ADAS 前置摄像头设计面临的四大电源挑战

前置摄像头是高级驾驶辅助系统 (ADAS) 的重要组件，尤其是鉴于现在的新车碰撞测试要求将自动紧急制动和正面防撞作为汽车的标准功能。前置摄像头有助于实现其他 ADAS 功能，例如自适应巡航控制、行人检测、车道保持辅助和交通标志识别。

图 1 中的示例演示了如何使用摄像头进行物体检测以启用 ADAS 功能。

图 1：使用摄像头进行实时处理

为了执行视觉预处理、深度和运动加速或 AI 网络处理等处理任务以支持 ADAS 功能，系统中的片上系统 (SoC) 需要高效的电源。在设计 ADAS 前置摄像头时，面临以下四大电源挑战。

挑战一：小尺寸解决方案

由于前置摄像头位于挡风玻璃上，因而对其尺寸有严格的要求。摄像头模块可以包括一个或两个摄像头：一个用于提供更宽的视野或更高的分辨率，另一个用于观察更远的距离。

虽然市场上大多数应用中使用的是单摄像头模块，但双摄像头模块正越来越流行，以便更好地观察车辆周围环境并实现更高级别的自主性。高分辨率和更高帧速率的摄像头模块也是发展趋势。在摄像头性能提高的同时，摄像头模块本身的尺寸也在不断缩小，典型尺寸为 18mm x 18mm。

远程摄像头模块使用串行器/解串器 (SerDes) 链路将数据从摄像头模块发送到电子控制单元 (ECU)。前置摄像头模块与前置摄像头 ECU 并置，使用摄像头串行接口 (CSI)-2 能够将数据发送到 ECU 电路板。前置摄像头中的摄像头模块输入电源电压可低至 5V，而同轴电缆供电的远程摄像头模块通常为 9V。前置摄像头模块子板上的多通道电源管理 IC (PMIC) 采用低压输入，能够为成像仪以及摄像头模块上的所有其他处理任务供电。在通过 CSI-2 将数据流式传输到 ECU 之前，可以先使用板载微控制器 (MCU) 完成处理。摄像头模块上的 MCU 可以执行像素级图像信号处理，或者由独立芯片进行此处理。其中，远程摄像头模块中常见的 SerDes 芯片组无需供电轨。具有适当数量电源轨的低压 PMIC 可以为摄像头模块上的图像传感器和其他外设供电，有助于实现这些系统所需的小空间。

图 2 显示了前置摄像头的系统方框图。该系统通常位于挡风玻璃后面靠近后视镜的位置，包括执行处理的前置摄像头ECU 和容纳图像传感器的摄像头模块。

图 2：前置摄像头系统方框图

前置摄像头应用中使用的视觉处理器具有被称为视觉处理加速器的专用硬件加速器，以及能够用于检测边缘物体的深度和运动感知加速器。此外，这些处理器可能具有人工智能 (AI) 功能，并配有专用的矩阵乘法加速器来帮助进行深度学习。考虑到如此大的处理量，PMIC 必须能够在不增加解决方案尺寸的情况下满足处理器的当前要求。

PMIC 应具有出色的瞬态响应以满足 AI 处理器的负载瞬态要求，并采用较小的输出电容来保持小巧的解决方案尺寸。集成降压稳压器、低压差稳压器、负载开关、电压监测器、序列发生器、看门狗计时器、错误信令模块和附加通用输入/输出有助于减小解决方案的尺寸。特别是与具有多个分立式元件并会增加整体尺寸和成本的解决方案相比，尺寸大幅减小。

该应用中常用的电源树架构将构建两级电源转换，有助于保持总效率并能够将组件温度保持在可接受的范围内。在这种电源树架构中，前级直流/直流转换器将 12V 电池电压降压至多通道 PMIC 的调节中间电压（例如，5V 或 9V）。前级直流/直流转换器应选用宽输入电压降压转换器，能够支持 12V 电池电压骤降至 3V 以及浪涌至高达 36V 的瞬态电压。

挑战二：功能安全

由于自动紧急制动和自适应巡航控制涉及前置摄像头，因此功能安全尤为重要。前置摄像头系统通常具有汽车安全完整性等级 (ASIL) B 要求。这意味着处理器的 PMIC 电源必须能够满足 ASIL B 要求，从而帮助实现整体系统级功能安全要求。

以下是 ASIL B PMIC 应该具备的一些功能：
•        PMIC 电源轨的电压监测器
•        用于检测系统其他电源轨的附加监测器
•        带隙冗余
•        用于检测软件故障的看门狗计时器
•        用于检测硬件故障的错误信令监测器

挑战三：低成本

由于乘用车和轻型商用车中大量采用前置摄像头，因此降低摄像头系统的成本至关重要。预计到 2028 年，前置摄像头系统的销量将超过 7000 万台，是车辆中常见的 ADAS 应用。

高产量会给一级供应商带来成本压力，进而为半导体供应商带来压力。通过减少物料清单数量、选择集成组件、选择合适的技术节点以及保持较低的器件成本，可以降低整体系统的成本。PMIC 尺寸小巧，集成了多个电源元件，有助于实现这些优势并能够优化成本。

挑战四：热性能

由于前置摄像头位于车辆挡风玻璃上，因此在正常工作条件时前置摄像头会暴露在高温下。热量会造成热噪声并导致图像质量不佳，在弱光条件下更是如此。前置摄像头需要较小的印刷电路板面积，加上摄像头模块中的摄像头会发热，这进一步增加了该应用的散热挑战。为了适应各种工作条件，系统的热性能优化至关重要。PMIC 良好的热性能有助于使电路板保持在低温状态。