加強(qiáng)ADAS攝像頭系統(tǒng)的功能安全性

1 ADAS市場(chǎng)動(dòng)向和ROHM的方針

近年來，汽車領(lǐng)域的先進(jìn)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(wù)化進(jìn)程不斷加速，ADAS 構(gòu)成所需的車載攝像頭系統(tǒng)、Radar（雷達(dá)）、LiDAR 以及將多個(gè)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(chǎng)增長前景看好的情況下，為了應(yīng)對(duì)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(yùn)行，同時(shí)考慮到電力有限的汽車要處理多個(gè)系統(tǒng)，必須降低攝像頭系統(tǒng)的功耗。同時(shí)，為了構(gòu)建更安全的系統(tǒng)，還需要明確故障風(fēng)險(xiǎn)并支持“功能安全”，以確保在發(fā)生故障時(shí)達(dá)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(fèi)”、“低噪音”等性能方面的強(qiáng)化外，還導(dǎo)入了“功能安全”的想法進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。具體而言，羅姆發(fā)布了可實(shí)現(xiàn)功能安全、開發(fā)過程標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)樾⌒突髲?qiáng)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(gè)部分的系統(tǒng)，它由一個(gè)拍攝詳細(xì)圖像的攝像頭模塊和一個(gè)控制攝像頭模塊并接收?qǐng)D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(duì)的，兩者之間的功率流向和數(shù)據(jù)線也有詳細(xì)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(diǎn)。

①安全性

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

ROHM 取得了面向汽車的功能安全相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格“ISO 26262”的開發(fā)流程認(rèn)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(xiàn)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(zhǔn)電壓分離”等安全功能，符合 ASIL-B 標(biāo)準(zhǔn)。

串行器“BU18TM41A-M”配備了檢測(cè)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(duì)圖像的顏色數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的計(jì)算，將其結(jié)果作為幾個(gè) bit 的數(shù)據(jù)輸出，這個(gè)計(jì)算結(jié)果就像是給每一幀圖像賦予“暗號(hào)”。通過在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)對(duì)相同圖像進(jìn)行同樣的計(jì)算，比較結(jié)果輸出的 CRC 值，能夠確認(rèn)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(jī)制。BU18TM41A-M 的 Frame CRC 除了通常的 CRC 功能之外，還實(shí)現(xiàn) ADAS 攝像頭系統(tǒng)所要求的圖像凍結(jié)檢測(cè)。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(yīng)該總是變化的，不會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)有相同的圖像。換言之，檢測(cè)到一定時(shí)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?qǐng)D像前后每一幀的 CRC 值來檢測(cè)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(jī)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(dǎo)入功能安全。

②通用性

BD868xxMUF-C 中加入了便于用戶設(shè)計(jì)的各種功能。最顯著的特點(diǎn)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(jìn)行定制。由于不同制造商和型號(hào)要求的電壓值和各電源通道的啟動(dòng) / 停止順序不同，通常在 CMOS 圖像傳感器發(fā)生變化時(shí)，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(shí)的OTP設(shè)定來變更各輸出電壓值和起動(dòng)時(shí)序等。由此，即使在 CMOS 圖像傳感器發(fā)生變更時(shí)，用戶也能夠在不變更電路板布局的情況下進(jìn)行對(duì)應(yīng)。

另外，BD868xxMUF-C 通過采用小型封裝以及高頻開關(guān)動(dòng)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(shí)，實(shí)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(duì)應(yīng)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(yīng)用中重要的噪聲對(duì)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(duì)策。兩種產(chǎn)品共同的對(duì)策是搭載了擴(kuò)頻時(shí)鐘發(fā)生器（spread spectrum clock generator，SSCG）功能，該擴(kuò)頻時(shí)鐘發(fā)生器功能通過使 IC 的通信時(shí)鐘和開關(guān)電源的開關(guān)頻率有意地 進(jìn)行波動(dòng)（抖動(dòng)），來降低特定頻譜中的噪聲強(qiáng)度。

BU18xMxx-M 系列配備了串行器和解串器雙方的 SSCG 功能，實(shí)現(xiàn)了 -10 dB 噪聲強(qiáng)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(huì)（CISPR）標(biāo)準(zhǔn)中的“車載接收機(jī)保護(hù)干擾波的推薦限度值及測(cè)定法（CISPR25）”的 class5 等級(jí)。另外，BU18xMxx-M 系列應(yīng)用中介紹的傳輸速率可變功能，在存在多個(gè)通信通道的情況下，能夠精細(xì)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(fù)載范圍中實(shí)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(xiàn)，還可以毫無問題地應(yīng)對(duì)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(yīng)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)