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自動(dòng)駕駛之眼--前視攝像頭系統(tǒng)深度解剖Ⅰ

發(fā)布時(shí)間:2021-10-17 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】自動(dòng)駕駛技術(shù),作為出行安全和效率提升的有效途徑,獲得了汽車(chē)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的廣泛關(guān)注。而隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的日益成熟,前視攝像頭(front camera)也日漸成為了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中經(jīng)濟(jì)、有效而又不可或缺的一環(huán)。

 

那本系列文章將會(huì)對(duì)前視攝像頭系統(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行深度解剖,并詳細(xì)闡述各個(gè)模塊中TI 性?xún)r(jià)比極高的明星產(chǎn)品,為攝像頭的設(shè)計(jì)選型提供便利。整個(gè)系列將會(huì)分為以下幾個(gè)部分詳細(xì)展開(kāi):

 

第一節(jié):供電模塊

 

第二節(jié):信號(hào)處理模塊

 

第三節(jié):接口模塊

 

第四節(jié):監(jiān)測(cè)以及檢測(cè)模塊

 

自動(dòng)駕駛之眼--前視攝像頭系統(tǒng)深度解剖Ⅰ

圖1 前視攝像頭系統(tǒng)框圖

 

第一節(jié)  供電模塊

 

攝像頭供電系統(tǒng),如圖2所示,一般先從蓄電池取電,經(jīng)過(guò)一級(jí)變換后將電壓轉(zhuǎn)換為5V/3.3V的中間電壓。然后經(jīng)過(guò)第二級(jí)電壓變換,轉(zhuǎn)化為負(fù)載需要的電壓。一般來(lái)說(shuō),基于車(chē)載攝像頭的使用以及安裝場(chǎng)景,前視攝像頭供電系統(tǒng)一般需要滿足以下三個(gè)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(xù)編程拓展。

 

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

 

自動(dòng)駕駛之眼--前視攝像頭系統(tǒng)深度解剖Ⅰ

圖2 Front camera供系統(tǒng)框圖

 

一級(jí)(Pre-regulation)電源--寬輸入Buck芯片

乘用車(chē)一般配備12V蓄電池,而商用車(chē)配備更高的24V蓄電池。由于汽車(chē)起動(dòng)瞬間會(huì)有較高的電壓尖峰,為了提高供電的穩(wěn)定性,與蓄電池直連芯片的輸入電壓范圍通常會(huì)預(yù)留較大的電壓裕量。TI 針對(duì)12/24V蓄電池推薦的寬輸入Buck芯片明星產(chǎn)品如下表。

 

表1  一級(jí)電源Buck選型表

自動(dòng)駕駛之眼--前視攝像頭系統(tǒng)深度解剖Ⅰ

 

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(xù)的產(chǎn)品升級(jí);

 

(b)能夠?qū)崿F(xiàn)PFM和PWM模式無(wú)縫切換,提高輕載時(shí)的效率(LM76003-Q1最高效率達(dá)到95%,如圖3(a));并且導(dǎo)通電阻較小,確保高效;

 

(c)外圍電路簡(jiǎn)單,引腳專(zhuān)為簡(jiǎn)化 PCB布局而設(shè)計(jì),可提供優(yōu)異的 EMI (CISPR25) 和熱性能,,如圖3(b).

 

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(a)     LM76003-Q1效率曲線

 

自動(dòng)駕駛之眼--前視攝像頭系統(tǒng)深度解剖Ⅰ

(b)引腳布局優(yōu)化圖

圖3 LM76003-Q1重要參數(shù)圖

 

2. 二級(jí)電源(POL)

      

2.1 CMOS傳感器供電

 

CMOS傳感器對(duì)噪聲非常敏感,尤其是AVDD供電紋波噪聲會(huì)直接影響圖像質(zhì)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(jìn)行供電。并且供電模塊的EMI 以及熱性能都對(duì)最后生成的圖像質(zhì)量有影響。TI 根據(jù)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(diào),能夠使用多品牌不同電源軌的需求。且buck頻率高達(dá)2.5MHz,有效地減小了電感等無(wú)源器件的體積,從而縮小了整體模塊的體積。

 

自動(dòng)駕駛之眼--前視攝像頭系統(tǒng)深度解剖Ⅰ

圖4 集成供電方案

 

后續(xù)即將量產(chǎn)的TPS6503X-Q1系列PMIC,針對(duì)不同的CMOS供應(yīng)商,給出了定制的PMIC解決方案,詳見(jiàn)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(jù)CMOS sensor安裝位置,優(yōu)化PCB板設(shè)計(jì),靈活度高

 

自動(dòng)駕駛之眼--前視攝像頭系統(tǒng)深度解剖Ⅰ

圖5  半集成供電方案

 

該方案性?xún)r(jià)比最高,且芯片可選種類(lèi)繁多。TI汽車(chē)中的LDO以及雙路Buck明星產(chǎn)品如下表所示。

 

表2 CMOS sensor 供電明星產(chǎn)品選型表

自動(dòng)駕駛之眼--前視攝像頭系統(tǒng)深度解剖Ⅰ

 

(c)Discrete分立方案--LDO+BUCK*2

 

分立方案總體價(jià)格較低,但由于芯片數(shù)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(hào)處理器ISP以及以太網(wǎng)接口等模塊,因此電源需求較多,且對(duì)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(lái)給存儲(chǔ)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

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Mobile EyeQx供電參考設(shè)計(jì):  https://www.ti.com.cn/cn/lit/an/snva869/snva869.pdf

 

Xilinx 供電參考設(shè)計(jì):  https://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/tidt182/tidt182.pdf

 

Renesas R-Car M3供電參考設(shè)計(jì):https://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/snvu675/snvu675.pdf

 

綜上,TI 能夠提供一個(gè)非常完整的前視攝像頭供電方案,性?xún)r(jià)比高、電磁干擾低,能夠精簡(jiǎn)模塊設(shè)計(jì),在滿足模塊熱性能的同時(shí)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。

 

 

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