一種360°全景泊車控制器電源系統設計

李東浩，闞晶晶

一種360°全景泊車控制器電源系統設計

李東浩，闞晶晶

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，汽車智能網聯技術安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230000）

360°全景泊車系統通過4個廣角攝像頭和相應的圖像處理單元，使駕駛員通過顯示屏可以直接查看車身周圍360°全景視圖，地面上不存在視角盲區，可以幫助駕駛員清楚確認車輛周邊是否存在障礙物，幫助駕駛員輕松泊車，避免車輛刮蹭。文章從系統主電源設計、視頻芯片電源設計等方面系統介紹了一種360全景泊車控制器的電源系統設計，并對其EMC設計進行了相關介紹。

360°全景泊車控制器；電源系統；EMC

前言

隨著汽車越來越多的走進千家萬戶，泊車這個令人頭疼的問題也越發凸顯。無論是超聲波泊車雷達系統，還是目前流行的單個倒車后視攝像頭，都只能顧及到車輛后方或者前方，無法同時兼顧車身四周狀況，存在視角盲區。360°全景泊車系統通過安裝于車頭、車尾、車身兩側的4個超廣角攝像頭和相應的圖像處理單元，使駕駛員通過顯示屏可以直接查看車身周圍360度全景鳥瞰俯視圖，地面上不存在視角盲區，可以幫助駕駛員清楚確認車輛周邊是否存在障礙物，幫助駕駛員輕松行車和停泊車輛。該系統目前已在國內多款車型上量產搭載。

全景泊車控制器硬件系統主要包括DC-DC降壓模塊，MCU模塊，PMU電源管理模塊，DSP模塊，視頻A/D模塊，視頻D/A模塊以及存儲模塊。硬件設計框架如圖1所示。

圖1 全景泊車控制器硬件設計框架圖

本文重點介紹控制器電源電路的設計和EMC的設計方案。

1 電源電路的設計

1.1 系統主電源設計

全景泊車控制器由整車12V電池供電，因此電路選用了一顆在汽車電子領域應用較為廣泛的TI的寬電壓DC-DC降壓IC（LM22676），具有較高的穩定性，具有輸入電壓范圍寬（4.5~42V），轉換效率高（>90%），漏電流小（約25uA），及短路保護功能等優點；DC電路設計輸出電流能力為3A，整個系統工作電流為0.45A（12V條件下），滿足3倍工作電流的設計要求，且符合AEC-Q100 1級標準（-40~+125℃運行結溫范圍）。

圖2 系統主電源電路

U22的第5Pin為使能腳，R176和R171組成分壓電路，避免電壓過高而導致使能端內部擊穿，D4為鉗位二極管。U22工作頻率為500KHz，參照芯片規格書的設計，輸出電感為10uH，電容為33uF，達到最佳得輸出效率，輸出電壓可調，（調整R175和R25，R180的比值即可改變輸出電壓值），DC-DC設計輸出電壓為4.2V，設計4.2V輸出的原因是后端LDO的供電電壓需滿足3.5V到5.5V，電壓太低會導致LDO輸出電壓不穩定或不能滿足要求，輸出電壓太高可能會燒壞LDO，所以輸出最終電壓調整為4.2V輸出，經驗證滿足電路設計要求。4.2V系統電源分為幾路為整個系統供電，包括DSP，TVP5158，CH7026B，USB，NAND Flash等幾路電源。

1.2 DSP及DDR電源系統的設計

表1 PMU各組電源供電

為DSP及DDR供電的有獨立PMU （RN5T566），該芯片為日本理光公司生產，具有2組高效DC-DC輸出，5組LDO輸出，電源控制邏輯，3路電壓檢測器，過溫保護和欠壓閉鎖功能等，針對DSP單元系統而設計的，性能穩定。PMU各組電源及對應供電對象如表1所示。

此外，該芯片配合DSP使能控制，使得上電順序滿足要求，比如，RTC3.3V為常電不受使能控制，當RTC電源接通后則內核電壓1.1V才會使能，然后I/O口電壓開啟，如果前面電源不正常，或DSP異常，則后面電源就無法開啟，可以有效的防止芯片損壞，同時也便于硬件檢修。

圖3 DSP及DDR電源電路

1.3 視頻ADC芯片TVP5158電源系統的設計

TVP5158電源系統共有三組電壓，分別為1.1V，1.8V，3.3V，由于1.1V和1.8V電源系統電流較大故選用DC-DC（LM3670ADJ）作為降壓芯片，3.3V電源系統電流只需要5mA，所以選用LDO供電即可，LDO 型號為XC6228D332 VR，其輸出最大電流為300mA。

圖4 視頻ADC芯片TVP5158電源電路

1.4 視頻DAC芯片CH7026電源系統設計

CH7026共有1.8V，2.5V，3.3V三組電源供電，分別由LDO XC6228D182VR、XC6228D252VR、XC6228D332VR提供，輸出最大電流均為300mA。

圖5 視頻ADC芯片CH7026電源電路

1.5 NAND Flash電源設計方案

NAND Flash采用獨立的電源LDO芯片XC6228D332 VRK供電，輸入電壓范圍：1.6~5.5V，輸出電壓3.3V，最大輸出電流300mA，輸入端放置100UF電解電容，保護Flash免受瞬間掉電的影響。

圖6 NAND Flash電源電路

1.6 MCU電源設計方案

MCU由LDO TPS70950 供電，LDO輸入電壓范圍：2.5 V 至 30 V，輸出電壓5V，最大輸出電流200mA，前級加二極管和33歐電阻可增加回路輸入電壓值，并可在5V回路短路時保護12V電源回路上的器件。R164和R165為電源檢測分壓電阻，MCU根據R165端分壓判斷電源是否正常，檢測到過壓或欠壓則關閉主DC-DC（LM22676）電源。

圖7 MCU電源電路

1.7 攝像頭供電控制電路

攝像頭供電電壓為12V，前級有濾波電路，由MCU I/O口控制攝像頭上電，在每路電源輸出端放置0.25A自恢復式保險絲，攝像頭最大電流為100mA，0.25A滿足設計要求，當攝像頭故障過流時，保險絲所在電源回路等效斷路，單路攝像頭異常，不影響其余攝像頭工作。SYS_VCC為預留5V攝像頭供電網絡，當攝像頭為5V供電時，將原12V回路斷開（去掉F1），R237電阻貼上即可。

圖8 攝像頭供電電路

1.8 電源樹

圖9 系統電源樹示意圖

2 EMC設計方案介紹

EMC主要的設計思想為隔離干擾源、切斷干擾傳輸路徑、保護受擾體，主要設計方法為屏蔽、隔離、濾波、接地等。

本章主要從電路設計（包括器件的選擇）、線路板設計、屏蔽結構、接地方式等幾個方面進行考慮。

2.1 電路設計

2.1.1晶振電路設計

圖10 晶振電路示意

針對晶振進行聯調，功率匹配，來選擇諧振電容，晶振回路上串接33歐電阻，在滿足時鐘振幅的情況下用來削減時鐘的峰值減小RE輻射。

2.1.2USB接口設計

USB 接口電源和信號線上放置TVS管，當輸入電壓突然增大，超過閾值電平時，TVS管反向導通，提供快速電流泄放通道，從而將電壓鉗位在安全區域，后級電路得到保護。TVS管型號為：ESD5B5VL-2/TR，該器件具有小的漏電流和3PF的結電容，在不影響信號傳輸的同時具備出色的ESD防護能力，可承受超過±16 kV人體模型(HBM)電壓，或承IEC61000-4-2規范中接觸放電和空氣放電±30kV。

圖11 USB接口電源電路

2.1.3CVBS視頻信號輸入接口設計

在視頻信號輸入口放置TVS管PSD24C，該TVS管ESD保護電壓大于±25 kV。

CVBS視頻信號輸入端采用ADA4830單芯片高速差動放大器，該芯片集成最高18 V的輸入過壓(電池短路)保護功能，提供寬輸入共模電壓范圍和出色的ESD魯棒性。ADA4830的輸入受ESD保護，可承受±8 kV人體模型(HBM)電壓。將單端CVBS信號轉化為偽差分信號，抑制不需要的共模誤差電壓。

圖12 CVBS視頻信號輸入電路

2.1.4CVBS視頻信號輸出接口設計

與CVBS視頻信號輸入口一樣，在視頻信號輸出口放置TVS管PSD24C，該TVS管ESD保護電壓大于±25 kV。

圖13 CVBS視頻信號輸出電路

2.2 線路板設計

2.2.1層疊結構設計

全景控制器PCB采用六層板設計，層疊分別為L1：Top，L2：Power，L3：Trace1，L4：Trace2，L5：GND，L6：Bottom，層疊結構如下：

圖14 線路板設計層疊結構示意

信號線盡量走信號層，表層和底層做大面積鋪地，起到對中間層的電磁屏蔽作用。表層鋪地充分打孔，避免出現孤立銅箔，防止出現天線效應。

2.2.2單板定位孔與走線的距離控制

單板上的定位孔與安裝孔等是電磁能量向外輻射的通道，走線應與安裝孔保持30mil以上的距離。

圖15 單板定位孔與走線距離

2.3 屏蔽結構與接地設計

由于全景控制器采用的是金屬外殼，本身就是一個良好的電磁屏蔽罩，故將機殼直接與PCB地相連，起到了良好的電磁屏蔽作用，在RE輻射方面有較強的抑制效果；同時對ESD也有很大的幫助。

3 總結

隨著汽車智能化技術的發展，整車上復雜的電磁環境對車載控制器電源系統的設計影響多樣，因此控制器尤其是視頻類控制器的電源系統設計尤為重要。本文簡要從系統主電源設計、視頻芯片電源設計、攝像頭供電設計、視頻輸入輸出EMC設計、線路板設計等方面針對360°全景泊車控制器電源系統及其過程中的EMC設計進行了初步的設計分析，提供了一種電源系統設計思路，基于此的產品已經通過相關EMC測試并實現了整車量產。

[1] 德國BOSCH公司著,魏春源等譯.BOSCH汽車電氣與電子[M].北京:北京理工大學出版社,2004年7月第1版.70-86.

Design of a 360° panoramic parking Controller Power supply system

Li Donghao, Kan Jingjing

（The Key Laboratory of Anhui Province's Network of Intelligent Network, Technology Center of Jianghuai corporation, Anhui Hefei 230000）

The 360 °panoramic parking system uses four wide-angle cameras and corresponding image processing units to enable drivers to directly view 360 °panoramic views around the body through the display screen, and there is no visual blind area on the ground.It can help the driver to clearly confirm whether there are obstacles around the vehicle, help the driver to park easily and avoid scraping. This paper introduces the power system design of a panoramic parking controller from the design of the main power supply and the video chip power supply, and introduces the EMC design of the controller.

360°Around View Monitor;Power System;EMC

U462

A

1671-7988(2019)14-50-04

U462

A

1671-7988(2019)14-50-04

李東浩，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，汽車智能網聯技術安徽省重點實驗室。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.016