: 環(huán)式攝像頭將數據傳輸給CPU
一般而言攝像頭內部的模組供電低于5V，然而考慮到長(cháng)距離的線(xiàn)路壓降或其他壓降原因（如Cold crank冷啟動(dòng)），有些OEM會(huì )設定車(chē)機攝像頭的供電在8V-10V左右。這樣的供電要求對汽車(chē)電池而言頗具挑戰。
舉例來(lái)說(shuō)，當汽車(chē)在做“冷啟動(dòng)”等測試時(shí)，電池電壓最低可能跌至5V。與此同時(shí)，正常工作范圍又需要支持最低9V的電壓。采用標準降壓DC/DC變換器難以使攝像頭電壓軌滿(mǎn)足此要求。而先降壓再升壓的兩級電源架構盡管可用，但效率低，而且PCB占板面積大。
MPS公司的MPQ8873-AEC1產(chǎn)品此時(shí)脫穎而出。除了不增加復雜性，這款單片同步 DC/DC升降壓變換器還具有多項優(yōu)勢。
更高效的架構
圖3對兩級電源架構和高效一體化升降壓架構進(jìn)行了比較。
圖3:電源架構的比較
對于升壓（Boost）拓撲，即使通過(guò)EN關(guān)斷IC，其輸出電壓（VOUT）仍然等于輸入電壓（VIN)，除非串聯(lián)額外的開(kāi)關(guān)，否則無(wú)法完全關(guān)斷后級負載。而采用MPQ8873-AEC1 這類(lèi)單級升降壓（Buck-Boost）拓撲，不僅效率高、布板面積小，其輸出供電通過(guò)使能EN也完全可控。
更簡(jiǎn)單的布局
MPQ8873-AEC1 具有內置4個(gè)MOSFET的Buck-Boost拓撲，可動(dòng)態(tài)調節輸出電壓（如圖4所示）。
圖4: MPQ8873 的四個(gè)集成 MOSFET
相比傳統電路，其外圍電路極其簡(jiǎn)單，除必要的濾波電感電容和自舉（BST）電容外，幾乎沒(méi)有其他元件。
更高的效率
MPQ8873-AEC1 內部集成10mΩ/25mΩ 上管MOSFET（HS-FET）和下管MOSFET（LS-FET）。在VIN = 13.5V、VOUT = 11.5V 和負載電流 (ILOAD) = 3A 的測試條件下，其效率超過(guò)95%（如圖5所示）。
圖5: MPQ8873效率曲線(xiàn)(VIN = 13.5V, VOUT = 11.5V, ILOAD = 3A)
更佳的EMI性能
MPQ8873-AEC1的布局能夠最小化輸入與輸出功率環(huán)路。該器件還支持頻率擴展 (FSS)功能，從而可進(jìn)一步降低 EMI。圖 6 顯示了MPQ8873-AEC1的最小環(huán)路設計。
圖6: MPQ8873 的最小環(huán)路設計
全能的車(chē)機USB連接端口解決方案
車(chē)機內的CPU通常會(huì )接收來(lái)自不同位置的多個(gè)USB的數據，其中有位于扶手箱的，也有來(lái)自前面板的。位于扶手箱內的USB充電和數據端口，一般會(huì )在遠端配備USB充電IC和HUB芯片，這些端口集束數據并發(fā)送給CPU（如圖7所示）。而位于前面板的USB端口會(huì )將USB充電功能集成在車(chē)機中，而這會(huì )對USB充電IC提出新的挑戰。
圖7: 數據從多個(gè)USB端口傳遞給CPU
MPS提供的單片降壓開(kāi)關(guān)模式變換器MPQ4228-C-AEC1具備多種優(yōu)勢，可以解決 USB 充電 IC 面臨的難題。
更強的通用性
MPQ4228-C-AEC1 可以配置成USB-A或者USB-C。由于支持USB BC1.2 CDP協(xié)議，其充電口能夠在手機和汽車(chē)進(jìn)行USB輸出交互的同時(shí)，提供大約10-15W左右的充電功率。
圖8: MPQ4428-C 支持 USB-A、USB-C 和 CDC 協(xié)議
更細節的考量
由于車(chē)機和前面板USB充電端口有一段距離，再加上手機充電線(xiàn)纜本身也有一段長(cháng)度，真正到達手機端口的電壓相比于車(chē)機的輸出電壓可能有較大的壓差。MPQ4228-C-AEC1具有線(xiàn)損補償功能，充電電流越大，MPQ4228-C-AEC1的輸出電壓越高。線(xiàn)損補償的斜率可以通過(guò)外置電阻設計，靈活方便。
更安全的防護
在汽車(chē)充電端口的實(shí)際使用中，有時(shí)候會(huì )出現手機充電線(xiàn)纜的接頭誤插入錯誤端口的情況。MPQ4228-C-AEC1 具有VBUS/DM/DP/CC等I/O引腳的電池短路保護功能。這樣的保護功能可以避免上述事故對汽車(chē)充電IC造成損壞。
更完善的數據信號鏈傳輸
眼圖是評估USB2.0信號完整性的測試，MPQ4228-C-AEC1具有極其出色的眼圖性能（如圖9所示）。在USB2.0 DMDP數據經(jīng)過(guò)MPQ4228-C-AEC1內部數據開(kāi)關(guān)時(shí)，采用150cm的線(xiàn)纜，也能通過(guò)眼圖的測試。
圖9: MPQ4228-C通過(guò)眼圖測試
更優(yōu)異的EMI性能
MPQ4228-C-AEC1提供頻率擴展（FSS）功能以提升EMI性能，其評估板能夠在不加屏蔽罩及共模電感的條件下，通過(guò)國標等級5的測試。
圖10: MPQ4228-C優(yōu)異的EMI性能
全面的USB-IF認證
MPQ4228-C-AEC1能夠通過(guò)USB-IF的相關(guān)認證，尤其是其內部獨有的過(guò)流保護（OCP）機制，能夠使器件通過(guò)Apple MFI R33認證。在進(jìn)行過(guò)流瞬態(tài)脈沖測試時(shí)，即使發(fā)生短暫過(guò)流，MPQ4228-C-AEC1也能夠維持住VBUS 電壓而不至于關(guān)斷保護。
圖11: MPQ4228-C 在負載過(guò)流期間仍保持 VBUS
結論
本系列文章的上篇對車(chē)機的一級和二級電源進(jìn)行了介紹，本文則針對攝像頭電源和 USB 充電所面臨的需求難點(diǎn)提出了解決方案。其中，MPQ8873-AEC1 被用作環(huán)視攝像頭模塊的解決方案，而MPQ4228-C-AEC1被用于解決 USB 充電挑戰。MPS強大而靈活的產(chǎn)品組合能夠為現代車(chē)機系統的設計提供眾多優(yōu)勢。
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