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POC电路分析整理.doc

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.56M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    2.同轴供电：汽车应用设计指南
    1.什么是 POE 供电？ 以太网供电(PoweroverEthernet)也称为 PoE 供电，是有源以太网供电的简称，指的是 在现有布线基础架构不作任何改动的情况下，在与一些基于 IP 的终端传输数据信号的同时， 还能为此类设备提供直流供电的技术。 2.什么是 POC 供电？ POC(PowerOverCoaxia)一种基于同轴线的视频，同轴控制，电源叠加的技术。在同轴 电缆传输中即传输高清视频信号、同轴信号又传输电源，即将高清视频、同轴等信号与供电 电源复合在一起，在一根同轴线上传输。 3.两者在技术特点上有何区别？ 1)传输介质不同 POE 系统通过双绞线来传输，而 POC 系统利用同轴线缆传输。 2)传输方式不同 POE 是通过 CAT.5 及以上的网线，在差分线上传输数字网络信号的同时，给 PD 端进 行供电。POE 供电方式通常有 2 种方式，如下图所示：种用到 8 芯网线，利用 4、5、6、7 号空闲端进行电源传输，信号与电源是分开传输；第二种用到 4 芯网线，即利用 1、6 数据 端即传输电源也传输数字信号，实现信号与电源叠加传输。 图 1POE 供电系统图 POC 采用单线传输方式，只采用两芯同轴线缆架构更简单，但需要单端长距离传输高 频模拟视频信号，技术难度更大。 首先在叠加过程中，难度的是解决解决直流电源与视频信号叠加传输的问题，保证在高 清视频不失真，下面我们将通过原理分析，说明叠加过程，具体原理如图所示：
    图 2POC 供电系统原理图 D2、L2、C2、端接匹配电路组成的叠加模块是本系统的核心模块之一，主要完成直流 电源与模拟高清视频信号的高频分量叠加。原理是：对直流电源而言，电感 L2 无感抗，即 对于直流电源来说，在 D2，L3，端接匹配三者并联的电路上感受到是 0 阻抗，电源可以直 接从同轴接口 BNC1 输出到相机，并给相机供电。与此同时，电容 C2 对直流电源来说是高 阻抗，所以 C2 可以将直流电压与滤波器、模拟高清视频处理芯片分离开，直流电源不会影 响到高清视频的输入。 而对从同轴接口 BNC1 输入的模拟高清视频源的高频分量，属于高频交流信号。对于 高频交流信号，电容 C2 的阻抗较低，即对于模拟高清视频源而言，从输入 BNC1 到模拟高 清视频 AD 过程中感受到的是低阻抗。但由 D2、L3、端接匹配并联的电路对于模拟高清视 频源的高频分量而言属于高阻抗，即对于模拟高清视频信号的高频分量来说，到电源端受电 端感受的阻抗较大。通过这个原理，可以把高清模拟视频源与 VCC 隔离开，使高清模拟视 频源可以叠加到 VCC 上，相互不受影响，并行不悖，完成模拟高清视频线上叠加电源的功 能。 上述模块可以解决高清视频信号高频分量叠加的问题，但高清视频信号不仅包含高频分 量，还包含低频的信号。对于高清视频的低频信号而言，由于由于电感 L2 是 mH 级，无法 做到对低频也是高阻，所以仅通过上述模块无法实现无失真叠加。R4，C1，Q3，Q4，C1 组成的叠加模块是本系统的核心模块之二，可以完成高清视频信号的低频部分叠加功能，原 理如下：
    通过外部偏置参数的设置使三极管 Q3，Q4 处于放大区，使 Q4 的管脚 3 电压高于管 脚 1 电压，管脚 1 电压高于管脚 2，这样供电电流经过 Q3，Q4 放大后，通过 Q4 的 3，2 管脚流向电感 L2。但对于高清模拟视频而言，属于交流信号，C1 低阻抗，利用三极管在放 大区的特性(流经三极管 1，2 管脚的电流决定了流经 3，2 的电流)以及 R5 的高阻抗，使流 经 Q3、Q4 的电流极小，可以忽略不计，高清视频信号在经过该模块时感受到的阻抗约等 于 R4。通过设置 R4 的阻值可以实现对高清模拟视频高阻抗的目的。其精髓是将三极管设 定为放大状态，利用三极管在放大区的特性，实现对模拟高清视频信号表现为高阻抗，从而 使得在不同频谱段的视频信号保持衰减恒定。 3)应用总结 POE 的方案是传输网络数据，传输过程数字化、网络化，且传输的可靠性好，但传输 前需要将图像数字化，成本比较高同时存在网络延时，并且传输距离短只有 100 米。在视 频监控领域主要应用于网络视频监控的项目。 POC 供电系统及电源传输，PTZ 控制，视频传输与一体，在工程布线中，这不仅可以 节约可观的成本，而且可以缩短施工时间，同时传输距离远可达 400 米。在视频监控领域 主要应用于模拟视频监控项目。 4.如何判断一个供电系统的好坏，关键核心在哪里？ 两者技术都是实现视频信号与电源信号同步传输，降低施工成本，达到方便施工的目的。 自然就得从系统的可靠性和稳定性这两方面去考量，如果频繁出现故障相信也不会得到大家 的信赖。 1)自我检测功能： 首先两个系统都具备自我检测和匹配的功能。POE 系统先通过 PSE 供电端完成对受电 端 PD 的匹配检测，只有符合 POE 供电标准的设备才能被通过匹配，进而开始供电。 POC 系统通过检测只有前端符合 POC 标准的摄像机才能被匹配，如果受电端发生故 障，或是线缆损坏就会自动断电，从而避免线缆和设备造成损坏。 2)过流保护功能 POC 系统具备过流保护功能，即通过电阻两端的压降实时监测供电模块的输出电流， 当输出电流过大时，能够及时关闭电源的输出，进而保护整个系统。
    2.同轴供电：汽车应用设计指南 随着汽车制造商使用更多的摄像机和传感器来实现汽车安全要求，同轴供电(PoC)为寻求降 低车身重量的汽车设计师们提供了一个紧凑型解决方案。然而，世上没有十全十美的东西， 该方案在通过同一电缆输送电力和前后通道信号时可能会出现问题。另外，系统供电所用的 汽车电池在冷启动运行时会产生低至 3V 的宽电压偏移，并在钳位负载突降或其他瞬态条件 下达到 42V。为了确保诸如高级驾驶辅助系统(ADAS)等重要系统在任何汽车状况下都可以 正常运行，一款设计良好的供电系统是必不可少的。 图 1 所示为配备流行的平板显示器(FPD)链路 III 数字视频接口的 ADAS 系统范例。解串 器通过同轴电缆发送电力与控制信号，而串行器也通过该电缆发回视频信号。系统有四个显 著的电源模块：解串器电源、解串器侧发出的摄像机电源、串行器电源和摄像机影像传感器 电源。
    图 1：百万像素摄像机系统方块图 百万像素摄像机系统的最大挑战就是同轴电缆潜在的压降。为了确保压降不会带来信号完 整性问题，需在传输 PoC 前将解串器电压增至至少 9V。一旦将电力输送至串行器侧后，必 须将电压调回串行器和影像传感器所用工作电压。 让我们把这些方块图分解开来看。从串行器侧开始，尺寸是主要的考量（还有噪声和电源 抑制比[PSRR]），我推荐使用 LM53600-Q1 降压转换器，以及用于串行器电源和影像传感 器电源的 LP5912-Q1 低压差稳压器(LDO)。LM53600-Q1 具有 3.55V - 36V 宽输入电压 范围、高达 42V 的瞬态电压、23µA 静态电流(IQ)和 3mm × 3mm 封装尺寸。另外还推荐 使用 LP5912-Q1，其在 1 kHz 频率下的电源抑制比高达 73dB、输出噪声为 12µVRMS、静 态电流为 30µA、封装尺寸为 2mm × 2mm。由于电源纹波和噪声会直接影响图像质量， 因此，高电源抑制比和低输出噪声对摄像机应用至关重要。由于两个装置的运行都只需很少 的外部组件，因此，实现了总体解决方案尺寸的小型化。 在解串器侧，解串器的电源模块与串行器的电源模块相似。另外，为了节约材料清单(BOM) 成本，建议使用 LM53600-Q1 和 LP5912-Q1。在本例中，不一定要从尺寸着手来节约成 本，因此，您可以使用其他解决方案。然而，这些解决方案可能会要求更多的外部组件，提 升整体设计成本。为了避免使用额外的组件，您可以访问 TI.com 查看其他合适您设计的可 能解决方案。 最后，摄像机电源模块负责通过同轴电缆将电力从解串器输送至串行器。从这一模块发出 的电力必须增压至 9V 并搭配信号路径。根据 DS90UB91x 数据表第 8.5 部分来看，差分输
    出电压|VOD| （DOUT+ 和 DOUT-）仅在 269mV 和 412mV 之间。这意味着该模块的输 出必须足够空闲，以避免影响信噪比(SNR)。幸运的是，用于确保串行器和解串器匹配 50Ω 阻抗的 PoC 过滤装置所包含的电感器能够帮助挡住来自升压转换器的高频纹波。开关频率 越高，衰减越大。针对本应用，我推荐 1.2MHz 开关频率的 TPS61093-Q1 用于增压调节。 如图 2 所示，PoC 过滤装置中安装了约 100µH 典型值的电感器后，输出波纹衰减约-57dB， 或相当于升压转换器发出的原波纹电压的 0.2%。 图 2：PoC 电感器波纹衰减 百万像素摄像机是众多在汽车行业不可或缺的传感器之一。随着汽车使用越来越多的传感 器实现安全和舒适性能，使用设计良好的系统进行同轴电力传输能够节约成本和空间。
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