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自动驾驶之眼--前视摄像头系统深度解剖Ⅰ

发布时间:2021-10-17 责任编辑:wenwei

【导读】自动驾驶技术,作为出行安全和效率提升的有效途径,获得了汽车等相关产业的广泛关注。而随着计算机视觉系统的日益成熟,前视摄像头(front camera)也日渐成为了自动驾驶系统中经济、有效而又不可或缺的一环。

 

那本系列文章将会对前视摄像头系统各个模块进行深度解剖,并详细阐述各个模块中TI 性价比极高的明星产品,为摄像头的设计选型提供便利。整个系列将会分为以下几个部分详细展开:

 

第一节:供电模块

 

第二节:信号处理模块

 

第三节:接口模块

 

第四节:监测以及检测模块

 

自动驾驶之眼--前视摄像头系统深度解剖Ⅰ

图1 前视摄像头系统框图

 

第一节  供电模块

 

摄像头供电系统,如图2所示,一般先从蓄电池取电,经过一级变换后将电压转换为5V/3.3V的中间电压。然后经过第二级电压变换,转化为负载需要的电压。一般来说,基于车载摄像头的使用以及安装场景,前视摄像头供电系统一般需要满足以下三个需求:

 

(1)尽可能小的体积;

 

(2)较好的热性能;

 

(3)易于使用且支持后续编程拓展。

 

那下文将会紧扣这三点,从(i) 一级(Pre-regulation)电源; (ii)二级(POL)电源两部分对TI提供的解决方案以及明星产品做一个详细介绍。

 

自动驾驶之眼--前视摄像头系统深度解剖Ⅰ

图2 Front camera供系统框图

 

一级(Pre-regulation)电源--宽输入Buck芯片

乘用车一般配备12V蓄电池,而商用车配备更高的24V蓄电池。由于汽车起动瞬间会有较高的电压尖峰,为了提高供电的稳定性,与蓄电池直连芯片的输入电压范围通常会预留较大的电压裕量。TI 针对12/24V蓄电池推荐的宽输入Buck芯片明星产品如下表。

 

表1  一级电源Buck选型表

自动驾驶之眼--前视摄像头系统深度解剖Ⅰ

 

以LM7600X-Q1系列同步降压芯片为例,该系列

 

(a)提供Pin-to-Pin的不同电流挡位选择,有利于后续的产品升级;

 

(b)能够实现PFM和PWM模式无缝切换,提高轻载时的效率(LM76003-Q1最高效率达到95%,如图3(a));并且导通电阻较小,确保高效;

 

(c)外围电路简单,引脚专为简化 PCB布局而设计,可提供优异的 EMI (CISPR25) 和热性能,,如图3(b).

 

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(a)     LM76003-Q1效率曲线

 

自动驾驶之眼--前视摄像头系统深度解剖Ⅰ

(b)引脚布局优化图

图3 LM76003-Q1重要参数图

 

2. 二级电源(POL)

      

2.1 CMOS传感器供电

 

CMOS传感器对噪声非常敏感,尤其是AVDD供电纹波噪声会直接影响图像质量,甚至造成图像失真。所以传感器AVDD电平一般选用输出噪声噪声极小的LDO进行供电。并且供电模块的EMI 以及热性能都对最后生成的图像质量有影响。TI 根据方案的集成度,提供了三种可靠的CMOS供电方案。

 

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

 

以利用TPS65000-Q1给某品牌CMOS传感器供电为例,TPS65000-Q1提供两路高精度输出的LDO以及一路高效率Buck,且输入可调,能够使用多品牌不同电源轨的需求。且buck频率高达2.5MHz,有效地减小了电感等无源器件的体积,从而缩小了整体模块的体积。

 

自动驾驶之眼--前视摄像头系统深度解剖Ⅰ

图4 集成供电方案

 

后续即将量产的TPS6503X-Q1系列PMIC,针对不同的CMOS供应商,给出了定制的PMIC解决方案,详见文档:https://www.ti.com.cn/cn/lit/an/slvaey0a

 

(b)Semi-integrated 半集成方案--LDO+双路Buck

 

半集成方案的好处是可以根据CMOS sensor安装位置,优化PCB板设计,灵活度高

 

自动驾驶之眼--前视摄像头系统深度解剖Ⅰ

图5  半集成供电方案

 

该方案性价比最高,且芯片可选种类繁多。TI汽车中的LDO以及双路Buck明星产品如下表所示。

 

表2 CMOS sensor 供电明星产品选型表

自动驾驶之眼--前视摄像头系统深度解剖Ⅰ

 

(c)Discrete分立方案--LDO+BUCK*2

 

分立方案总体价格较低,但由于芯片数量增多,为摄像头模块的小封装布局提供了极大的困难。所以一般不推荐使用。

 

2.2 Processor+Memory供电--PMIC

 

由于前视摄像头处理器中集成了GPU、Safety MCU、图像信号处理器ISP以及以太网接口等模块,因此电源需求较多,且对各路电源要求不一。TI 为多种processor定制了PMIC供电方案。以处理器中常用的PMIC芯片——TPS6594-Q1为例,

 

●     TPS6594-Q1集成了5路Buck和4路LDO(其中一路极低噪声的LDO);

●     具有低EMI噪声以及良好的热性能,并且外围电路较少、易于使用;

●     PMIC剩余输出的Buck通道,还可以用来给存储器(Memory)供电,能够有效缩小整体解决方案的体积。

 

TI为不同的处理器(TDA4/Mobileye Qx/Xilinx /NXP等)定制的PMIC供电方案,如下表所示。

 

表3  Processor 供电PMIC选型表

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Mobile EyeQx供电参考设计:  https://www.ti.com.cn/cn/lit/an/snva869/snva869.pdf

 

Xilinx 供电参考设计:  https://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/tidt182/tidt182.pdf

 

Renesas R-Car M3供电参考设计:https://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/snvu675/snvu675.pdf

 

综上,TI 能够提供一个非常完整的前视摄像头供电方案,性价比高、电磁干扰低,能够精简模块设计,在满足模块热性能的同时缩小整体解决方案体积,为您的前视摄像头订制完美的解决方案。

 

 

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