前置攝像頭單元是高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 的關(guān)鍵組件。特別是，新車評估計劃(NCAP)目前將自動緊急制動和前方碰撞預(yù)防功能作為標準配置。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、車道保持輔助和路標識別。
圖 1 顯示了如何使用攝像頭檢測物體以啟用多種 ADAS 功能。
圖 1 ：使用攝像頭進行實時處理
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、深度和運動加速以及AI網(wǎng)絡(luò)處理。設(shè)計ADAS前置攝像頭時存在四個主要電源問題。
挑戰(zhàn)1：解決方案尺寸小
前置攝像頭放置在擋風玻璃上，尺寸要求嚴格。相機模塊可以包含一個或兩個相機。第一個是保證更寬的視野或者更高的分辨率，第二個是覆蓋更遠的距離。
盡管大多數(shù)市場采用單攝像頭模塊，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，更高分辨率的相機和具有更高幀速率的相機模塊也是趨勢。在相機性能提高的同時，相機模塊本身的尺寸也變得更小，典型尺寸為18mm x 18mm。
遠程攝像頭模塊使用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)能夠為成像器和攝像頭模塊上執(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.相機模塊上的微控制器可以執(zhí)行像素級的圖像信號處理，或者獨立的芯片也可以執(zhí)行該處理。遠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)的高級框圖。該系統(tǒng)通常安裝在擋風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/運動識別加速器，有助于檢測邊緣側(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前要求，而不增加解決方案尺寸。
PMIC必須實現(xiàn)良好的瞬態(tài)響應(yīng)，以滿足AI處理器的負載瞬態(tài)要求，同時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、負載開關(guān)、電壓監(jiān)視器、定序器、看門狗定時器、錯誤信號模塊和附加GPIO(通用輸入/輸出)，可以實現(xiàn)小尺寸。相比之下，使用多個部件的分立方法會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前級必須是寬輸入電壓范圍(VIN) 降壓轉(zhuǎn)換器，能夠處理標稱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，因為自動緊急制動和自適應(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)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
· 用于檢測系統(tǒng)中其他導(dǎo)軌的附加監(jiān)視器
· 帶隙冗余
· 用于檢測軟件故障的看門狗定時器
· 錯誤信號監(jiān)視器檢測硬件故障
挑戰(zhàn)三：低成本
對系統(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)計到2028 年安裝量將超過7000萬套。
大規(guī)模采用將為一級供應(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(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 通過小型化和多個功率組件的集成來幫助實現(xiàn)這些優(yōu)勢并優(yōu)化成本。
課題4：熱性能
將前置攝像頭安裝在汽車擋風玻璃上意味著攝像頭在正常工作條件下會暴露在熱量下。熱量會以熱噪聲的形式導(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)用中的一個主要挑戰(zhàn)，因為前置攝像頭需要使用小型印刷電路板，并且攝像頭本身會在攝像頭模塊內(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化前置攝像頭設(shè)計流程的不錯選擇。
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