高级驾驶辅助系统解决方案系列介绍—数字摄像头

[ 热门新闻 ] 汽车 2020-02-27 18:29:11

近年来,随着人们对驾驶安全水平需求的不断提高,高级驾驶辅助系统ADAS)相关技术的不断成熟,伴随着ADAS市场高速发展,摄像头的需求也更加旺盛。其应用场景也是非常多的,主要是以下几个应用场景:

数字摄像头,主要有玻璃透镜、CMOS传感器、图像信号处理器(ISP)、电源管理、串行器、微处理器器等功能单元构成,如下图一所示。但是电池保护单元一般都是在解串单元那边。同时因为数字摄像头体积非常小,选型过程中尽量需要考虑小体积、高效率的器件。

       

图1-数字摄像头功能框架图

        TI针对数字摄像头,有一些完整参考设计,如TIDA-01003就是汽车用100兆摄像头模组的参考设计。设计相关的原理图、PCB文件和BOM都是在TI官网公开。也借这个参考介绍一下数字摄像头模组主要功能。

                                                                                                                  

图二 – TIDA-01003设计实物图

汽车1MP摄像头模组参考设计利用CMOS成像在FPD_LINK Ⅲ上提供多种未压缩的视频格式,支持8位和10位YUV42。FPD_LINK Ⅲ 串化器技术可以通过同轴电缆传输视频数据,双向控制信号和电源。输入电压范围是4~36V。

                下图是此参考设计的系统框图,利用加串器DS90UB913A-Q1、宽电压输入电压降压器LM53600-Q1、低输入电压降压器TPS62261-Q1、LDO LP5907-Q1 和ON的传感器及图像信号处理器(ISP)。

图三 – TIDA-01003设计系统框图

从系统功能框图可以看出,在此应用上主要有以下几大产品部分:

  1. 宽输入电压的降压器:把PoC传过来DC电压降为3.3V,供后级电源用,在现实使用,PoC上的电压有很大差别,从7~24V都可以1)、商用车的24V电池电压,设计中直接利用电池电压给到PoC;2)、乘用车12V电池电压系统;3)在解串单元那边就对电池电压进行稳压,有升有降,如乘用车,有的利用升降压稳在12V,有的也把电压降到9V等。因为ISO7637测试要求,12V电压输入会要求耐压36V,24V电压输入会要求耐压60V。针对性介绍几款TI的同步降压稳压器产品:

      • 宽运行输入电压范围:3.55V 至 36V(瞬态电压最高达 42V)
      • 最大电流负载:650mA (LM53600-Q1),1000mA (LM53601-Q1)
      • 提供扩展频谱选项
      • 2.1MHz 固定开关频率
      • 具有可湿性侧面的 10 引脚 3mm x 3mm 小外形尺寸无引线 (SON)

     

    • TPS560430-Q1(New):
      • 输入电压范围:4V 至 36V
      • 最大电流负载:600mA
      • 2.1MHz 开关频率
      • SOT-23-6 封装2.90mm × 1.60mm
      • 集成同步整流,内置补偿功能,便于使用
    • LMR36006-Q1(New):(这个是针对24V乘用车电压,耐压要求高达60V)
      • 输入电压范围:4.2V 至 60V
      • 最大电流负载:LMR36006-Q1 (600mA) LMR36015-Q1(1.5A)
      • 400KHz,2.1MHz 开关频率可选
      • 扩频调频功能
      • 2.00mm x 3.00mm VQFN-HR(12)
      • HotRod™ 封装可以实现低EMI 和最少的开关节点振铃

       

    • TPS62172-Q1:(用于前端已经带稳压功能的电路)
      • 输入电压范围:3V 至 17V
      • 最大电流负载:500mA
      • 开关频率典型值高达2.25MHz
      • 2 × 2mm WSON-8 封装   
  2. 低输入电压的降压器:(主要是供电压给串化器和ISP)

    • TPS62261-Q1:
      • 输入电压范围:2V 至 6V
      • 最大电流负载:600mA
      • 开关频率典型值高达2.25MHz
      • 2x2mm SON/TSOT23
    • TPS62242-Q1:
      • 输入电压范围:2V 至 6V
      • 最大电流负载:300mA
      • 开关频率典型值高达2.25MHz
      • 2x2mm TSOT23-5 
  3. 低噪声的LDO:

    • LP5907-Q1:
      • 输入电压范围:2.2V 至 5.5V
      • 输出电流:250mA
      • 电源抑制比 (PSRR):1kHz 频率时为 82Db
      • 无需噪声旁路电容
      • 1.00mm x 1.00mm X2SON封装
    • TLV702-Q1:
      • 输入电压范围:2V 至 5.5V
      • 输出电流:300mA
      • 高电源抑制比(PSRR):频率1kHz 时为68Db
      • 1.50mm × 1.50mm WSON封装

       

    • TLV710-Q1:(双路LDO可以同时替换LDO和低压降压稳压器)
      • 输入电压范围:2V 至 5.5V
      • 输出电流:550mA(双路合计最大值)
      • 高电源抑制比(PSRR):频率1kHz 时为70Db
      • 1.5mm × 1.5mm SON-6封装  
  4. 加串器

    • DS90UB913A-Q1:
      • 25MHz 至 100MHz 输入像素时钟支持 
      • 可编程数据有效载荷:
        1. 10 位有效载荷,高达 100MHz 
        2. 12 位有效载荷,高达 75MHz

         

    • DS90UB933-Q1:(相比参考设计的DS90UB913A-Q1,更推荐更高的并行时钟的DS90UB933-Q1)
      • 支持 37.5MHz 至 100MHz 输入像素时钟
      • 可编程数据有效载荷
        1. 10 位有效载荷,高达 100MHz
        2. 12 位有效载荷,高达 100MHz
      • 5.00mm × 5.00mm WQFN
      • 能够驱动长达 15m 的同轴或屏蔽双绞线 (STP) 电 缆
    • DS90UB953-Q1:(MIPI CSI)(对应参考设计TIDA-020000
      • 4.16Gbps 级串行器支持高速传感器包括全高清1080p 2MP 60fps 和 4MP 30fps 成像器
      • 符合 D-PHY v1.2 和 CSI-2 v1.3 标准的系统接口
        1. 多达 4 条数据通道,每通道速率为 832Mbps
        2. 支持多达四个虚拟通道 

         

      • 小型 5mm × 5mm VQFN 封装
      • 1.8V 单电源
      • 支持单端同轴或屏蔽双绞线 (STP) 电缆 

在实际的产品设计中,还要需要ESD防护,电压稳定性监控,来保证传感器、图像信号处理器和加串器的稳定工作,还会额外加上ESD保护器件在差分线和电压监控在3.3V系统上。对此我们的推荐是TI如下器件:

  1. ESD 管

    • TPD2E001:适用于高速数据接口的低电容、2 通道 +/-15kV ESD 保护阵列

       

  2. 电压监测芯片

    • TPS3809-Q1: 具有低电平有效推挽复位功能的汽车小尺寸3 引脚电压监控器
      • 2.90 mm × 1.60 mm SOT-23(3)封装
      • 2.5 V, 3 V, 3.3 V, 5 V电压监控
      • 200ms 上电延迟 

更多参考设计:

  1. TIDA-020000260 万像素汽车摄像头模块参考设计采用 POL PMIC、FPD-LINK III、监测器

  2. TIDA-020003采用/不采用 MIPI CSI-2、PMIC、FPD-Link III 视频接口技术的汽车类 200 万像素摄像头模块参考设计

  3. TIDA-050015:针对解决方案尺寸和低噪声进行了优化的汽车 ADAS 摄像头电源参考设计

更多资源烦请访问TI官网获取更多信息。

参考文献:

  1. TIDA-01002: 采用 YUV422 输出、FPD-Link III 和同轴电缆供电技术的汽车类 100 万像素摄像头模块参考设计

  2. 低噪声CMOS摄像头供电参考

  3. 不具有处理功能的摄像头模块