加強ADAS攝像頭系統(tǒng)的功能安全性

1 ADAS市場動向和ROHM的方針

近年來，汽車領(lǐng)域的先進駕駛輔助系統(tǒng)（advanced driver-assistance systems，ADAS），作為面向汽車安全的世界性措施，在世界各地的搭載和義務化進程不斷加速，ADAS 構(gòu)成所需的車載攝像頭系統(tǒng)、Radar（雷達）、LiDAR 以及將多個傳感技術(shù)融合在一起的傳感器 Fusion 系統(tǒng)的開發(fā)也在加速。

其中，攝像頭系統(tǒng)在以往的環(huán)視系統(tǒng)中被廣泛使用，在周邊環(huán)境的感知中起著重要的作用，并且與 Radar 并列成為每輛車搭載數(shù)量最多的傳感系統(tǒng)。在今后市場增長前景看好的情況下，為了應對攝像頭搭載數(shù)量增加、通信信息量增加、噪音等外部因素的影響，確保其穩(wěn)定運行，同時考慮到電力有限的汽車要處理多個系統(tǒng)，必須降低攝像頭系統(tǒng)的功耗。同時，為了構(gòu)建更安全的系統(tǒng)，還需要明確故障風險并支持“功能安全”，以確保在發(fā)生故障時達到可接受的安全水平。

為了解決這些課題，ROHM 除了一直以來致力于“低消費”、“低噪音”等性能方面的強化外，還導入了“功能安全”的想法進行產(chǎn)品開發(fā)。具體而言，羅姆發(fā)布了可實現(xiàn)功能安全、開發(fā)過程標準化、符合 ISO 26262 ASIL-B 的面向攝像頭模塊的電源管理 IC（power management IC，PMIC）BD868xxMUF-C。該產(chǎn)品作為具備安全通知功能的 PMIC，能夠為小型化要求強的攝像頭模塊提供更好的電源方案。

2 ROHM面向ADAS攝像頭系統(tǒng)的解決方案概要

攝像頭系統(tǒng)是安裝在汽車各個部分的系統(tǒng)，它由一個拍攝詳細圖像的攝像頭模塊和一個控制攝像頭模塊并接收圖像數(shù)據(jù)的電子控制單元（electronic control unit，ECU）組成。該框圖如圖 1 所示。

在圖 1 中，攝像頭模塊和 ECU 是成對的，兩者之間的功率流向和數(shù)據(jù)線也有詳細描述。該攝像頭系統(tǒng)以用于將攝像頭模塊拍攝的影像數(shù)據(jù)傳送給 ECU 的通信（Serializer & Deserializer，簡稱 SerDes）芯片“BU18xMxx-M 系列”和向攝像頭模塊的 CMOS 圖像傳感器和 SerDes 供電的 BD868xxMUF-C 為中心構(gòu)成。此外，它還提供保存圖像傳感器的圖像校正數(shù)據(jù)的 EEPROM BR24Hxx-5AC，ROHM 的攝像頭系統(tǒng)解決方案可以提供除 CMOS 圖像傳感器之外的所有系統(tǒng)所需的功能。

2.1 ROHM解決方案帶來的諸多好處

用戶通過在攝像頭系統(tǒng)中搭載 ROHM 的 BD868xx MUF-C 以及 BU18xMxx-M 系列產(chǎn)品，能夠得到“安全性”、“通用性”、“低功耗”、“低噪聲”等諸多優(yōu)點。

①安全性

在實現(xiàn)汽車安全性的 ADAS 系統(tǒng)中，滿足其安全性要求的對策不僅包含要求軟件和硬件的冗余設(shè)計，在 IC 層面也需要滿足安全要求的相應措施。

ROHM 取得了面向汽車的功能安全相關(guān)國際標準規(guī)格“ISO 26262”的開發(fā)流程認證，并于 2021 年推出了支持功能安全，并為用戶和系統(tǒng)的安全、保障和舒適做出貢獻的品牌“ComfySIL”。上述面向攝像頭模塊的 BD868xxMUF-C 屬于 ComfySIL 中功能安全類別最高的“FS process compliant”，能夠提供 FMEDA、Safety Manual 等 ISO26262 相關(guān)的文檔。此外，該 IC 內(nèi)部具有“電壓監(jiān)視”、“BIST（自我診斷）”、“基準電壓分離”等安全功能，符合 ASIL-B 標準。

串行器“BU18TM41A-M”配備了檢測圖像凍結(jié)的 Frame CRC（Cyclic Redundancy Check，循環(huán)冗余檢查）功能，以提高攝像頭系統(tǒng)的安全性。CRC 是對圖像的顏色數(shù)據(jù)進行一定的計算，將其結(jié)果作為幾個 bit 的數(shù)據(jù)輸出，這個計算結(jié)果就像是給每一幀圖像賦予“暗號”。通過在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)對相同圖像進行同樣的計算，比較結(jié)果輸出的 CRC 值，能夠確認在圖像被發(fā)送和接收前后影像數(shù)據(jù)是否發(fā)生缺失等的匹配性。到此為止是一般的 CRC 機制。BU18TM41A-M 的 Frame CRC 除了通常的 CRC 功能之外，還實現(xiàn) ADAS 攝像頭系統(tǒng)所要求的圖像凍結(jié)檢測。例如，從拍攝行駛中的汽車周邊的攝像頭系統(tǒng)發(fā)送來的圖像數(shù)據(jù)應該總是變化的，不會在一定時間內(nèi)有相同的圖像。換言之，檢測到一定時間以上相同的 CRC 值意味著圖像因 某些問題而凍結(jié)。BU18TM41A-M 通過比較發(fā)送和接收圖像前后每一幀的 CRC 值來檢測圖像凍結(jié)（圖 2）。另外，SerDes 產(chǎn)品的“BU18xMxx-M 系列”是 ComfySIL 中搭載了 ASIL 所需的安全機構(gòu)的“FS mechanism implemented”類別，與 Frame CRC 功能一起支持向攝像頭系統(tǒng)導入功能安全。

②通用性

BD868xxMUF-C 中加入了便于用戶設(shè)計的各種功能。最顯著的特點是，可以通過 OTP（one time programmable，OTP）根據(jù)各種 CMOS 圖像傳感器所需的規(guī)格進行定制。由于不同制造商和型號要求的電壓值和各電源通道的啟動 / 停止順序不同，通常在 CMOS 圖像傳感器發(fā)生變化時，供電電源電路周邊部件和控制程序也必須變更。然而，BD868xxMUF-C 可以根據(jù)產(chǎn)品出廠時的OTP設(shè)定來變更各輸出電壓值和起動時序等。由此，即使在 CMOS 圖像傳感器發(fā)生變更時，用戶也能夠在不變更電路板布局的情況下進行對應。

另外，BD868xxMUF-C 通過采用小型封裝以及高頻開關(guān)動作使周邊部件小型化，與以往產(chǎn)品相比，在將安裝面積削減 25% 的同時，實現(xiàn)高效率的電力轉(zhuǎn)換，因此也抑制了發(fā)熱（圖 3）。該產(chǎn)品也可以對應今后要求越來越小型化的下一代攝像頭模塊。

③低噪音

作為車載應用中重要的噪聲對策的低電磁干擾（electromagnetic interference，EMI），BD868xxMUF-C 和 BU18xMxx-M 系列中也加入了一些對策。兩種產(chǎn)品共同的對策是搭載了擴頻時鐘發(fā)生器（spread spectrum clock generator，SSCG）功能，該擴頻時鐘發(fā)生器功能通過使 IC 的通信時鐘和開關(guān)電源的開關(guān)頻率有意地 進行波動（抖動），來降低特定頻譜中的噪聲強度。

BU18xMxx-M 系列配備了串行器和解串器雙方的 SSCG 功能，實現(xiàn)了 -10 dB 噪聲強度降低等。面向低 EMI 化的各種 功能， 包 括 BU18xMxx-M 系列和 BD868xMUF-C 均通過了國際無線電故障特別委員會（CISPR）標準中的“車載接收機保護干擾波的推薦限度值及測定法（CISPR25）”的 class5 等級。另外，BU18xMxx-M 系列應用中介紹的傳輸速率可變功能，在存在多個通信通道的情況下，能夠精細地（0.1%step）變更各自的通信傳輸速率，與 SSCG 同樣能夠?qū)崿F(xiàn) -10 dB 的低 EMI 化（圖 4）。

④低功耗

BD868xxMUF-C 在車載攝像頭模塊所要求的負載范圍中實現(xiàn)了 PMIC 總功率轉(zhuǎn)換效率為 82% 的高效率，不僅能為降低功耗做出貢獻，還可以毫無問題地應對車室內(nèi)外的溫度環(huán)境（圖 5）。

圖5 PMIC的功率轉(zhuǎn)換效率

另外，BU18xMxx-M 系列具有能夠改變傳輸速率的功能，通過不同的應用優(yōu)化傳輸速率，與一般產(chǎn)品相比能夠削減 27% 左右的功耗，因此能夠以必要最低限度的功率構(gòu)筑通信系統(tǒng)。

(注：本文轉(zhuǎn)載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年8月期)