确保同轴电缆供电通信质量的PoC滤波电感

来源:荣格国际汽车设计及制造

发布时间:2019年9月4日下午 10:09:48

随着车载接口的高速化和需求增多,在以 LVDS 传输信号的车载摄像头等系统中, PoC(同轴电缆供电)正在不断发展。若要在电路侧分离信号和电源,需要使用由电感及磁珠组成的 PoC 滤波器。对于 PoC 滤波器,确保通信质量很重要,这就要求构成滤波器的电感对低频带到高频带的交流成分有较高的阻抗。
确保PoC(同轴电缆供电)通信质量的必要性
 
PoC使用一根同轴电缆进行通信并供给电源,若要分离信号和电源,防止信号通过电源线路,需要使用电感及磁珠组成的PoC滤波对策。如果PoC滤波器使用阻抗特性无法满足系统要求的电感,通信质量会下降,导致误操作,可能会对安全性造成影响。
 
例如,如果PoC滤波器确保传输质量的能力和抗噪音特性(EMS等)不足,会导致通信错误,如图1所示,因为不能显示来自摄像头的图像,有可能会给驾驶带来影响。
 
图 1:由于通信错误,摄像头画面中断
 
在宽频带实现高阻抗的产品结构
 
为了确保前一章所述的通信质量,需要PoC的抗噪音特性。因此,需要PoC滤波电感对低频带到高频带的交流成分有高阻抗。另外,要求在较宽的通信频带(几MHz-几百MHz,也有到几GHz的情况)内具有高阻抗。
 
现有多层线圈结构的电感单体由于在宽频率范围内无法确保高阻抗,所以必须串联多个线圈。(图2)
 
图 2:构成滤波器时的比较
 
同时线圈数增多,导致了直流电阻变大,但是TDK的PoC滤波电感采用1层线圈结构,与多层线圈结构比较,寄生电容减小,共振频率变高。(图3)
 
图 3:电感的多层线圈结构和 1 层线圈结构的比较
 
因此,在相同的感值下,TDK的PoC滤波电感在更高频带上实现了高阻抗。(图4)
 
图 4:PoC 滤波器电感的阻抗特性
 
设计时,也尽可能地减小了直流电阻。另外,使用PoC滤波电感后,与现有的滤波器结构比较,由于削减了零件数量,可缩小贴装面积。在下一章中,将以眼图波形为例,介绍兼顾通信和电源供给所需的电感以及磁珠的选型。
 
在用多层线圈结构的电感组成PoC滤波器时,需要串联从大感值(低频侧)到小感值(高频侧)的多个电感。
 
即使相同的感值,TDKPoC滤波器电感在宽频带中也确保了高阻抗。
 
关于电感和磁珠的选型以及眼图波形
 
基于PoC滤波器的特性,对现有的电感和TDK的PoC滤波电感的眼图波形进行比较。
 
图 5:评估条件
 
信号波形评价①现有电感(多层结构)vsPoC滤波电感(1层结构)/同轴电缆:1.7m(图6)
 
 
图 6:信号波形( 眼图) 的比较 / 同轴电缆:1.7 m
 
现有线圈(多层线圈结构)单体无法确保信号频带的阻抗,因此波形质量恶化。
 
信号波形评价②现有电感(多层结构)vsPoC滤波电感(1层结构)/同轴电缆:10m(图7)
 
图 7:信号波形(眼图)的比较 / 同轴电缆:10 m
 
电缆长度越长,信号衰减得越多,所以电压值下降,眼图关闭。另外,与1.7m时相比,余量会进一步减少。
 
信号波形评价③关于磁珠的选型(图8)
 
图 8:不同磁珠产生的信号波形(眼图)的比较 / 同轴电缆: 1.7 m
 
即使使用了PoC滤波电感,由于磁珠搭配的原因,有时也不能确保信号频带的阻抗,波形质量恶化。TDK也提供推荐组合的磁珠。
 
关于抗电磁干扰特性
 
车辆内搭载了摄像头和多种电子设备,这些电子系统由多条电缆连在一起。在车辆内,必须将所有电缆捆绑在有限的空间内进行布线。来自发动机和ECU等外部的噪音被传到电缆上,有可能导致通信错误。因此,BCI(大电流注入)等电磁干扰对策很重要。另外,如果使用不合适的电感或磁珠,会对通信质量产生负面影响,抗电磁干扰性会降低。
 
图 9:BCI 试验的设置
 
在本章中,将针对保持抗电磁干扰性所需的电感以及磁珠的选型,介绍BCI评价的例子。
 
图 10:BCI 测定的评价条件
 
BCI评价方法
 
表:评价滤波器的产品组合
 
 
BCI评价结果
 
如果是通信波形余量较少的多层线圈结构,由于电缆变长,导致通信质量劣化,因此在BCI试验中会发生通信错误。
 
与此相比,1层线圈结构能获得足够的余量,因此不会发生通信错误。
 
表:BCI评价结果
 
 
总结
 
使用前面说明的PoC用电感后,可以得到以下效果:可以用更少的零部件构成PoC滤波器所要求的阻抗;在宽频带具有足够的阻抗,可确保波形质量及抗噪音性;由于削减了构成PoC滤波器时的零件数,贴装面积可以削减约37%。(本公司比较);构成PoC滤波器时的直流电阻大约可以削减50%。(本公司比较)。
 
TDK中根据不同的额定电流和滤波器要求准备了不同的PoC滤波组合。例如ADL3225V、ADL3225VT、ADM32FSC、ADM45FDC系列是应对宽频带的产品。另外,正在开发的小型化ADL2012系列、MDF1005GAD系列以及用于大电流的ADL3225VM系列、ADM32FSC系列的产品。
 
 

 

□ 来源:TDK

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