自动驾驶之眼--前视摄像头系统深度解剖Ⅰ

自动驾驶技术，作为出行安全和效率提升的有效途径，获得了汽车等相关产业的广泛关注。而随着计算机视觉系统的日益成熟，前视摄像头(front camera)也日渐成为了自动驾驶系统中经济、有效而又不可或缺的一环。

那本系列文章将会对前视摄像头系统各个模块进行深度解剖，并详细阐述各个模块中TI 性价比极高的明星产品，为摄像头的设计选型提供便利。整个系列将会分为以下几个部分详细展开：

第一节：供电模块

第二节：信号处理模块

第三节：接口模块

第四节：监测以及检测模块

                图1 前视摄像头系统框图

第一节  供电模块

摄像头供电系统，如图2所示，一般先从蓄电池取电，经过一级变换后将电压转换为5V/3.3V的中间电压。然后经过第二级电压变换，转化为负载需要的电压。一般来说，基于车载摄像头的使用以及安装场景，前视摄像头供电系统一般需要满足以下三个需求：

(1)尽可能小的体积；

(2)较好的热性能；

(3)易于使用且支持后续编程拓展。

那下文将会紧扣这三点，从(i) 一级(Pre-regulation)电源； (ii)二级(POL)电源两部分对TI提供的解决方案以及明星产品做一个详细介绍。

                 图2 Front camera供系统框图

一级(Pre-regulation)电源--宽输入Buck芯片

乘用车一般配备12V蓄电池，而商用车配备更高的24V蓄电池。由于汽车起动瞬间会有较高的电压尖峰，为了提高供电的稳定性，与蓄电池直连芯片的输入电压范围通常会预留较大的电压裕量。TI 针对12/24V蓄电池推荐的宽输入Buck芯片明星产品如下表。

                       表1  一级电源Buck选型表

以LM7600X-Q1系列同步降压芯片为例，该系列

(a)提供Pin-to-Pin的不同电流挡位选择，有利于后续的产品升级;

(b)能够实现PFM和PWM模式无缝切换，提高轻载时的效率(LM76003-Q1最高效率达到95%，如图3(a))；并且导通电阻较小，确保高效；

(c)外围电路简单，引脚专为简化 PCB布局而设计，可提供优异的 EMI (CISPR25) 和热性能,，如图3(b).

(a)     LM76003-Q1效率曲线

(b)引脚布局优化图

                                                             图3 LM76003-Q1重要参数图

二级电源（POL）

      2.1 CMOS传感器供电

CMOS传感器对噪声非常敏感，尤其是AVDD供电纹波噪声会直接影响图像质量，甚至造成图像失真。所以传感器AVDD电平一般选用输出噪声噪声极小的LDO进行供电。并且供电模块的EMI 以及热性能都对最后生成的图像质量有影响。TI 根据方案的集成度，提供了三种可靠的CMOS供电方案。

(a)Integrated集成方案：PMIC(TPS65000-Q1/TPS650320-Q1)

以利用TPS65000-Q1给某品牌CMOS传感器供电为例，TPS65000-Q1提供两路高精度输出的LDO以及一路高效率Buck，且输入可调，能够使用多品牌不同电源轨的需求。且buck频率高达2.5MHz，有效地减小了电感等无源器件的体积，从而缩小了整体模块的体积。

图4 集成供电方案

后续即将量产的TPS6503X-Q1系列PMIC，针对不同的CMOS供应商，给出了定制的PMIC解决方案，详见文档：https://www.ti.com.cn/cn/lit/an/slvaey0a

(b)Semi-integrated 半集成方案--LDO+双路Buck

半集成方案的好处是可以根据CMOS sensor安装位置，优化PCB板设计，灵活度高

                            图5  半集成供电方案

该方案性价比最高，且芯片可选种类繁多。TI汽车中的LDO以及双路Buck明星产品如下表所示。

          表2 CMOS sensor 供电明星产品选型表

(c)Discrete分立方案--LDO+BUCK*2

分立方案总体价格较低，但由于芯片数量增多，为摄像头模块的小封装布局提供了极大的困难。所以一般不推荐使用。

2.2 Processor+Memory供电--PMIC

由于前视摄像头处理器中集成了GPU、Safety MCU、图像信号处理器ISP以及以太网接口等模块，因此电源需求较多，且对各路电源要求不一。TI 为多种processor定制了PMIC供电方案。以处理器中常用的PMIC芯片——TPS6594-Q1为例，

TPS6594-Q1集成了5路Buck和4路LDO(其中一路极低噪声的LDO);

具有低EMI噪声以及良好的热性能，并且外围电路较少、易于使用;

PMIC剩余输出的Buck通道，还可以用来给存储器(Memory)供电，能够有效缩小整体解决方案的体积。

TI为不同的处理器（TDA4/Mobileye Qx/Xilinx /NXP等）定制的PMIC供电方案,如下表所示。

                表3  Processor 供电PMIC选型表

Mobile EyeQx供电参考设计:  https://www.ti.com.cn/cn/lit/an/snva869/snva869.pdf

Xilinx 供电参考设计:  https://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/tidt182/tidt182.pdf

Renesas R-Car M3供电参考设计：https://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/snvu675/snvu675.pdf

综上，TI 能够提供一个非常完整的前视摄像头供电方案，性价比高、电磁干扰低，能够精简模块设计，在满足模块热性能的同时缩小整体解决方案体积，为您的前视摄像头订制完美的解决方案。