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Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Energieversorgungsfilter. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung einen miniaturisierten Energieversorgungsfilter, der in Power-over-Coaxial-Anwendungen verwendet wird.
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Hintergrund
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In einem industriellen Bereich oder in einem autonomen/teilautonomen/nicht autonomen Kraftfahrzeug wird eine Mehrzahl von Kameras zum Erlangen einer 360°-Ansicht der Umgebung verwendet. Derartige Kameras sind jedoch bezüglich der Steuereinheit des Fahrzeugs entfernt angeordnet und somit müssen die Bilder, die von den Kameras aufgenommen werden, an die Steuereinheit übermittelt werden. Ferner müssen derartige Kameras auch Energie aufnehmen, um zu arbeiten. Somit kann ein Koaxialkabel, zum Beispiel ein Power-over-Coaxial-Kabel für das Bereitstellen von Energie an die Kamera und auch für das Kommunizieren mit der Kamera verwendet werden. Mit anderen Worten stellt die Steuereinheit der Kamera über das Koaxialkabel Energie bereit, ebenso überträgt die Steuereinheit über das gleiche Koaxialkabel Steuerbefehle an die Kamera und überträgt die Kamera gleichzeitig die aufgenommenen Bilder über das gleiche Koaxialkabel. Bei diesem Vorgang des Übertragens der Bilder nutzt die Kamera einen Parallel-Serien-Umsetzer, um das codierte Bild durch das Koaxialkabel zu übertragen, und decodiert der Serien-Parallel-Umsetzer das serialisierte Bild für den Bildprozessor. 1 stellt beispielhaft eine Konfiguration dar, wie sie als Fachwissen bekannt ist.
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Somit überträgt das Koaxialkabel eine Hochfrequenzkomponente, d. h. die Datensignale zu und von der Kamera, zusätzlich zu einer DC-Komponente, d. h. der Energie, die an die Kamera gegeben wird. Daher ist ein Filter erforderlich, um die Hochfrequenzkomponente aus der Energie, die von dem Koaxialkabel empfangen wird, herauszufiltern, um der Kamera Energie zuverlässig bereitzustellen. Dies gewährleistet, dass die Video- und Kommunikationssignale durch die Energieversorgungsschaltungsanordnung nicht gedämpft und beeinträchtigt werden. In der Terminologie der Signalübertragung hält der Power-over-Coax-Filter die Wellenimpedanz des Kanals (Koaxialkabel plus Leiterplattenleiterbahnen) in den Frequenzen aufrecht, bei denen sich diese Signale ausbreiten. Eine derartige Filterschaltung ist in 2 beispielhaft dargestellt.
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Ein Fachmann würde bemerken, dass eine derartige Filterkonstruktion eine oder mehrere Ferritperlen (eng. ferrite bead) (FB1, FB2) zum Filtern oder Drosseln der Hochfrequenzkomponente erfordert, um die Gleichstromleistung zu konditionieren, die auf dem Koaxialkabel für die Kamera empfangen wird. Derartige Ferritperlen sind sperrig und beanspruchen auf einer Leiterplatte und auch der Kamera viel Raum. Ebenso weisen Ferritperlen eine nicht lineare Beziehung zu Bias-(Gleich)-Strom auf. Mit zunehmendem Gleichstrom fällt die Impedanz der Ferritperle deutlich. Jedoch gibt es eine stetig wachsende Nachfrage hinsichtlich der Miniaturisierung von Platinen bei Beibehaltung und Vergrößerung der Effektivstromversorgung.
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Daher besteht eine Aufgabe, den unbewältigten Bedarf für einen miniaturisierten Leistungsfilter zu erfüllen, der nicht die Wirkung des Bias-(Gleich)-Stroms auf Ferritperlen erfährt, und dadurch die vorstehend angeführten Probleme der Technik zu überwinden.
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Kurzdarstelluna
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Power-Coax-Filter (oder einfach einen Leistungsfilter), wie in den angefügten Patentansprüchen definiert. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen miniaturisierten Power-over-Coax-Filter, der in Power-over-Coaxial-Anwendungen verwendet wird.
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In einer Ausführungsform weist der Power-over-Coax-Filter einen ersten Induktor auf und einen zweiten Induktor, der mit dem ersten Induktor in Reihe geschaltet ist. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Induktor Induktoren, die oberflächenmontiert sind. Ein erstes Ende des ersten Induktors ist mit dem Innenleiter des Koaxialkabels verbunden. Ein erster Satz von einem oder mehreren Filterkondensatoren ist miteinander parallelgeschaltet, wobei der erste Satz von Filterkondensatoren mit dem zweiten Induktor in Reihe geschaltet ist, wobei die Filterkondensatoren mit Erde verbunden sind. Die gefilterte Ausgangsleistung wird von dem elektrischen Knotenpunkt des zweiten Induktors und des ersten Satzes von Filterkondensatoren abgeleitet oder bereitgestellt. Ferner ist Erde mit einer Abschirmung des Koaxialkabels verbunden. Der Leistungsfilter weist ferner einen Widerstand auf, der zu dem zweiten Induktor parallelgeschaltet ist. Der Power-over-Coax-Filter weist ferner einen zweiten Satz von einem oder mehreren Filterkondensatoren zum weiteren Reduzieren von Welligkeiten in der gefilterten Ausgangsleistung auf.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform davon, die lediglich beispielhaft erfolgt, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen klarer verständlich werden, wobei:
- 1 eine Power-over-Coax-Architektur für eine entfernte Kamera, die mit einer Steuereinheit verbunden ist, wie als Fachwissen bekannt, beispielhaft darstellt;
- 2 einen Energieversorgungsfilter des Standes der Technik, der in Power-over-Coaxial-Anwendungen verwendet wird, beispielhaft darstellt;
- 3 einen Energieversorgungsfilter, der in Power-over-Coaxial-Anwendungen gemäß einigen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, beispielhaft darstellt; und
- 4 die Frequenzantwort des Energieversorgungsfilters, der in Power-over-Coaxial-Anwendungen gemäß einigen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, beispielhaft darstellt.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Power-over-Coax-Filter. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen miniaturisierten Energieversorgungsfilter, der in Power-over-Coaxial-Anwendungen verwendet wird.
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3 stellt beispielhaft einen Power-over-Coax-Filter dar, der in Power-over-Coaxial-Anwendungen gemäß einigen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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Wie in 3 dargestellt, weist der Power-over-Coax-Filter einen ersten Induktor (L1) auf sowie einen zweiten Induktor (L2), der mit dem ersten Induktor (L1) in Reihe geschaltet ist. Ein erstes Ende des ersten Induktors (L1) ist mit dem Innenleiter des Koaxialkabels (S1) gekoppelt. Zweckmäßigerweise sind der erste und der zweite Induktor Induktoren, die oberflächenmontiert sind. Der erste Induktor (L1) weist vorzugsweise eine Induktivität von etwa 470 nH (Nanohenry) und einen Nennstrom von ca. 310 mA (Milliampere) auf. Der zweite Induktor (L2) weist vorzugsweise eine Induktivität von etwa 10 uH (Mikrohenry) und einen Nennstrom von ca. 430 mA (Milliampere) auf.
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Ein erster Satz von einem oder mehreren oberflächenmontierten Filterkondensatoren (C1, C2) ist miteinander parallelgeschaltet, wobei der erste Satz von Filterkondensatoren mit der zweiten Induktivität (L2) in Reihe geschaltet ist und die Filterkondensatoren mit Erde verbunden sind, wobei die gefilterte Ausgangsleistung von dem elektrischen Knotenpunkt (Vout) der zweiten Induktivität und des ersten Satzes von Filterkondensatoren abgeleitet wird. Ferner ist Erde mit dem Außenleiter des Koaxialkabels (S1) verbunden. Der erste Satz von Kondensatoren (C1, C2) ist derart ausgewählt, dass es Kondensatoren mit 10 nF (Nanofarad) und 100 nF (Nanofarad) sind. Es versteht sich, dass beim Entwerfen des Power-over-Coax-Filters andere Werte gewählt werden können.
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Der Leistungsfilter weist ferner einen Widerstand (R1) auf, beispielsweise einen oberflächenmontierten Widerstand, der zu der zweiten Induktivität (L2) parallelgeschaltet ist, wobei der Widerstand (R1) einen Widerstandswert von etwa 3,9 kΩ (Kiloohm) aufweist. Der Power-over-Coax-Filter weist ferner einen zweiten Satz von einem oder mehreren Filterkondensatoren (C3, C4, C5, C6) zum weiteren Reduzieren von Welligkeiten in der gefilterten Ausgangsleistung (Vout) auf. Der zweite Satz von Filterkondensatoren (C3, C4, C5, C6) sind Kondensatoren mit 10 uF (Mikrofarad). Es versteht sich, dass die Erfindung die Verwendung spezifischer Induktivitäten anstelle der Ferritperlen beinhaltet, die im Stand der Technik verwendet werden, um einen effizienteren und kleineren Leistungsfilter zur Verwendung in einer Vorrichtung bereitzustellen, die mit einem Koaxialkabel verbunden ist.
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4 stellt beispielhaft die Frequenzantwort des Power-over-Coax-Filters dar, der in Power-over-Coaxial-Anwendungen gemäß einigen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Ferner ist die Impedanz des Leistungsfilters größer als 1 Kiloohm für Frequenzen zwischen 5 MHz (Megahertz) bis 2,5 GHz (Gigahertz).
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Ein Fachmann würde bemerken, dass ein Leistungsfilter der vorliegenden Erfindung die Platinenfläche, die von dem Leistungsfilter benötigt wird, um etwa 60 Prozent miniaturisiert und ferner den Strom erhöht, der der Kamera bereitgestellt wird (etwa 300 mA). Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist das Vermögen der Schaltung, mit deutlich höheren Gleichströmen verwendet zu werden, etwa 300 mA gegenüber einer Begrenzung von etwa 100 mA des Stands der Technik. Dies ermöglicht nicht nur Kameras höherer Leistung, sondern es ermöglicht auch die Verwendung von Kameras mit niedrigerer Spannung bei gleicher Leistung. Daher wird die vorgeschlagene Erfindung einen PoC-Filter zulassen, der 58 % der Leiterplattenfläche im Vergleich zu dem derzeitigen Stand der Technik belegt. Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung mit einem Bias-(Gleich)-Strom von bis zu 300 mA konform, gegenüber 100 mA bestehender Lösungen.
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In der Patentschrift gelten die Begriffe „aufweisen, aufweisend“ oder Variationen davon sowie die Begriffe „umfassen, umfassend“ oder Variationen davon alsgänzlich austauschbar und für sie alle sollte die größtmögliche Auslegung gestattet sein und umgekehrt.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann sowohl in der Konstruktion als auch in den Einzelheiten variiert werden.
