自動駕駛之眼--前視攝像頭系統深度解剖Ⅰ

汽車電子   作者:Zoey Wu 時間:2022-05-09來源:TI

自動駕駛技術,作為出行安全和效率提升的有效途徑,獲得了汽車等相關產業的廣泛關注。而隨著計算機視覺系統的日益成熟,前視攝像頭(front camera)也日漸成為了自動駕駛系統中經濟、有效而又不可或缺的一環。

那本系列文章將會對前視攝像頭系統各個模塊進行深度解剖,并詳細闡述各個模塊中TI 性價比極高的明星產品,為攝像頭的設計選型提供便利。整個系列將會分為以下幾個部分詳細展開:

第一節:供電模塊

第二節:信號處理模塊

第三節:接口模塊

第四節:監測以及檢測模塊

                圖1 前視攝像頭系統框圖

第一節  供電模塊

攝像頭供電系統,如圖2所示,一般先從蓄電池取電,經過一級變換后將電壓轉換為5V/3.3V的中間電壓。然后經過第二級電壓變換,轉化為負載需要的電壓。一般來說,基于車載攝像頭的使用以及安裝場景,前視攝像頭供電系統一般需要滿足以下三個需求:

(1)盡可能小的體積;

(2)較好的熱性能;

(3)易于使用且支持后續編程拓展。

那下文將會緊扣這三點,從(i) 一級(Pre-regulation)電源; (ii)二級(POL)電源兩部分對TI提供的解決方案以及明星產品做一個詳細介紹。

                 圖2 Front camera供系統框圖

一級(Pre-regulation)電源--寬輸入Buck芯片

乘用車一般配備12V蓄電池,而商用車配備更高的24V蓄電池。由于汽車起動瞬間會有較高的電壓尖峰,為了提高供電的穩定性,與蓄電池直連芯片的輸入電壓范圍通常會預留較大的電壓裕量。TI 針對12/24V蓄電池推薦的寬輸入Buck芯片明星產品如下表。

                       表1  一級電源Buck選型表

以LM7600X-Q1系列同步降壓芯片為例,該系列

(a)提供Pin-to-Pin的不同電流擋位選擇,有利于后續的產品升級;

(b)能夠實現PFM和PWM模式無縫切換,提高輕載時的效率(LM76003-Q1最高效率達到95%,如圖3(a));并且導通電阻較小,確保高效;

(c)外圍電路簡單,引腳專為簡化 PCB布局而設計,可提供優異的 EMI (CISPR25) 和熱性能,,如圖3(b).

(a)     LM76003-Q1效率曲線

(b)引腳布局優化圖

                                                             圖3 LM76003-Q1重要參數圖

二級電源(POL)

      2.1 CMOS傳感器供電

CMOS傳感器對噪聲非常敏感,尤其是AVDD供電紋波噪聲會直接影響圖像質量,甚至造成圖像失真。所以傳感器AVDD電平一般選用輸出噪聲噪聲極小的LDO進行供電。并且供電模塊的EMI 以及熱性能都對最后生成的圖像質量有影響。TI 根據方案的集成度,提供了三種可靠的CMOS供電方案。

(a)Integrated集成方案:PMIC(TPS65000-Q1/TPS650320-Q1)

以利用TPS65000-Q1給某品牌CMOS傳感器供電為例,TPS65000-Q1提供兩路高精度輸出的LDO以及一路高效率Buck,且輸入可調,能夠使用多品牌不同電源軌的需求。且buck頻率高達2.5MHz,有效地減小了電感等無源器件的體積,從而縮小了整體模塊的體積。

圖4 集成供電方案

后續即將量產的TPS6503X-Q1系列PMIC,針對不同的CMOS供應商,給出了定制的PMIC解決方案,詳見文檔:https://www.ti.com.cn/cn/lit/an/slvaey0a

(b)Semi-integrated 半集成方案--LDO+雙路Buck

半集成方案的好處是可以根據CMOS sensor安裝位置,優化PCB板設計,靈活度高

                            圖5  半集成供電方案

該方案性價比最高,且芯片可選種類繁多。TI汽車中的LDO以及雙路Buck明星產品如下表所示。

          表2 CMOS sensor 供電明星產品選型表

(c)Discrete分立方案--LDO+BUCK*2

分立方案總體價格較低,但由于芯片數量增多,為攝像頭模塊的小封裝布局提供了極大的困難。所以一般不推薦使用。

2.2 Processor+Memory供電--PMIC

由于前視攝像頭處理器中集成了GPU、Safety MCU、圖像信號處理器ISP以及以太網接口等模塊,因此電源需求較多,且對各路電源要求不一。TI 為多種processor定制了PMIC供電方案。以處理器中常用的PMIC芯片——TPS6594-Q1為例,

TPS6594-Q1集成了5路Buck和4路LDO(其中一路極低噪聲的LDO);

具有低EMI噪聲以及良好的熱性能,并且外圍電路較少、易于使用;

PMIC剩余輸出的Buck通道,還可以用來給存儲器(Memory)供電,能夠有效縮小整體解決方案的體積。

TI為不同的處理器(TDA4/Mobileye Qx/Xilinx /NXP等)定制的PMIC供電方案,如下表所示。

                表3  Processor 供電PMIC選型表

Mobile EyeQx供電參考設計:  https://www.ti.com.cn/cn/lit/an/snva869/snva869.pdf

Xilinx 供電參考設計:  https://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/tidt182/tidt182.pdf

Renesas R-Car M3供電參考設計:https://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/snvu675/snvu675.pdf

綜上,TI 能夠提供一個非常完整的前視攝像頭供電方案,性價比高、電磁干擾低,能夠精簡模塊設計,在滿足模塊熱性能的同時縮小整體解決方案體積,為您的前視攝像頭訂制完美的解決方案。

關鍵詞: 自動駕駛 前視攝像頭系統

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