ADAS 前置摄像头设计面临的四大功耗挑战

前置摄像头单元是高级驾驶辅助系统 (ADAS) 的关键组件。特别是，新车评估计划(NCAP)目前将自动紧急制动和前方碰撞预防功能作为标准配置。前置摄像头还有助于其他 ADAS 功能，例如自适应巡航控制、行人检测、车道保持辅助和路标识别。

图 1 显示了如何使用摄像头检测物体以启用多种 ADAS 功能。

图 1 ：使用摄像头进行实时处理

系统中的SoC(片上系统)需要高效的电源来执行支持ADAS功能的各种处理任务，例如视觉预处理、深度和运动加速以及AI网络处理。设计ADAS前置摄像头时存在四个主要电源问题。

挑战1：解决方案尺寸小

前置摄像头放置在挡风玻璃上，尺寸要求严格。相机模块可以包含一个或两个相机。第一个是保证更宽的视野或者更高的分辨率，第二个是覆盖更远的距离。

尽管大多数市场采用单摄像头模块，但双摄像头模块也变得越来越普遍，以便提供更好的汽车周围视野并提高自主水平。同样，更高分辨率的相机和具有更高帧速率的相机模块也是趋势。在相机性能提高的同时，相机模块本身的尺寸也变得更小，典型尺寸为18mm x 18mm。

远程摄像头模块使用SerDes(串行器和解串器)链路将数据从摄像头模块发送到ECU(电子控制单元) 。如果前置摄像头模块与前置摄像头ECU位于同一位置，则使用CSI-2(摄像头串行接口)将数据发送到ECU板。前置摄像头的摄像头模块输入电源电压低至5V，而通过同轴电缆向远程摄像头模块供电的电压通常为9V。前置摄像头模块子板上的多通道PMIC(电源管理IC)能够为成像器和摄像头模块上执行的其他附加处理功能提供低压输入电源。使用板载微控制器(MCU)执行处理后， ECU使用CSI-2。将数据流式传输至.相机模块上的微控制器可以执行像素级的图像信号处理，或者独立的芯片也可以执行该处理。远程摄像头模块中常见的SerDes芯片组不需要电压轨来供电。为相机模块上的图像传感器和其他外围设备供电的低压PMIC具有适当数量的电源轨，有助于满足此类系统的小空间要求。

图 2 显示了前置摄像头系统的高级框图。该系统通常安装在挡风玻璃后面靠近后视镜的位置，由执行处理的前置摄像头 ECU 和包含图像传感器的摄像头模块组成。

图2：前置摄像头系统框图

前置摄像头应用中使用的视觉处理器具有专用的硬件加速器，称为视觉处理加速器和深度/运动识别加速器，有助于检测边缘侧的物体。此外，这些处理器还可能包括人工智能 功能和专用矩阵乘法加速器，有助于执行深度学习。鉴于此吞吐量，PMIC必须满足处理器的当前要求，而不增加解决方案尺寸。

PMIC必须实现良好的瞬态响应，以满足AI处理器的负载瞬态要求，同时最大限度地减少输出电容以保持较小的解决方案尺寸。通过集成降压稳压器、低压差稳压器、负载开关、电压监视器、定序器、看门狗定时器、错误信号模块和附加GPIO(通用输入/输出)，可以实现小尺寸。相比之下，使用多个部件的分立方法会增加整体解决方案的尺寸和成本。

此应用中常见的电源树架构执行两个阶段的电源转换。这使得组件的温升能够保持在可接受的范围内，同时保持整体效率。在此电源树架构中，前端DC/DC将12V电池电压降压至调节的中间电压(例如5V或9V) ，并将其提供给多通道PMIC 。 DC/DC前级必须是宽输入电压范围(VIN) 降压转换器，能够处理标称12V电池电压降至低至3V或飙升至36V 的瞬态事件。

挑战2：功能安全

功能安全非常重要，因为自动紧急制动和自适应巡航控制都涉及前置摄像头。前置摄像头系统通常具有ASIL(汽车安全完整性等级)B要求。这意味着从PMIC到处理器的电力传输必须满足ASIL B要求，以便满足整体系统级功能安全要求。

以下是符合ASIL B的PMIC的一些预期功能。

· PMIC轨电压监控器

· 用于检测系统中其他导轨的附加监视器

· 带隙冗余

· 用于检测软件故障的看门狗定时器

· 错误信号监视器检测硬件故障

挑战三：低成本

对系统的低成本要求主要是由于乘用车和小型商用车预计将大量采用前置摄像头。前置摄像头系统是汽车中最常见的ADAS应用之一，预计到2028 年安装量将超过7000万套。

大规模采用将为一级供应商及其合作的半导体供应商带来成本压力。幸运的是，通过减少元件数量、选择集成元件、选择正确的技术节点(制造工艺)以及保持硅产品的低成本，可以保持较低的整体系统成本。 PMIC 通过小型化和多个功率组件的集成来帮助实现这些优势并优化成本。

课题4：热性能

将前置摄像头安装在汽车挡风玻璃上意味着摄像头在正常工作条件下会暴露在热量下。热量会以热噪声的形式导致图像质量下降，尤其是在弱光条件下(例如在没有灯光的夜间)。热量是该应用中的一个主要挑战，因为前置摄像头需要使用小型印刷电路板，并且摄像头本身会在摄像头模块内产生热量。优化系统的热性能至关重要，这样它才能在各种条件下运行。 PMIC 的热性能有助于将电路板保持在较低的温度。

概括

向 ADAS 前置摄像头添加 PMIC 有助于解决本文讨论的四个挑战。它还提高了前置摄像头系统的电源效率和散热效率。根据您的系统要求，AM62A-Q1或TDA4AL-Q1处理器系列可能是简化前置摄像头设计流程的不错选择。