[分享] 高级驾驶辅助系统解决方案系列介绍—数字摄像头

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：

• 倒车后视摄像头

• 360环视摄像头

• 前向摄像头

• 电子后视镜或流媒体后视镜

• 防疲劳驾驶DMS

• 行程记录仪

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。

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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。

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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）。

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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：

   • LM53600-Q1:
   • • 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