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    加強ADAS攝像頭系統的功能安全性

    作者:羅姆半導體時間:2022-08-10來源:電子產品世界收藏

    1 ADAS市場動向和ROHM的方針

    本文引用地址:http://www.me-unplugged.com/article/202208/437198.htm

    近年來,汽車領域的先進駕駛輔助系統(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化進程不斷加速,ADAS 構成所需的車載攝像頭系統、Radar(雷達)、LiDAR 以及將多個傳感技術融合在一起的傳感器 Fusion 系統的開發也在加速。

    其中,攝像頭系統在以往的環視系統中被廣泛使用,在周邊環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量最多的傳感系統。在今后市場增長前景看好的情況下,為了應對攝像頭搭載數量增加、通信信息量增加、噪音等外部因素的影響,確保其穩定運行,同時考慮到電力有限的汽車要處理多個系統,必須降低攝像頭系統的功耗。同時,為了構建更安全的系統,還需要明確故障風險并支持“”,以確保在發生故障時達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”、“低噪音”等性能方面的強化外,還導入了“”的想法進行產品開發。具體而言,發布了可實現、開發過程標準化、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。該產品作為具備安全通知功能的 PMIC,能夠為小型化要求強的攝像頭模塊提供更好的電源方案。

    2 ROHM面向系統的解決方案概要

    攝像頭系統是安裝在汽車各個部分的系統,它由一個拍攝詳細圖像的攝像頭模塊和一個控制攝像頭模塊并接收圖像數據的電子控制單元(electronic control unit,ECU)組成。該框圖如圖 1 所示。

    image.png

    在圖 1 中,攝像頭模塊和 ECU 是成對的,兩者之間的功率流向和數據線也有詳細描述。該攝像頭系統以用于將攝像頭模塊拍攝的影像數據傳送給 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 為中心構成。此外,它還提供保存圖像傳感器的圖像校正數據的 EEPROM BR24Hxx-5AC,ROHM 的攝像頭系統解決方案可以提供除 CMOS 圖像傳感器之外的所有系統所需的功能。

    2.1 ROHM解決方案帶來的諸多好處

    用戶通過在攝像頭系統中搭載 ROHM 的 BD868xx MUF-C 以及 BU18xMxx-M 系列產品,能夠得到“安全性”、“通用性”、“低功耗”、“低噪聲”等諸多優點。

    ①安全性

    在實現汽車安全性的 ADAS 系統中,滿足其安全性要求的對策不僅包含要求軟件和硬件的冗余設計,在 IC 層面也需要滿足安全要求的相應措施。

    ROHM 取得了面向汽車的功能安全相關國際標準規格“ISO 26262”的開發流程認證,并于 2021 年推出了支持功能安全,并為用戶和系統的安全、保障和舒適做出貢獻的品牌“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 相關的文檔。此外,該 IC 內部具有“電壓監視”、“BIST(自我診斷)”、“基準電壓分離”等安全功能,符合 ASIL-B 標準。

    串行器“BU18TM41A-M”配備了檢測圖像凍結的 Frame CRC(Cyclic Redundancy Check,循環冗余檢查)功能,以提高攝像頭系統的安全性。CRC 是對圖像的顏色數據進行一定的計算,將其結果作為幾個 bit 的數據輸出,這個計算結果就像是給每一幀圖像賦予“暗號”。通過在發送側和接收側對相同圖像進行同樣的計算,比較結果輸出的 CRC 值,能夠確認在圖像被發送和接收前后影像數據是否發生缺失等的匹配性。到此為止是一般的 CRC 機制。BU18TM41A-M 的 Frame CRC 除了通常的 CRC 功能之外,還實現 ADAS 攝像頭系統所要求的圖像凍結檢測。例如,從拍攝行駛中的汽車周邊的攝像頭系統發送來的圖像數據應該總是變化的,不會在一定時間內有相同的圖像。換言之,檢測到一定時間以上相同的 CRC 值意味著圖像因 某些問題而凍結。BU18TM41A-M 通過比較發送和接收圖像前后每一幀的 CRC 值來檢測圖像凍結(圖 2)。另外,SerDes 產品的“BU18xMxx-M 系列”是 ComfySIL 中搭載了 ASIL 所需的安全機構的“FS mechanism implemented”類別,與 Frame CRC 功能一起支持向攝像頭系統導入功能安全。image.png

    ②通用性

    BD868xxMUF-C 中加入了便于用戶設計的各種功能。最顯著的特點是,可以通過 OTP(one time programmable,OTP)根據各種 CMOS 圖像傳感器所需的規格進行定制。由于不同制造商和型號要求的電壓值和各電源通道的啟動 / 停止順序不同,通常在 CMOS 圖像傳感器發生變化時,供電電源電路周邊部件和控制程序也必須變更。然而,BD868xxMUF-C 可以根據產品出廠時的OTP設定來變更各輸出電壓值和起動時序等。由此,即使在 CMOS 圖像傳感器發生變更時,用戶也能夠在不變更電路板布局的情況下進行對應。

    另外,BD868xxMUF-C 通過采用小型封裝以及高頻開關動作使周邊部件小型化,與以往產品相比,在將安裝面積削減 25% 的同時,實現高效率的電力轉換,因此也抑制了發熱(圖 3)。該產品也可以對應今后要求越來越小型化的下一代攝像頭模塊。

    1661329123846603.png

    ③低噪音

    作為車載應用中重要的噪聲對策的低電磁干擾(electromagnetic interference,EMI),BD868xxMUF-C 和 BU18xMxx-M 系列中也加入了一些對策。兩種產品共同的對策是搭載了擴頻時鐘發生器(spread spectrum clock generator,SSCG)功能,該擴頻時鐘發生器功能通過使 IC 的通信時鐘和開關電源的開關頻率有意地 進行波動(抖動),來降低特定頻譜中的噪聲強度。

    BU18xMxx-M 系列配備了串行器和解串器雙方的 SSCG 功能,實現了 -10 dB 噪聲強度降低等。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(CISPR)標準中的“車載接收機保護干擾波的推薦限度值及測定法(CISPR25)”的 class5 等級。另外,BU18xMxx-M 系列應用中介紹的傳輸速率可變功能,在存在多個通信通道的情況下,能夠精細地(0.1%step)變更各自的通信傳輸速率,與 SSCG 同樣能夠實現 -10 dB 的低 EMI 化(圖 4)。

    image.png

    ④低功耗

    BD868xxMUF-C 在車載攝像頭模塊所要求的負載范圍中實現了 PMIC 總功率轉換效率為 82% 的高效率,不僅能為降低功耗做出貢獻,還可以毫無問題地應對車室內外的溫度環境(圖 5)。image.png

    圖5 PMIC的功率轉換效率

    另外,BU18xMxx-M 系列具有能夠改變傳輸速率的功能,通過不同的應用優化傳輸速率,與一般產品相比能夠削減 27% 左右的功耗,因此能夠以必要最低限度的功率構筑通信系統。

    (注:本文轉載自《電子產品世界》雜志2022年8月期)



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