倍受矚目的倒車(chē)后視系統面臨設計挑戰

美國交通部在2011年12月提出新的安全法規，旨在幫助消除車(chē)輛后方的盲區，這些盲區導致駕駛員很難看到車(chē)后的行人 - 特別是幼童，此法規使得基于視頻的汽車(chē)安全系統這一新興領(lǐng)域成為公眾矚目的焦點(diǎn)。此次提出的倒車(chē)后視能見(jiàn)度法規由國會(huì )要求制定，為2007年《兒童交通安全法案》(“K.T. Safety Act”)的一部分，該法案以一名在自家車(chē)道上被父親意外撞死的兩歲男孩命名。倒車(chē)事故每年導致大約300人死亡和18,000人受傷。

近期出臺的法案要求提供汽車(chē)后方檢測功能，利用車(chē)尾安裝的視頻攝像頭等新技術(shù)，讓駕駛員能夠“看到”車(chē)輛后方。該法案要求擴大所有客車(chē)、載貨卡車(chē)、小型貨車(chē)、公共汽車(chē)、低速車(chē)輛的必要視野范圍，以便駕駛員在倒車(chē)時(shí)能夠直接看到車(chē)輛后方。根據相關(guān)規定，10%的新車(chē)必須在2012年9月符合新規要求，40%的新車(chē)在2013年9月達到這些要求，所有新車(chē)2014年9月必須全部達標。有些車(chē)輛現在購買(mǎi)時(shí)就配備環(huán)視安全系統，可顯示車(chē)輛周?chē)形矬w的360度視圖。

倒車(chē)后視系統的興起有助于提高安全性

為了滿(mǎn)足新標準要求，國家公路交通安全管理局(NHTSA)預計汽車(chē)制造商將在車(chē)尾安裝視頻攝像頭和車(chē)內顯示屏。根據NHTSA的初步評估，倒車(chē)后視(RV)系統在提高車(chē)尾能見(jiàn)度方面更具潛力，優(yōu)于基于傳感器的車(chē)尾物體檢測系統以及車(chē)尾凸面鏡。

倒車(chē)后視系統代表了駕駛員輔助安全系統的最新發(fā)展趨勢，將汽車(chē)信息娛樂(lè )技術(shù)和通信技術(shù)融為一體。在美國及至全球各地，越來(lái)越多的汽車(chē)已經(jīng)配備了倒車(chē)后視系統，讓駕駛員能夠通過(guò)車(chē)內的視頻顯示的車(chē)尾視頻攝像頭影像看到車(chē)輛后方的很大區域。用戶(hù)也可以單獨購買(mǎi)倒車(chē)后視系統，零售價(jià)大約60美元至200美元。

倒車(chē)后視系統設計挑戰

倒車(chē)后視系統的設計人員必須關(guān)注性能問(wèn)題和穩定可靠性，從而滿(mǎn)足汽車(chē)制造商的嚴格要求。對于新用戶(hù)，后視攝像頭必須盡可能小巧，以便無(wú)縫安裝在車(chē)輛的當前車(chē)身結構中。OEM系統的設計人員一直迫切需要減少倒車(chē)后視攝像頭的一部分電子元件。不過(guò)，采用IC通過(guò)集成減少眾多分立式電子器件，有助于縮小整體裝配尺寸。例如，領(lǐng)先制造商生產(chǎn)的新型倒車(chē)后視攝像頭將高速視頻重構濾波器與電池短路保護集成在一個(gè)封裝中，與同等的分立解決方案相比，它將所需空間減少了90%。對于未來(lái)每車(chē)使用四個(gè)或更多攝像頭的環(huán)視安全系統而言，空間更加至關(guān)重要。

第二個(gè)緊迫的設計問(wèn)題集中在信號鏈的穩定性方面，因為倒車(chē)后視系統必須做到堅不可摧。必須要有穩定的信號鏈，能夠耐受高達18 V的過(guò)壓條件，并且經(jīng)過(guò)ESD強化，存在大共模電壓噪聲時(shí)能夠無(wú)中斷運行。由于視頻、接地和電池信號都在同一條長(cháng)電纜上傳輸，因此對于任何視頻信號而言，最嚴重的故障之一就是電池電壓直接短路。這種電池短路不僅會(huì )損壞倒車(chē)后視或環(huán)視系統，還會(huì )損壞更為昂貴的主機視頻系統。

此外，還有各種各樣的瞬時(shí)噪聲來(lái)源：雨刷、電動(dòng)車(chē)窗、交流壓縮機電機打開(kāi)和關(guān)閉 – 所有這些因素都會(huì )導致底盤(pán)接地電流和電壓尖峰，從而導致共模誤差電壓，可能?chē)乐負p壞后視系統。這些噪聲來(lái)源可能降低圖像質(zhì)量，甚至破壞電子系統。常規視頻信號之外的任何干擾均可視為噪聲，但是，不論何種干擾源，汽車(chē)制造商都期望OEM能夠遵守有關(guān)穩定性的嚴格要求。最常見(jiàn)的有害電壓浪涌來(lái)自靜電放電(ESD)，也就是快速高電流傳輸靜電荷。ESD可能永久性損壞電子系統。雖然大多數制造商安裝了保護機制，但ESD強化型集成電路則提供了更高級別的穩定性。

新型汽車(chē)運算放大器和模擬視頻濾波器IC，例如ADI公司的ADA4830系列差分放大器和ADA4433/32系列視頻重構濾波器，在小尺寸封裝中集成電池短路保護、大共模抑制，并提升了ESD耐受性能。這些器件集成了眾多成本昂貴且體積較大的分立式元件，例如電容器、二極管、晶體管和開(kāi)關(guān)，通?？梢员Ｗo標準運算放大器。這些新型集成放大器和視頻濾波器的故障檢測輸出可以實(shí)現主動(dòng)快速的診斷，去除了分立電子元件，讓系統設計人員能夠減少大約20%的元件成本，同時(shí)節省多達90%的PCB面積 – 對于當前的倒車(chē)后視系統和未來(lái)的環(huán)視安全系統而言，這是一項非常重要的特性。

在短短幾年時(shí)間內，倒車(chē)后視以及環(huán)視系統將投入所有汽車(chē)實(shí)際應用。倒車(chē)后視系統設計人員現在可以采用集成IC，從而節省空間、時(shí)間和資源，這些IC還提供至關(guān)重要的過(guò)壓保護、出色的圖像質(zhì)量、低能耗和診斷功能。最為重要的是，新一代倒車(chē)后視和通信系統有助于杜絕在美國及至全球的倒車(chē)致人死亡的悲劇。穩定的視頻放大器集成電路(IC)即將問(wèn)世，以符合汽車(chē)后視法規以及日益增加的環(huán)視安全標準;新型IC可以防止設備中的敏感視頻電路出現電池電壓短路，減少車(chē)禍的發(fā)生。