ADAS 前置攝影機(jī)設(shè)計(jì)的電源供應(yīng)四大挑戰(zhàn)

前置攝影機(jī)裝置是先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）不可或缺的組件，尤其目前新車評(píng)鑒計(jì)劃的規(guī)定已將自動(dòng)緊急煞車與前方防撞功能列為標(biāo)準(zhǔn)功能。前置攝影機(jī)可輔助其它 ADAS 功能，例如智能主動(dòng)車距控制巡航系統(tǒng)、行人偵測(cè)、車道維持輔助與交通標(biāo)志辨識(shí)等。
圖一的范例顯示如何使用攝影機(jī)進(jìn)行物體偵測(cè)以實(shí)現(xiàn) ADAS 功能。

 
圖一 使用攝影機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理（source：德州儀器）

為了執(zhí)行如視覺預(yù)處理、深度和運(yùn)動(dòng)加速或 AI 網(wǎng)絡(luò)處理以支持 ADAS 功能，系統(tǒng)中的系統(tǒng)單芯片（SoC）需要高效率的電源供應(yīng)器。ADAS 前置攝影機(jī)的設(shè)計(jì)面臨四大電源供應(yīng)挑戰(zhàn)。

【挑戰(zhàn) 1】精巧解決方案尺寸
前置攝影機(jī)在擋風(fēng)玻璃上的位置，會(huì)對(duì)尺寸造成嚴(yán)格的限制。攝影機(jī)模塊可能包含一或二臺(tái)攝影機(jī)：一臺(tái)可提供較寬廣的視野或較高分辨率，第二臺(tái)則可提供較長(zhǎng)距離。
雖然市面大多產(chǎn)品使用單一攝影機(jī)模塊，但為了改善車輛周遭視野并提升自主能力等級(jí)，雙攝影機(jī)模塊正日益普及。高分辨率與較高幀率的攝影機(jī)模塊也已蔚為趨勢(shì)。在攝影機(jī)性能提升的同時(shí)，攝影機(jī)模塊本身尺寸則逐漸縮減，一般尺寸為 18 mm x 18 mm。
遠(yuǎn)程攝影機(jī)模塊使用串聯(lián)器—解串器（SerDes）鏈接，將數(shù)據(jù)從攝影機(jī)模塊傳輸至 ECU。前置攝影機(jī)模塊與前置攝影機(jī) ECU 共置，透過(guò)攝影機(jī)串行接口（CSI）-2 將數(shù)據(jù)傳輸至ECU基板。前置攝影機(jī)中的攝影機(jī)模塊輸入供電可低至 5 V，而同軸電纜供電的遠(yuǎn)程攝影機(jī)模塊通常為 9 V。
前置攝影機(jī)模塊子板上的多信道電源管理 IC（PMIC）則為低電壓輸入，可為成像組件及攝影機(jī)模塊上的額外處理作業(yè)供電。數(shù)據(jù)先經(jīng)由板載微控制器（MCU）處理，再透過(guò)CSI-2串流至ECU。攝影機(jī)模塊上的 MCU 可執(zhí)行像素層級(jí)的影像訊號(hào)處理功能，亦可由獨(dú)立芯片予以處理。
遠(yuǎn)程攝影機(jī)模塊中常見的 SerDes 芯片組不需使用電源軌供電。若低電壓 PMIC 具備合適數(shù)量的電源軌，則可為攝影機(jī)模塊上的影像傳感器及其它周邊裝置供電，有利于實(shí)現(xiàn)這類系統(tǒng)所需的小巧空間。
圖二展示前置攝影機(jī)系統(tǒng)的概略原理圖，此系統(tǒng)通常位于靠近后視鏡的擋風(fēng)玻璃后方，內(nèi)含負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)的前置攝影機(jī)電子控制單元（ECU），以及搭載影像傳感器的攝影機(jī)模塊。


 
圖二  前置攝影機(jī)系統(tǒng)原理圖（source：德州儀器）

在前置攝影機(jī)應(yīng)用中所使用的視覺處理器，具有稱為視覺處理加速器的專用硬件加速器，以及深度和運(yùn)動(dòng)感知加速器，可偵測(cè)位于邊緣的物體。此外，這類處理器可配備人工智能（AI）功能，并以專用矩陣乘法加速器輔助深度學(xué)習(xí)。面對(duì)如此龐大的處理量，PMIC 必須滿足處理器的現(xiàn)有需求而不增加解決方案尺寸。
PMIC 應(yīng)具有優(yōu)異的瞬態(tài)響應(yīng)，可滿足 AI 處理器的負(fù)載瞬態(tài)要求，同時(shí)具備極低的輸出電容，有利維持小巧的解決方案尺寸。整合降壓穩(wěn)壓器、壓降穩(wěn)壓器、負(fù)載開關(guān)、電壓監(jiān)控器、序列器、監(jiān)視定時(shí)器、錯(cuò)誤訊號(hào)模塊，以及額外的通用輸入/輸出，有助于實(shí)現(xiàn)小巧尺寸，這項(xiàng)優(yōu)勢(shì)相較于分離式方法尤其顯著，因?yàn)楹笳呔哂卸鄠€(gè)零組件，會(huì)提高整體解決方案的尺寸和成本。
此應(yīng)用中常見的電源樹狀架構(gòu)旨在實(shí)現(xiàn)雙級(jí)功率轉(zhuǎn)換，有助于維持整體效率，并將組件溫度維持在可接受范圍內(nèi)。在此電源樹狀架構(gòu)中，前級(jí) DC/DC會(huì)將12 V電池電壓降低至穩(wěn)壓中間電壓（例如 5 V 或 9 V），傳送至多通道 PMIC。前級(jí) DC/DC 應(yīng)為大范圍VIN降壓轉(zhuǎn)換器，可支持12 V電池電壓驟降至 3 V 和遽增至 36 V 的瞬態(tài)。

【挑戰(zhàn) 2】功能安全
因?yàn)樽詣?dòng)緊急煞車和智能主動(dòng)車距控制巡航系統(tǒng)均涉及前置攝影機(jī)，因此功能安全也至關(guān)重要。前置攝影機(jī)系統(tǒng)通常需符合車用安全完整性等級(jí)（ASIL）B的要求，這表示 PMIC 對(duì)處理器的供電必須達(dá)到 ASIL B 的要求，才能滿足整體系統(tǒng)層級(jí)的功能安全要求。

以下略舉幾項(xiàng) ASIL B PMIC常見的功能：
? 用于 PMIC 電源軌的電壓監(jiān)控器
? 附加監(jiān)控器，用于偵測(cè)系統(tǒng)中的其它電源軌
? 能隙冗余
? 用于偵測(cè)軟件故障的監(jiān)視定時(shí)器
? 用于偵測(cè)硬件故障的錯(cuò)誤訊號(hào)監(jiān)控器

【挑戰(zhàn) 3】低成本
系統(tǒng)的低成本需求主要由客車與輕型商用車大量采用前置攝影機(jī)的趨勢(shì)所帶動(dòng)。前置攝影機(jī)系統(tǒng)是車輛中最常見的一種 ADAS 應(yīng)用，預(yù)計(jì)到 2028 年的裝置數(shù)量會(huì)超過(guò) 7000 萬(wàn)件。
如此龐大數(shù)量對(duì) Tier-1 供貨商帶來(lái)的成本壓力將轉(zhuǎn)嫁至半導(dǎo)體供貨商身上。若要維持低整體系統(tǒng)成本，方法包括減少物料清單數(shù)量、選擇整合式組件、選擇正確的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，以及維持低硅成本。PMIC 可縮小尺寸并整合多個(gè)功率組件，有助于實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)勢(shì)和最佳成本效益。

【挑戰(zhàn) 4】散熱性能
前置攝影機(jī)安裝于車輛擋風(fēng)玻璃上，即使在正常操作條件下，仍將暴露在高溫中。高溫會(huì)造成熱噪聲，導(dǎo)致影像質(zhì)量不佳，尤其在低光源條件下更是如此。前置攝影機(jī)的印刷電路板面積縮減需求，加上攝影機(jī)模塊中的攝影機(jī)處于高溫環(huán)境，進(jìn)一步為這項(xiàng)應(yīng)用帶來(lái)更嚴(yán)苛的散熱挑戰(zhàn)。系統(tǒng)必須將散熱性能優(yōu)化，才可在各種條件下運(yùn)作。PMIC 的散熱性能有助于將電路板保持在低溫狀態(tài)。

結(jié)論
在 ADAS 前置攝影機(jī)上加裝 PMIC，有助于減輕上述的四大挑戰(zhàn)，并強(qiáng)化前置攝影機(jī)系統(tǒng)中的電源與散熱效率。視系統(tǒng)需求而定，AM62A-Q1或TDA4AL-Q1處理器系列可能是簡(jiǎn)化前置攝影機(jī)設(shè)計(jì)程序的理想選擇。