汽車應用的同軸電纜供電基礎知識

同軸電纜供電 （PoC） 的工作原理是通過單根同軸電纜傳輸數據和電力，從而減少攝像頭和高清顯示器等車載系統的布線、重量和復雜性。PoC 對于滿足燃油效率標準、支持不斷增長的攝像頭數量以及增加現代車輛的顯示尺寸和分辨率至關重要。

布線簡化使車輛更易于生產和維護。使用同軸電纜可以顯著減少密集的高速汽車通信和控制系統以及線束中與電磁干擾 （EMI） 相關的挑戰。這導致關鍵信號的傳輸更加可靠和一致。

隨著高分辨率雷達、激光雷達和攝像頭的使用越來越多，以支持高級駕駛輔助系統 （ADAS） 和自動駕駛的日益增加，汽車對高速連接的需求也在不斷增長。最新一代的PoC還可以支持使用平板顯示器（FPD）鏈接等標準的實時驅動程序接口的需求。

PoC 是一個非常強大的概念，它已體現在許多標準中，包括 IC 制造商的專有方法和標準組織的開源實現。每個實施例都提供適合特定應用的信號傳輸速度和功率傳輸能力（表1）。

表 1.支持 PoC 的行業標準示例。（表：TDK)

其中一些標準的最初引入早于 PoC 的發展。例如，FPD-Link III及更高版本可以采用PoC。千兆多媒體串行鏈路 （GMSL） 標準是 PoC 新興使用的另一個例子。GMSL 針對汽車攝像頭和傳感器系統進行了優化。GMSL1 本身并不支持 PoC。新一代更快的標準 GMSL2 和 GMSL3 集成了 PoC。

序列化器和解串器 （SerDes） 接口是 PoC 實現中的常見元素，如上表 1 中列出的元素。使用 SerDes 可以將高頻數字信號和直流電源疊加在同軸電纜上。

SerDes 能夠將來自攝像機、激光雷達和其他源的高速并行數字輸出信號轉換為可通過單線發送的串行數據流。PoC 進一步減少了電纜數量，因為單根電纜同時支持數據和電源。此外，許多 PoC 實施使用兩個通信通道進行數字信息的雙向傳輸。

在 PoC 系統中，正向和后向通道使用頻分復用 （FDM） 通過提供直流電源的同軸電纜傳輸不同頻率范圍內的數據。FDM用于將兩個通道的總可用帶寬劃分為單獨的、不重疊的頻率范圍。

前向或下行通道將高速數據從攝像頭或其他傳感器傳輸到中央 ADAS 系統。傳輸頻率通常為 50 至 1,000 MHz 以上，并根據具體的 PoC 實施和應用要求而有所不同。

后置或上游通道主要用于從中央 ADAS 系統發送到傳感器的控制信號。典型頻率為 1 至 40 MHz。

同軸電纜兩端的專用濾波電路使設備能夠區分直流電源、正向數據和反向通道數據。

在典型的 PoC 濾波器中，偏置三通電感器是在單根同軸電纜上將直流電源與高頻信號分離的重要組件。在PoC系統中，這些電感器阻止交流信號泄漏到電源中，相反，防止電源噪聲影響信號。

電感器能夠通過直流電流，同時向交流信號提供高阻抗，使其成為濾波和功率注入過程中的關鍵元件。發射端和接收端均使用特定的電感器來分離疊加的功率和數據信號，確保可靠的通信而不降低信號質量。

為保證信號完整性，濾波器解決方案必須能夠承載電流以提供電力，而不會使電感器飽和或超過任何濾波器組件的額定值。

為了保持信號完整性和良好的信噪比，PoC 濾波器解決方案的設計必須與同軸電纜通道的較低特性阻抗 （50 Ω） 相比，具有高阻抗（>通常為 1 kΩ），通常為 50 kΩ。使用多個級聯電感電容器 （LC） 級可以在 PoC 系統的整個頻率范圍內保持這種高阻抗（圖 1）。

圖 1.三級級聯電感器可用于 PoC 濾波器，以覆蓋整個帶寬。（圖片來源：Broadcom)

汽車應用中有多種 PoC 標準和實施。所有這些都有助于減輕解決方案重量并提高性能，包括滿足具有挑戰性的燃油效率標準。PoC 支持與攝像頭和激光雷達等設備的雙向通信。支持 PoC 的關鍵組件包括 SerDes 和級聯濾波器。