ADAS 前置攝影機設計的電源供應四大挑戰

前置攝影機裝置是先進(jìn)駕駛輔助系統（ADAS）不可或缺的組件，尤其目前新車(chē)評鑒計劃的規定已將自動(dòng)緊急煞車(chē)與前方防撞功能列為標準功能。前置攝影機可輔助其它 ADAS 功能，例如智能主動(dòng)車(chē)距控制巡航系統、行人偵測、車(chē)道維持輔助與交通標志辨識等。
圖一的范例顯示如何使用攝影機進(jìn)行物體偵測以實(shí)現 ADAS 功能。

 
圖一 使用攝影機進(jìn)行實(shí)時(shí)處理（source：德州儀器）

為了執行如視覺(jué)預處理、深度和運動(dòng)加速或 AI 網(wǎng)絡(luò )處理以支持 ADAS 功能，系統中的系統單芯片（SoC）需要高效率的電源供應器。ADAS 前置攝影機的設計面臨四大電源供應挑戰。

【挑戰 1】精巧解決方案尺寸
前置攝影機在擋風(fēng)玻璃上的位置，會(huì )對尺寸造成嚴格的限制。攝影機模塊可能包含一或二臺攝影機：一臺可提供較寬廣的視野或較高分辨率，第二臺則可提供較長(cháng)距離。
雖然市面大多產(chǎn)品使用單一攝影機模塊，但為了改善車(chē)輛周遭視野并提升自主能力等級，雙攝影機模塊正日益普及。高分辨率與較高幀率的攝影機模塊也已蔚為趨勢。在攝影機性能提升的同時(shí)，攝影機模塊本身尺寸則逐漸縮減，一般尺寸為 18 mm x 18 mm。
遠程攝影機模塊使用串聯(lián)器—解串器（SerDes）鏈接，將數據從攝影機模塊傳輸至 ECU。前置攝影機模塊與前置攝影機 ECU 共置，透過(guò)攝影機串行接口（CSI）-2 將數據傳輸至ECU基板。前置攝影機中的攝影機模塊輸入供電可低至 5 V，而同軸電纜供電的遠程攝影機模塊通常為 9 V。
前置攝影機模塊子板上的多信道電源管理 IC（PMIC）則為低電壓輸入，可為成像組件及攝影機模塊上的額外處理作業(yè)供電。數據先經(jīng)由板載微控制器（MCU）處理，再透過(guò)CSI-2串流至ECU。攝影機模塊上的 MCU 可執行像素層級的影像訊號處理功能，亦可由獨立芯片予以處理。
遠程攝影機模塊中常見(jiàn)的 SerDes 芯片組不需使用電源軌供電。若低電壓 PMIC 具備合適數量的電源軌，則可為攝影機模塊上的影像傳感器及其它周邊裝置供電，有利于實(shí)現這類(lèi)系統所需的小巧空間。
圖二展示前置攝影機系統的概略原理圖，此系統通常位于靠近后視鏡的擋風(fēng)玻璃后方，內含負責處理數據的前置攝影機電子控制單元（ECU），以及搭載影像傳感器的攝影機模塊。


 
圖二  前置攝影機系統原理圖（source：德州儀器）

在前置攝影機應用中所使用的視覺(jué)處理器，具有稱(chēng)為視覺(jué)處理加速器的專(zhuān)用硬件加速器，以及深度和運動(dòng)感知加速器，可偵測位于邊緣的物體。此外，這類(lèi)處理器可配備人工智能（AI）功能，并以專(zhuān)用矩陣乘法加速器輔助深度學(xué)習。面對如此龐大的處理量，PMIC 必須滿(mǎn)足處理器的現有需求而不增加解決方案尺寸。
PMIC 應具有優(yōu)異的瞬態(tài)響應，可滿(mǎn)足 AI 處理器的負載瞬態(tài)要求，同時(shí)具備極低的輸出電容，有利維持小巧的解決方案尺寸。整合降壓穩壓器、壓降穩壓器、負載開(kāi)關(guān)、電壓監控器、序列器、監視定時(shí)器、錯誤訊號模塊，以及額外的通用輸入/輸出，有助于實(shí)現小巧尺寸，這項優(yōu)勢相較于分離式方法尤其顯著(zhù)，因為后者具有多個(gè)零組件，會(huì )提高整體解決方案的尺寸和成本。
此應用中常見(jiàn)的電源樹(shù)狀架構旨在實(shí)現雙級功率轉換，有助于維持整體效率，并將組件溫度維持在可接受范圍內。在此電源樹(shù)狀架構中，前級 DC/DC會(huì )將12 V電池電壓降低至穩壓中間電壓（例如 5 V 或 9 V），傳送至多通道 PMIC。前級 DC/DC 應為大范圍VIN降壓轉換器，可支持12 V電池電壓驟降至 3 V 和遽增至 36 V 的瞬態(tài)。

【挑戰 2】功能安全
因為自動(dòng)緊急煞車(chē)和智能主動(dòng)車(chē)距控制巡航系統均涉及前置攝影機，因此功能安全也至關(guān)重要。前置攝影機系統通常需符合車(chē)用安全完整性等級（ASIL）B的要求，這表示 PMIC 對處理器的供電必須達到 ASIL B 的要求，才能滿(mǎn)足整體系統層級的功能安全要求。

以下略舉幾項 ASIL B PMIC常見(jiàn)的功能：
? 用于 PMIC 電源軌的電壓監控器
? 附加監控器，用于偵測系統中的其它電源軌
? 能隙冗余
? 用于偵測軟件故障的監視定時(shí)器
? 用于偵測硬件故障的錯誤訊號監控器

【挑戰 3】低成本
系統的低成本需求主要由客車(chē)與輕型商用車(chē)大量采用前置攝影機的趨勢所帶動(dòng)。前置攝影機系統是車(chē)輛中最常見(jiàn)的一種 ADAS 應用，預計到 2028 年的裝置數量會(huì )超過(guò) 7000 萬(wàn)件。
如此龐大數量對 Tier-1 供貨商帶來(lái)的成本壓力將轉嫁至半導體供貨商身上。若要維持低整體系統成本，方法包括減少物料清單數量、選擇整合式組件、選擇正確的技術(shù)節點(diǎn)，以及維持低硅成本。PMIC 可縮小尺寸并整合多個(gè)功率組件，有助于實(shí)現上述優(yōu)勢和最佳成本效益。

【挑戰 4】散熱性能
前置攝影機安裝于車(chē)輛擋風(fēng)玻璃上，即使在正常操作條件下，仍將暴露在高溫中。高溫會(huì )造成熱噪聲，導致影像質(zhì)量不佳，尤其在低光源條件下更是如此。前置攝影機的印刷電路板面積縮減需求，加上攝影機模塊中的攝影機處于高溫環(huán)境，進(jìn)一步為這項應用帶來(lái)更嚴苛的散熱挑戰。系統必須將散熱性能優(yōu)化，才可在各種條件下運作。PMIC 的散熱性能有助于將電路板保持在低溫狀態(tài)。

結論
在 ADAS 前置攝影機上加裝 PMIC，有助于減輕上述的四大挑戰，并強化前置攝影機系統中的電源與散熱效率。視系統需求而定，AM62A-Q1或TDA4AL-Q1處理器系列可能是簡(jiǎn)化前置攝影機設計程序的理想選擇。