DC-DC芯片在车载以太网摄像头中的设计应用

　　随着汽车电子的不断进步，车载以太网也进入了一个快速发展的阶段，其中车载以太网摄像头的开发和应用尤为迅速。实际上摄像头在车上是属于ADAS系统的部件，而ADAS系统本身涉及到车辆自身、驾乘人员其他车辆、人、物的安全，因而对ADAS系统的可靠性、耐用性要求极高。

　　值得注意的是，ADAS系统供电部分的设计对系统可靠性的影响非常大。因此在进行电源电路设计时，需要选择高可靠性的器件、增加相应的保护措施、预留足够的设计余量、顾及到电源系统的散热性能，对整个系统设计意义重大。

　　笔者在开发一款车载以太网摄像头的设计中，选择了RICOH的DC-DC芯片R1245S003E作为12V转3.3V的电源方案。车载以太网摄像头内部架构和电源电压需求，如下图：

　　整个方案需要3.3V、2.8V和1.8V三种电源，其中3.3V由12V DC-DC转换，2.8V和1.8V由LDO从3.3V转换。下面和大家一起分享下选择DC/DC转换器R1245S003E的理由和设计注意事项。

　　一、器件选型

　　首先，介绍下车载以太网摄像头产品对DC-DC电源的要求：

　　1)满足AEC-Q100认证要求

　　2)需要承受大于25V的输入电压

　　3)需要输出短路保护功能

　　4)需要过热关断保护功能

　　5)需要较小的静态电流消耗

　　6)较高的开关频率保证效率和合适的封装尺寸

　　7)输出能力预留20%的实际电流需求余量

　　下面看Ricoh R1245S003E是否满足DC-DC的设计要求，如下R1245x系列的主要特性。

　　• 最大输入电压范围：4.5V至30V(32V)(注释：满足车载摄像头电压输入要求)

　　• 工作温度范围：-40°C至105°C(注释：满足车载摄像头工作温度要求)

　　• 内部集成N-MOSFET： Ron=0.35欧姆(Typ.)

　　• 使用外部电阻，实现可调的输出电压：0.8V or more

　　• 反馈电压和误差：0.8V±1.0%

　　• 输出电流限制： 2.0A(Typ.)(注释：满足车载摄像头系统3.3V 600mA电流要求)

　　• 低电压锁定： 4.0V(Typ.)

　　• 工作频率：

　　~330kHz (A/B version)

　　~500kHz (C/D version)

　　~1000kHz(E/F version)

　　~2400kHz(G/H version)

　　(注释：1000KHz开关频率满足效率要求)

　　• Fold-back 保护频率：

　　~170kHz(B/D版本)

　　~250kHz(F版本)

　　~400kHz(H版本)

　　• 闭锁保护延迟时间：4ms(Typ.) for A/C/E/G版本(注释：满足输出短路保护要求)

　　• 热关断保护：160°C(Typ.)(注释：满足热保护要求)

　　• 输入输出陶瓷电容推荐

　　• 待机电流：0μA(Typ.) (注释：满足待机低电流要求)

　　• 封装类型：HSOP-8E， DFN2020-8(注释：5.2mmX6mm HSOP-8E满足实际设计要求)

　　• AEC-Q100 认证封装：HSOP-8E(注释：满足AEC-Q100要求)

　　以上可以看出，R1245S003E完全满足产品的设计需求。我同时比较了价格接近的TI LM5XX 芯片，相对R1245S003E，LM5XX缺少短路保护，同时静电流偏大(23uA)，所以设计选择了R1245S003E。

　　二、具体的线路设计

　　三、设计注意事项

　　1)器件选型时，输出的电容ESR尽可能小，输出电容ESR会影响电源纹波，ESR越小，纹波越小;

　　2)输出端的电感值和电容值选择要配合好.如果电感值较大，会导致动态响应不够。相反，如果电感值小，电流感应量可能会增加太多，电源输出不稳定;

　　3)Layout布局时，Vin的电容需要靠近IC摆放，而且电容连接GND的pintrace要尽可能的短;

　　4)IC背面散热GNDPAD，对于多层板，为了获得更好的散热效果，要尽可能多打一些过孔，连接到其他层GND，利用其他层的GND铺铜辅助散热;

　　5)R32、R33反馈电阻靠近ICFB#pin，反馈回路要尽可能短，也要避免其他信号都其的干扰。

　　四、设计过程中遇到问题

　　笔者设计最开始选择了内部工作频率为2400kHz的G版本IC，目的是减少电感值从而减小电感尺寸。但是产品在85℃环境温度的可靠性测试条件下，发现Camera Sensor工作时有一些噪点，经测量发现Camera Sensor温度偏高。

　　因为车载摄像头体积相对较小，PCB板子面积被压缩很小，电源IC和Camera Sensor、Camera Processor、Ethernet PHY集体产生的热能都就被释放在摄像头内部狭小的空间。所以必须优化每个IC的效率，减少其热能产生，同时加强热能传导到摄像头外壳才能解决问题。

　　经过分析，我后来选择了内部工作频率为1000kHz的E版本，测试发现PCB整体温度有所降低，Camera Sensor工作噪点的问题消失。原因是芯片内部工作频率越高，IC 内部high side MOSFET的内阻产生的功率消耗越大。导致IC温度过高，增加了整个PCBA体的温度，影响到Camera Sensor的工作。

　　经过严格的可靠性测试，R1245S003E完全满足车载以太网摄像头的设计要求，我认为也值得在汽车导航，音响，车载其他以太网设备上推荐使用。同时，电源IC内部工作频率的选择的问题，并不是越高越好，我们需要考虑IC内部热量的产生或者EMI等方面的问题。希望本文给大家带来一些提示，对大家以后的设计有所帮助，谢谢!