用于PoC的片状电感器 LQW21FT_0H系列
通过提高元件选择效率支持引入高速车载网络的PoC方式
配备多个摄像头的下一代车辆及简化其布线的PoC
近年来，配备多个车载摄像头的汽车在市场上已经司空见惯（图1）。自动驾驶汽车配备了大量的车载摄像头来识别外部环境。
在为增加车载摄像头的数量做准备时，仍有一些技术问题需要解决。其中之一是减少连接摄像头的电缆。由于车载摄像头是电子设备，所以需要连接电源线。此外，还需要将拍摄的视频数据发送到控制计算机（ECU）*1的信号线。如果将这两种类型的电缆连接到每个摄像头，随着安装的摄像头数量的增加，汽车内部将充满电缆。电缆的增加阻碍了汽车的轻量化并导致燃油经济性变差。
*1 ECU（Electronic Control Unit）是指控制车载设备的计算机。每辆车配备100个或更多ECU的车型已经出现，并且随着车载设备控制变得更加复杂，配备的数量也有增加的趋势。
为了减少连接到车载摄像头的电缆数量，将信号线和电源线集成的技术“PoC（Power Over Coaxial）”（图2）得到了许多OEM*2和Tier1*3的关注，采用的情况也越来越多。目前，传输来自车载摄像头的视频数据时，大多使用被称为SerDes（Serializer/Deserializer）的数字接口将图像传感器输出的并行信号转换为串行信号并作为高频信号传输。正如“以及时准确的产品开发，推动车载网络进步的村田车载电感器产品（前篇和后篇）”一文中介绍的那样，PoC可使用单根同轴电缆发送与SerDes兼容的图像信号和控制信号以及直流电源。
*2 OEM（Original Equipment Manufacturer或Original Equipment Manufacturing）是指以委托方的品牌产品的制造商或生产活动。
*3 Tier 1是指在汽车行业将本公司生产、开发的元件直接向整车制造商供应的企业。此外，向Tier 1供应元件的企业称为Tier 2。
将信号和电源彻底分离的偏置T电路
在引入PoC时，需要在发送信号和电源的一侧及接收的一侧双方嵌入一种被称为偏置T电路的电路（图3）。 偏置T电路是用于将高频频段传输的SerDes信号与（低频侧的）直流电源分离的电路。该电路由阻止高频视频信号的电感器和阻止直流电源的电容器组成。
在设计偏置T电路时，必须选择具有能将信号和电源彻底分离的特性的电感器。如果分离不彻底，则高频信号可能会流入电源电路，引起电源波动，导致设备故障。所使用的电感器必须是一种在宽带（几MHz到几GHz）上用作高阻抗滤波器的电感器。然而，用一个电感器难以覆盖宽带，通常将多个电感器和铁氧体磁珠组合在一起才能满足所需的特性（图4）。
轻松地根据应用选择构成偏置T电路的元件
从种类繁多的电感器产品中选择理想组合的操作需要出乎意料的大量精力和时间。首先，必须选择与传输信号的频率、提供的电源电流量、使用环境的温度等条件相适应的组合。此时，通过将单个元件的特性单纯相加是无法判断的，这是因为在安装电路的电路板上产生的寄生电容*4和寄生电感*5，以及连接到电路板上的同轴电缆长度和特性都会极大地影响高频段范围的工作状况。因此，在选择要采用的元件时，必须考虑所设计的车载摄像头系统的规格、安装电路的基板的特性，在通过仿真确认动作的同时，尝试各种元件组合，从而找出理想方案。
*4 寄生电容是指设计者不希望出现的电容，电路板上的布线之间表现得像电容器时会产生这种电容，也称为杂散电容，其大小取决于布线图案的位置关系和形状、电路板材料等。通常情况下，它对低频电路的工作没有显著影响，但可能会引起高频电路误动作。一般情况下，在电路图等上面不绘制寄生电容，因此，在试制后的电路出现故障时，必须仔细检查和分析其造成的影响。
*5 寄生电感是指设计者不想要的电感，它是在电路板上的布线表现为电感（线圈）时产生的，也称为杂散电感。与寄生电容类似，其大小取决于布线图案的位置关系和形状、电路板材料等，可能会引起高频电路误动作。
为了减少元件选择的工作量，村田制作所（以下简称村田）开发了一种名为“Bias-T Inductor Selection Tool”（以下简称BIST）的工具，支持选择要嵌入偏置T电路的电感器，并从2020年5月起在网站上免费发布*6。通过最低限度的条件设置，从村田电感器和铁氧体磁珠产品中找出并显示最佳的元件组合。有了BIST，选择元件所需的精力和时间大大减少，无需专业知识也能选择合适的元件。
*6 Bias-T Inductor Selection Tool可与本公司的设计支持工具SimSurfing一起使用。
从车载摄像头设计人员的角度，让为复杂的偏置T电路选择元件变得更简单
在引入可以用单根同轴电缆连接车载摄像头的PoC时，需要设计可以彻底分离信号和电源的偏置T电路。然而，此时使用的电感器无法简单地选择。使用村田开发的BIST后，任何人都能轻松地选择合适的元件。我们向参与BIST开发的负责人咨询了公开BIST的目的以及其中包含的功能。
在选择构成偏置T电路的元件时，有许多现象需要考虑
――在车载摄像头中使用PoC正在获得越来越多的关注。请告知PoC的采用状况。
已有很多OEM和Tier1采用了PoC，引入了采用PoC的车载摄像头系统的汽车已从数年前开始投放市场。
――PoC必不可少的偏置T电路应该遵守哪些标准？
开发和提供支持PoC的SerDes接口芯片的IC制造商定义了该公司产芯片稳定工作的信号线透射特性（S21）、反射特性（S11）和S21/S11等标准。此外，OEM可能会制定自己的标准并要求Tier1执行，这些标准比IC制造商定义的标准更严格。在选择构成偏置T电路的元件时，必须同时考虑到这些特有的标准来选择元件。
――选择元件时应注意哪些要点？
为了选择作为偏置T电路能可靠地工作的元件，必须考虑到电路中出现的许多现象。首先，将多个电感器串联以创建宽带滤波器时，会出现反谐振*7。为了抑制反谐振，需要添加与电感并联的电阻，但反谐振以外的特性会变差。因此，为了获得所需的滤波器特性，必须选择具有适当电阻值的元件。此外，由于电感器和电路板内饰之间产生的寄生电容的影响，也会出现反谐振。偏置T电路的特性会因电路板的种类和排列方式而变化。在选择高精度元件时，需要考虑各元件的寄生电容，选择能够在抑制反谐振的同时尽量减少元件数量的元件。
* 7 反谐振是指由于电感器的电感和电感器本身与电感器和基板之间随着频率的增加而产生的寄生电容导致阻抗（对交流电的电阻）变得非常高的现象。如果在PoC中出现这种现象，则可能无法稳定供电。
在设计偏置T电路时从客户的角度追求易用性
――为什么会想到开发为选择构成偏置T电路的元件提供支持的BIST？
考虑到PoC的应用范围将会扩大，村田为客户开发的车载摄像头系统分别提出了适用的电感器方案。然而，从接到提案要求到完成元件选择，工程师需要花3到5天的时间。刚开始时，由于提案件数很少，因此可以应对，但随着提案件数的增加，逐渐变得无法全部应对。因此，我们想到了将公司内部的工程师拥有的元件选择技能做成工具，以便让任何人都能选择合适的元件。
――也就是说刚开始是打算在公司内部使用的，那为什么后来又想将该工具公开发布呢？
这是因为我们认为客户和村田公司内部一样在选择元件时很困难。BIST是基于将其发布的前提而开发的，我们的目标是使其成为即使缺乏专业知识也易于使用的工具。
――为了更加易于使用，你们在哪些方面做了努力？
我们非常重视通过很少的输入项找到村田产品中最佳的电感器组合。在我们开发的BIST中，只要指定视频数据信号的频率、直流电源的电流值和使用环境的温度，即可通过单击来显示村田产品中最佳的电感器组合（图5）。
此外，我们还特别注意在输入后瞬间找到并显示理想的解决方案。以循环方式考虑组合村田的电感产品时，需要计算超过100亿个的偏置T电路，无法在现实的时间内得到理想结果。因此，通过开发一种结合了村田工程师拥有的元件选择技能的算法，并建立了一种高速处理大量产品数据的方法，我们能够在大约1秒钟内拿出答案。
通过上传客户特定的电路板信息，也可进行高精度的元件选择
――客户是否可以加上实际使用的电路板上的信息来选择元件？
可以。首先，（S21、S11等）客户特有的标准通过上传文件就能选择符合这些标准的元件。此外，电路板信息的初始值中输入了村田的评估电路板特性，但是通过输入客户的电路信息，即可在考虑电路板上的杂散电容的基础上,在村田产品中选择最佳元件 。通过使用这些功能，可以更高精度地选择元件。相反，BIST计算出的特性与实际电路板的特性之间的差异也可以通过改变电路板信息来帮助调查原因。
顺便说一下，选择元件时进行的仿真可以针对3种类型的电路。(1) 包含电缆的偏置T电路，(2) 无电缆的偏置T电路，(3) 只有电感器部分的电路（图6）。
――作为BIST的输出，可以获得什么样的信息？
显示可在宽带范围内获得村田产品中最佳特性的电感器和铁氧体磁珠的组合（图7）。近年来，车载摄像头已经小型化，因此不仅可以找到理想的组合，还可找到将摄像头侧安装面积设为超小、在ECU侧获取超大余量的组合。
此外，还可以获得所需特性（S21/S11）和所选元件的频率特性比较、元件数量、所选元件的贴装面积、总电阻值等信息（图8）。输出数据的S参数和SPICE电路文件等可以作为数据下载，供用户在仿真中使用。
希望能将使用PoC选择元件推广到工业设备
――BIST未来如何进化和发展？
我们希望将其使用范围扩展到处理电力电压更高的工业电机应用。基于SerDes的PoE*8还用于机器视觉，这些机器视觉用于工厂生产线上的质量检测。在这些领域的摄像头系统设计中，元件选择的问题也与用于车载时相同，并且使用BIST是有效的。
*8 PoE是Power over Ethernet的缩写。它是一种通过1根以太网电缆（LAN电缆）同时实现数据通信和对电子设备进行供电的技术。广泛应用于监控摄像头、路由器、IP电话等。最大供电为15.4W的技术已被作为“IEEE802.3af”、30W的技术已被作为“IEEE802.3at”（也叫PoE+）、90W的技术已被作为“IEEE802.3bt”（也叫PoE++）标准进行标准化。
此外，目前可以使用特性最佳组合或元件尺寸最小组合在村田产品中进行选择，我们希望能提供更加多样化的选择方案。已有客户希望知道价格最低的元件组合。
选择PoC元件时必不可少的BIST
今后，不仅在汽车上，而且在推进数字化转型（DX）的工业设备上，先进摄像头系统的使用将更加活跃。PoC的应用领域将越来越广，在选择组成偏置T电路的元件时可以减少工作量的BIST的重要性也越来越高。随着元件选择数量的增加，缺乏对偏置T电路中出现的现象进行详细考虑所需要的知识和技能的系统开发人员数量预计将会增加。此外，随着应用系统的规格变得更加多样化，选择时的视角将变得更加多样化，因此，可能需要进行更加高级的判断。
不过，虽然选择适当的元件是设计高可靠性偏置T电路必不可少的作业，但并不能说它本身就是一项高附加值作业。在村田公司内部，BIST已成为不可或缺的工具，一些工程师甚至表示：“选择PoC的元件时不使用 BIST是无法想象的”。它是我们向开发利用PoC的系统的各位客户强烈推荐使用的一款工具。