自動(dòng)駕駛之眼--前視攝像頭系統(tǒng)深度解剖Ⅰ

自動(dòng)駕駛技術(shù)，作為出行安全和效率提升的有效途徑，獲得了汽車等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的廣泛關(guān)注。而隨著計(jì)算機(jī)視覺系統(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 性價(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：

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)測以及檢測模塊

                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)過第二級(jí)電壓變換，轉(zhuǎn)化為負(fù)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(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TI提供的解決方案以及明星產(chǎn)品做一個(gè)詳細(xì)介紹。

                 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(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

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)外圍電路簡單，引腳專為簡化 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).

(a)     LM76003-Q1效率曲線

(b)引腳布局優(yōu)化圖

                                                             圖3 LM76003-Q1重要參數(shù)圖

二級(jí)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(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(xù)即將量產(chǎn)的TPS6503X-Q1系列PMIC，針對不同的CMOS供應(yīng)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(jù)CMOS sensor安裝位置，優(yōu)化PCB板設(shè)計(jì)，靈活度高

                            圖5  半集成供電方案

該方案性價(jià)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(chǎn)品如下表所示。

          表2 CMOS sensor 供電明星產(chǎn)品選型表

(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(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

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，性價(jià)比高、電磁干擾低，能夠精簡模塊設(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。