【導讀】PoC是Power over Coax的縮寫
，是一種通過在信號電纜上疊加電源實現無需另外準備電源專用電纜的傳輸方法。在汽車中被用於ADAS和he環huan視shi攝she像xiang頭tou，有you助zhu於yu簡jian化hua布bu線xian設she計ji和he減jian輕qing線xian束shu的de重zhong量liang。在zai工gong業ye設she備bei中zhong被bei用yong於yu外wai觀guan檢jian查zha攝she像xiang頭tou等deng，寬kuan敞chang的de生sheng產chan線xian需xu要yao較jiao長chang的de電dian纜lan，但dan是shi通tong過guo使shi用yongPoC可以減少電纜數量並簡化布線。

01. 什麼是PoC?

PoC是Power over Coax的縮寫
，是一種通過在信號電纜上疊加電源實現無需另外準備電源專用電纜的傳輸方法。

傳統傳輸係統和PoC之間的區別

PoC用於汽車和工業設備。在汽車中被用於ADAS和環視攝像頭，有助於簡化布線設計和減輕線束的重量；

在工業設備中被用於外觀檢查攝像頭等
，寬敞的生產線需要較長的電纜，但是通過使用PoC可以減少電纜數量並簡化布線。

PoC係統應用實例

02. PoC所需的電路

PoC多用於SerDes接口，其中串行器和解串器通過同軸電纜連接。

在該同軸電纜上，高頻信號和直流電流疊加在一起。

在這種情況下，將配置偏置T電路，以防止高頻信號串入電源線中，或者直流電流流入解串器中。

偏置T電路中使用了阻斷直流並同時使高頻通過的電容器，以及阻斷高頻並同時使直流通過的線圈。

本文中將用於偏置T電路的電容器稱為偏置T電容器。

PoC係統的典型電路構成

由於Bias-T電(dian)感(gan)器(qi)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)阻(zu)止(zhi)交(jiao)流(liu)電(dian)並(bing)通(tong)過(guo)直(zhi)流(liu)電(dian)，因(yin)此(ci)該(gai)電(dian)感(gan)器(qi)必(bi)須(xu)具(ju)有(you)高(gao)阻(zu)抗(kang)。如(ru)果(guo)阻(zu)抗(kang)過(guo)低(di)，則(ze)交(jiao)流(liu)信(xin)號(hao)成(cheng)分(fen)會(hui)泄(xie)漏(lou)到(dao)電(dian)源(yuan)線(xian)
，並(bing)且(qie)沿(yan)同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)傳(chuan)輸(shu)的(de)信(xin)號(hao)成(cheng)分(fen)會(hui)衰(shuai)減(jian)。

Bias-T電感器所需的特性：必須具有高阻抗

我們調查了Bias-T電感器對信號線特性阻抗的影響。將網絡分析儀連接到配備了SerDes IC或Bias-T電路的基板上，並通過TDR法測量特性阻抗（下圖）。

測ce量liang信xin號hao線xian的de特te性xing阻zu抗kang，結jie果guo如ru下xia圖tu。傳chuan輸shu線xian的de特te性xing阻zu抗kang會hui根gen據ju基ji板ban的de布bu線xian設she計ji和he元yuan件jian的de位wei置zhi而er變bian動dong。通tong過guo抑yi製zhi這zhe種zhong變bian動dong並bing使shi之zhi保bao持chi平ping滑hua，傳chuan輸shu特te性xing將jiang得de到dao改gai善shan。為wei了le保bao持chi平ping滑hua，Bias-T電感器的阻抗必須足夠高。因為如果Bias-T電感器的阻抗較低
，則傳輸線的特性阻抗將下降。下圖(右)顯示了將Bias-T電感器替換為短路片的極端例子。可以確認特性阻抗從50歐姆迅速變化到0Ω。

測量信號線的特性阻抗

03. Bias-T電路對SI的影響

Bias-T電感器還需有較廣的頻率範圍。

理想的電感器阻抗會與頻率成比例增加，但實際的電感器卻並非如此。阻抗曲線呈拋物線形。

為了找出PoC用的Bias-T電感器需要在哪個頻率下具有較高的阻抗，我們在頻率軸上測量了SerDes的信號成分（下圖）。結果發現，SerDes的信號分布在較寬的頻率範圍內，Bias-T電感器需要在較寬的頻率範圍內具有高阻抗。

PoC係統(SerDes)信號頻率成分測量方法及結果

由you於yu單dan個ge普pu通tong電dian感gan器qi不bu能neng覆fu蓋gai較jiao寬kuan的de頻pin率lv範fan圍wei，因yin此ci需xu要yao將jiang具ju有you不bu同tong自zi諧xie振zhen頻pin率lv的de多duo個ge電dian感gan器qi進jin行xing組zu合he以yi覆fu蓋gai較jiao寬kuan的de頻pin率lv範fan圍wei。另ling一yi方fang麵mian，為weiBias-T開發的電感器LQW32FT係列單體可覆蓋較寬的頻率範圍，因此可以減少電感器元件的數量。

用於驗證的Bias-T電路的特性

我們確認了多個電感器的組合和針對Bias-T開發的LQW32FT兩者之間在SerDes信號的SI（Signal Integrity）上是否存在差異（下圖）。組合多個電感器時，阻抗曲線不穩定，因此信號波形受到幹擾。另一方麵，使用LQW32FT係列時，信號波形被正常傳輸
，未受到幹擾。

測量SI

波形完整性的下降是由傳輸線的傳輸特性的劣化所導致的。查看偏置T信號傳輸端的穿透特性S21，可知使用LQW32F係列時的特性更佳。另外，反射特性S11也在使用LQW32FT係列時較為良好（下圖）。

信號線透射特性（S21）和反射特性（S11）

04. 電纜對SI的影響

為了確認車載同軸電纜的特性對波形的影響
，我們讓信號發生器的信號流過車載同軸電纜並用示波器觀察波形
，同時通過S21測試了電纜的透射損耗特性。測量係統如下圖。

測量係統

更改電纜長度後發現
，電纜越長

，高頻波形質量下降越明顯（下圖）。這就說明，電纜對SI的影響不容忽視。測試Bias-T電感器時，必須通過包括電纜在內的測試係統確認S參數。

電纜的透射損耗特性（S21）

05. 電源噪聲對PoC係統的影響

直流-直流(DC-DC)轉換器通常被作為PoC電路的電源IC使用
，但是由於直流-直流(DC-DC)轉換器在內部進行高速開關

，因此開關噪聲可能會成為問題。由直流-直流(DC-DC)轉換器引起的開關噪聲問題會對PoC係統產生不良影響的事例已經得到了確認。開關噪聲可以在差模和共模兩種模式下通過同軸電纜進行傳導。

圖片居中使用：

PoC信(xin)號(hao)在(zai)同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)的(de)中(zhong)心(xin)導(dao)體(ti)和(he)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)之(zhi)間(jian)以(yi)差(cha)模(mo)方(fang)式(shi)傳(chuan)導(dao)。在(zai)不(bu)受(shou)外(wai)部(bu)噪(zao)聲(sheng)影(ying)響(xiang)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，可(ke)以(yi)保(bao)持(chi)良(liang)好(hao)的(de)波(bo)形(xing)質(zhi)量(liang)。但(dan)是(shi)，如(ru)果(guo)開(kai)關(guan)噪(zao)聲(sheng)進(jin)入(ru)同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)並(bing)以(yi)差(cha)分(fen)模(mo)式(shi)傳(chuan)導(dao)，則(ze)波(bo)形(xing)質(zhi)量(liang)可(ke)能(neng)會(hui)下(xia)降(jiang)（下圖）。

開關引起的電源噪聲對SI的影響

我們確認了多個電感器的組合和針對Bias-T開發的LQW32FT兩者之間在SerDes信號的SI（Signal Integrity）上是否存在差異。

組合多個電感器時，阻抗曲線不穩定
，因此信號波形受到幹擾。另一方麵，使用LQW32FT係列時，信號波形被正常傳輸，未受到幹擾。

為了確認開關控製的直流-直流(DC-DC)轉換器噪聲造成的影響，我們將Bias-T電感器和同軸電纜連接到直流-直流(DC-DC)轉換器，並用示波器確認了其對波形的影響。

此時，信號發生源為3Gbps，並且使用了開關頻率為200kHz的直流-直流(DC-DC)轉換器。測量係統配置如下圖。

測量開關引起的電源噪聲對SI的影響

下圖是用示波器觀察到的波形。Bias-T電感器：LQW32FT(10uH+47uH)。觀察到的波形為3Gbps的高頻和200 kHz的低頻疊加後的波形。3Gbps信號的基準電位以200kHz的周期進行變動。變動幅度為約70mV。由於基準電位的變動可能會對通信產生不良影響，因此我們討論了如何使基準電位穩定。

為了抑製200kHz噪聲，我們在直流-直流(DC-DC)轉換器和信號線之間安裝Bias-T電感器的地方添加了100uH電感器LQH3NPH101MME。通過對Bias-T電感器以串聯方式添加100uH的電感器
，可以增加200kHz左右的低頻區域的阻抗。

通過添加Bias-T電感器來降低開關噪聲

更改電纜長度後發現
，電纜越長
，高頻波形質量下降越明顯。這就說明，電纜對SI的影響不容忽視。測試Bias-T電感器時，必須通過包括電纜在內的測試係統確認S參數。

改善後的結果

jiexialai，womenkaolvkaiguanzaoshengzaitongzhoudianlandezhongxindaotiyupingbicengzhijianyigongmofangshichuandaodeqingkuang。gongmozaoshengwangwanghuizengjiafushezaoshengdianping


，yincikaiguanzaoshengyoukenenghuiyinqifushezaoshengwenti。

開關引起的電源噪聲對輻射噪聲的影響

為了測試同軸電纜輻射的噪聲，我們按以下方法連接內置直流-直流(DC-DC)轉換器的基板和內置Bias-T電路的基板，並用同軸電纜將配備Bias-T電路的基板彼此連接，然後用電流探頭測量從同軸電纜輻射的噪聲。由於要用電流探頭夾住同軸電纜，因此檢測到的是共模噪聲。

開關引起的電源噪聲對輻射噪聲的影響及測量方法

我們來看一下測量結果，分析開關引起的電源噪聲對輻射噪聲的具體影響。

首先，由於Bias-T電感器預期可以起到濾波器的作用
，因此我們在未安裝電感器（無濾波器）和已安裝電感器（僅電感器）的條件下比較了噪聲測量結果
，但兩者之間幾乎沒有變化。這可能是因為Bias-T電感器僅對差模噪聲有效。

接下來，為了抑製沿中心導體與屏蔽層傳導的共模噪聲而添加了共模扼流線圈（CMCC）後，發現能將噪聲電平抑製5到10dB。

開關引起的電源噪聲對輻射噪聲的影響

06. 輻射噪聲對策實例

接下來
，我們嚐試使用帶有PoC係統的SerDes測試基板測量輻射噪聲
，並采取了靜噪對策。用1.5米的車載同軸電纜連接Tx側和Rx側的測試基板
，並向Rx側供電，再測量測試基板工作時的輻射噪聲。

測試樣品(DUT)：SerDes測試基板

測量輻射噪聲時，在30MHz至2.5GHz的整個範圍內均確認到寬帶噪聲，並且存在超出標準值的頻帶(下圖)。

初始狀態

為了確定基板上的噪聲源，我們在基板表麵進行了近磁場分布測量。

在SerDes IC的信號線及IC電源線上觀測了寬帶噪聲頻譜。此外
，在比較兩者的光譜形狀時
，發現其值不同但形狀相似。

這表明信號線和電源線具有相同的噪聲源。

信號線顯示較高的電平，因此SerDes信號很可能是噪聲源。

近磁場分布測量結果

※由於此測試基板上的直流-直流(DC-DC)轉換器不是開關控製類型
，因此不是由開關噪聲引起的磁場分布。

推測的噪聲傳導路徑如下。

來自Serializer的噪聲傳導路徑（推測）

路徑①: 噪聲傳導至基板GND、電纜的屏蔽層和信號線。

路徑②: 路徑①的噪聲耦合到電源層，噪聲傳導至電源電纜。

從Serializer IC發送的信號的噪聲成分耦合到基板上的GND層，並以共模方式沿同軸電纜傳導。（路徑①）

噪聲成分傳導至配備了Deserializer IC的基板上

，並且通過在基板內耦合至電源層，從而沿電源電纜以共模方式傳導。（路徑②）

為了對路徑①實施對策
，安裝了信號用CMCC——DLW21SH391XQ2。

為了對路徑②實施對策
，安裝了電源用CMCC——PLT5BPH5013R1SN。

結果如下。在30MHz到1000MHz之間，與沒有濾波器的狀態相比，噪聲被抑製了10到20dB。

30～1000MHz

這裏，村田推薦的共模扼流線圈是PLT5BPH5013R1SN和DLW21SH391XQ2。

通過同時采用這2種對策（下圖），在30MHz到2.5GHz的所有頻率中，最大抑製約25dB的噪聲。

對策①＋②

07. 結論

1. 對於PoC係統，驗證了Bias-T電感器對SI的改善以及CMCC對噪聲的抑製效果。

2. 通過使用具有寬帶特性的電感器（LQW32FT係列）
，SI得到了改善。

3. 由於電纜對SI的影響不容忽視，因此測試PoC係統的Bias-T電感器時，最好通過包括電纜在內的S參數特性來進行測試。

4. 考慮並驗證了直流-直流（DC-DC）轉換器的開關噪聲對SI產生不良影響的可能性。結果，確認了通過PoC的Bias-T電感器可以減少開關噪聲。

5. 確認了直流-直流（DC-DC）轉換器的開關噪聲和SerDes信號會成為噪聲源，並可能使輻射噪聲電平惡化。已經發現
，共模扼流線圈（DLW21S係列）對解決該問題是有效的。

本案例中村田推薦的產品為：偏置T電感器LQW32FT係列


，村田推薦的共模扼流線圈PLT5BPH5013R1SN以及DLW21SH391XQ2 / DLW21PH201XQ2。采用村田推薦產品後的優化結果如下圖：

來源： Murata村田中國

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