前置攝像頭單元是高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 的關(guān)鍵組件。特別是，新車評(píng)估計(jì)劃(NCAP)目前將自動(dòng)緊急制動(dòng)和前方碰撞預(yù)防功能作為標(biāo)準(zhǔn)配置。前置攝像頭還有助于其他 ADAS 功能，例如自適應(yīng)巡航控制、行人檢測(cè)、車道保持輔助和路標(biāo)識(shí)別。

圖 1 顯示了如何使用攝像頭檢測(cè)物體以啟用多種 ADAS 功能。

圖 1 ：使用攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)處理

系統(tǒng)中的SoC(片上系統(tǒng))需要高效的電源來執(zhí)行支持ADAS功能的各種處理任務(wù)，例如視覺預(yù)處理、深度和運(yùn)動(dòng)加速以及AI網(wǎng)絡(luò)處理。設(shè)計(jì)ADAS前置攝像頭時(shí)存在四個(gè)主要電源問題。

挑戰(zhàn)1：解決方案尺寸小

前置攝像頭放置在擋風(fēng)玻璃上，尺寸要求嚴(yán)格。相機(jī)模塊可以包含一個(gè)或兩個(gè)相機(jī)。第一個(gè)是保證更寬的視野或者更高的分辨率，第二個(gè)是覆蓋更遠(yuǎn)的距離。

盡管大多數(shù)市場(chǎng)采用單攝像頭模塊，但雙攝像頭模塊也變得越來越普遍，以便提供更好的汽車周圍視野并提高自主水平。同樣，更高分辨率的相機(jī)和具有更高幀速率的相機(jī)模塊也是趨勢(shì)。在相機(jī)性能提高的同時(shí)，相機(jī)模塊本身的尺寸也變得更小，典型尺寸為18mm x 18mm。

遠(yuǎn)程攝像頭模塊使用SerDes(串行器和解串器)鏈路將數(shù)據(jù)從攝像頭模塊發(fā)送到ECU(電子控制單元) 。如果前置攝像頭模塊與前置攝像頭ECU位于同一位置，則使用CSI-2(攝像頭串行接口)將數(shù)據(jù)發(fā)送到ECU板。前置攝像頭的攝像頭模塊輸入電源電壓低至5V，而通過同軸電纜向遠(yuǎn)程攝像頭模塊供電的電壓通常為9V。前置攝像頭模塊子板上的多通道PMIC(電源管理IC)能夠?yàn)槌上衿骱蛿z像頭模塊上執(zhí)行的其他附加處理功能提供低壓輸入電源。使用板載微控制器(MCU)執(zhí)行處理后， ECU使用CSI-2。將數(shù)據(jù)流式傳輸至.相機(jī)模塊上的微控制器可以執(zhí)行像素級(jí)的圖像信號(hào)處理，或者獨(dú)立的芯片也可以執(zhí)行該處理。遠(yuǎn)程攝像頭模塊中常見的SerDes芯片組不需要電壓軌來供電。為相機(jī)模塊上的圖像傳感器和其他外圍設(shè)備供電的低壓PMIC具有適當(dāng)數(shù)量的電源軌，有助于滿足此類系統(tǒng)的小空間要求。

圖 2 顯示了前置攝像頭系統(tǒng)的高級(jí)框圖。該系統(tǒng)通常安裝在擋風(fēng)玻璃后面靠近后視鏡的位置，由執(zhí)行處理的前置攝像頭 ECU 和包含圖像傳感器的攝像頭模塊組成。

圖2：前置攝像頭系統(tǒng)框圖

前置攝像頭應(yīng)用中使用的視覺處理器具有專用的硬件加速器，稱為視覺處理加速器和深度/運(yùn)動(dòng)識(shí)別加速器，有助于檢測(cè)邊緣側(cè)的物體。此外，這些處理器還可能包括人工智能 功能和專用矩陣乘法加速器，有助于執(zhí)行深度學(xué)習(xí)。鑒于此吞吐量，PMIC必須滿足處理器的當(dāng)前要求，而不增加解決方案尺寸。

PMIC必須實(shí)現(xiàn)良好的瞬態(tài)響應(yīng)，以滿足AI處理器的負(fù)載瞬態(tài)要求，同時(shí)最大限度地減少輸出電容以保持較小的解決方案尺寸。通過集成降壓穩(wěn)壓器、低壓差穩(wěn)壓器、負(fù)載開關(guān)、電壓監(jiān)視器、定序器、看門狗定時(shí)器、錯(cuò)誤信號(hào)模塊和附加GPIO(通用輸入/輸出)，可以實(shí)現(xiàn)小尺寸。相比之下，使用多個(gè)部件的分立方法會(huì)增加整體解決方案的尺寸和成本。

此應(yīng)用中常見的電源樹架構(gòu)執(zhí)行兩個(gè)階段的電源轉(zhuǎn)換。這使得組件的溫升能夠保持在可接受的范圍內(nèi)，同時(shí)保持整體效率。在此電源樹架構(gòu)中，前端DC/DC將12V電池電壓降壓至調(diào)節(jié)的中間電壓(例如5V或9V) ，并將其提供給多通道PMIC 。 DC/DC前級(jí)必須是寬輸入電壓范圍(VIN) 降壓轉(zhuǎn)換器，能夠處理標(biāo)稱12V電池電壓降至低至3V或飆升至36V 的瞬態(tài)事件。

挑戰(zhàn)2：功能安全

功能安全非常重要，因?yàn)樽詣?dòng)緊急制動(dòng)和自適應(yīng)巡航控制都涉及前置攝像頭。前置攝像頭系統(tǒng)通常具有ASIL(汽車安全完整性等級(jí))B要求。這意味著從PMIC到處理器的電力傳輸必須滿足ASIL B要求，以便滿足整體系統(tǒng)級(jí)功能安全要求。

以下是符合ASIL B的PMIC的一些預(yù)期功能。

· PMIC軌電壓監(jiān)控器

· 用于檢測(cè)系統(tǒng)中其他導(dǎo)軌的附加監(jiān)視器

· 帶隙冗余

· 用于檢測(cè)軟件故障的看門狗定時(shí)器

· 錯(cuò)誤信號(hào)監(jiān)視器檢測(cè)硬件故障

挑戰(zhàn)三：低成本

對(duì)系統(tǒng)的低成本要求主要是由于乘用車和小型商用車預(yù)計(jì)將大量采用前置攝像頭。前置攝像頭系統(tǒng)是汽車中最常見的ADAS應(yīng)用之一，預(yù)計(jì)到2028 年安裝量將超過7000萬套。

大規(guī)模采用將為一級(jí)供應(yīng)商及其合作的半導(dǎo)體供應(yīng)商帶來成本壓力。幸運(yùn)的是，通過減少元件數(shù)量、選擇集成元件、選擇正確的技術(shù)節(jié)點(diǎn)(制造工藝)以及保持硅產(chǎn)品的低成本，可以保持較低的整體系統(tǒng)成本。 PMIC 通過小型化和多個(gè)功率組件的集成來幫助實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)勢(shì)并優(yōu)化成本。

課題4：熱性能

將前置攝像頭安裝在汽車擋風(fēng)玻璃上意味著攝像頭在正常工作條件下會(huì)暴露在熱量下。熱量會(huì)以熱噪聲的形式導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，尤其是在弱光條件下(例如在沒有燈光的夜間)。熱量是該應(yīng)用中的一個(gè)主要挑戰(zhàn)，因?yàn)榍爸脭z像頭需要使用小型印刷電路板，并且攝像頭本身會(huì)在攝像頭模塊內(nèi)產(chǎn)生熱量。優(yōu)化系統(tǒng)的熱性能至關(guān)重要，這樣它才能在各種條件下運(yùn)行。 PMIC 的熱性能有助于將電路板保持在較低的溫度。

概括

向 ADAS 前置攝像頭添加 PMIC 有助于解決本文討論的四個(gè)挑戰(zhàn)。它還提高了前置攝像頭系統(tǒng)的電源效率和散熱效率。根據(jù)您的系統(tǒng)要求，AM62A-Q1或TDA4AL-Q1處理器系列可能是簡(jiǎn)化前置攝像頭設(shè)計(jì)流程的不錯(cuò)選擇。