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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:2021-09-15 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
 
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。
 
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
 
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).
 
 
(a)     LM76003-Q1效率曲线
 
(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。
 
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
 
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
 
(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
 
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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