C2B：一種適合汽車應(yīng)用的新型車用攝像頭及視頻鏈路

隨著自動(dòng)駕駛汽車的應(yīng)用日益廣泛，需要更多汽車傳感器的需求日趨明顯。攝像頭是推動(dòng)自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展的關(guān)鍵傳感器之一。隨著新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，車載攝像頭的數(shù)量也在迅速增加。此外，隨著攝像頭的應(yīng)用從保有量較低的高檔汽車轉(zhuǎn)向更大的主流汽車市場(chǎng)，攝像頭的采用率持續(xù)上升。圖1顯示了車用攝像頭市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)。

圖1 車用攝像頭市場(chǎng)

這一增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)計(jì)將持續(xù)到2025年以后。在不遠(yuǎn)的將來，裝配多達(dá)20個(gè)攝像頭的汽車將成為現(xiàn)實(shí)。

隨著攝像頭數(shù)量增加，對(duì)更高分辨率的需求也隨之出現(xiàn)。分辨率提高主要由兩個(gè)因素推動(dòng)。第一個(gè)因素是需要支持更多的ADAS特性，因?yàn)樾枰叩姆直媛蕘韺?shí)現(xiàn)更強(qiáng)大更準(zhǔn)確的視覺探測(cè)功能。第二個(gè)因素是需要顯示更高質(zhì)量的圖像，因?yàn)橄M(fèi)者要求汽車攝像頭的圖像質(zhì)量能與智能手機(jī)的高分辨率顯示屏相媲美。

這里存在一個(gè)問題，智能手機(jī)的使用周期明顯比汽車短，因此，汽車制造商需要確保新款汽車推出時(shí)采用最新的顯示技術(shù)，使其顯示系統(tǒng)盡可能長(zhǎng)時(shí)間不過時(shí)。

汽車OEM仍在不斷提高車載顯示器的尺寸和分辨率。因此，要在這些尺寸更大、分辨率更高的顯示屏上顯示攝像頭圖像，就需要采用分辨率更高的攝像頭，而使用現(xiàn)有的標(biāo)清(SD)攝像頭會(huì)導(dǎo)致非常糟糕的用戶體驗(yàn)（圖像分辨率非常低）。低分辨率攝像頭拍攝的視頻質(zhì)量會(huì)很差。此外，這些顯示畫面上會(huì)呈現(xiàn)很多干擾視覺偽像，例如點(diǎn)狀斑紋和顏色泄漏——因此，使用SD攝像頭來驅(qū)動(dòng)這些顯示屏不再可行。為了提供更好的客戶體驗(yàn)，需要使用高清(HD)攝像頭。

加裝這些攝像頭需要付出額外的成本。不僅是增加傳感器數(shù)量和圖像處理的成本，還包括通過車輛線束將視頻數(shù)據(jù)從攝像頭傳輸至處理單元的成本。車用攝像頭鏈路需要更多線纜，這似乎不是什么大問題，但是考慮到車輛線束成本在汽車組件中排第三位（前兩位分別為發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤），對(duì)于汽車OEM來說，線纜和連接器的選擇就至關(guān)重要了。線束一次只能設(shè)計(jì)一種，且會(huì)耗費(fèi)整車50%的人力成本。線束重量也在汽車組件中排第三位（前兩位分別是底盤和發(fā)動(dòng)機(jī)）。隨著在車輛中不斷加入這些線束，汽車生產(chǎn)線呈現(xiàn)越來越多的問題，任何額外的生產(chǎn)步驟都會(huì)進(jìn)一步增加成本。另外必須避免額外增加車輛的重量，因?yàn)殡S著電動(dòng)汽車普及，額外增加重量會(huì)直接影響車輛的行駛里程。隨著許多新型傳感器不斷推出，并且預(yù)計(jì)到2020年汽車傳感器將多達(dá)220億個(gè)，這個(gè)問題還會(huì)進(jìn)一步惡化。任何能夠降低線束重量和成本的技術(shù)都會(huì)大受歡迎，對(duì)汽車OEM具有極大的吸引力。

為了解決這個(gè)問題，ADI公司開發(fā)出一種新型車用攝像頭鏈路技術(shù)，稱為車用攝像頭及視頻總線(C2B?)，這是唯一一種針對(duì)車用攝像頭鏈路進(jìn)行優(yōu)化的技術(shù)，且能夠解決上述這些問題。C2B涵蓋三個(gè)主要的解決方案定義標(biāo)準(zhǔn)：

?復(fù)用現(xiàn)有的SD標(biāo)清非屏蔽雙絞(UTP)線和連接器鏈路，提供最簡(jiǎn)單的HD攝像頭鏈路升級(jí)。

?使用這種鏈路來傳輸具有出色畫質(zhì)的高清視頻。

?使用這種鏈路來滿足汽車級(jí)EMI/EMC要求。

圖2 C2B為攝像頭系統(tǒng)提供許多好處

攝像頭是汽車中數(shù)據(jù)帶寬最高的傳感器之一。采用分辨率更高的攝像頭后，帶寬進(jìn)一步增加。現(xiàn)有的SD車用攝像頭鏈路解決方案使用低帶寬的線纜，例如非屏蔽雙絞線和非屏蔽連接器。由于SD攝像頭對(duì)帶寬的要求比HD低，而且SD傳輸標(biāo)準(zhǔn)（例如NTSC）使用多級(jí)傳輸方案來進(jìn)一步減少電纜和連接器的帶寬，所以這是可行的。SERDES（也稱為L(zhǎng)VDS）等解決方案要求采用帶寬遠(yuǎn)高于UTP的線纜和連接器，例如同軸或屏蔽雙絞線(STP)。這是因?yàn)槟壳暗腟ERDES解決方案使用不歸零(NRZ)信令，而不是多級(jí)信令，因此對(duì)電纜和連接器帶寬的要求更高。這些性能和帶寬更高的線纜和連接器會(huì)增加線束的成本和重量。

C2B支持通過現(xiàn)有的SD UTP線纜和連接器鏈路來傳送HD分辨率的視頻。利用C2B可以從SD攝像頭輕松升級(jí)至HD攝像頭，而且無(wú)需更改現(xiàn)有的線纜和連接器鏈路，對(duì)于OEM而言，這是一個(gè)經(jīng)濟(jì)高效且用途廣泛的重要解決方案。

復(fù)用非屏蔽雙絞線還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，它可以使用主機(jī)和攝像頭電子 控制裝置(ECU)上已有的排插連接器的未用引腳。這樣可以避免使用SERDES技術(shù)所需的專用單獨(dú)連接器，也不會(huì)占用主機(jī)和攝像頭ECU模塊中有限的寶貴PCB空間，且不增加系統(tǒng)解決方案的成本。

選擇C2B傳輸旨在為這種汽車應(yīng)用提供最高的魯棒性。與其他解決方案相比，信令方案可以使電纜帶寬需求降低10倍。現(xiàn)有的鏈路已在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中得到驗(yàn)證，因此無(wú)需評(píng)估鑒定新的鏈路，大大簡(jiǎn)化HD攝像頭的升級(jí)方式。此外，由于C2B技術(shù)采用經(jīng)過優(yōu)化的傳輸方案，支持更長(zhǎng)的線纜長(zhǎng)度（最長(zhǎng)30米），使得OEM能夠自由決定其鏈路設(shè)計(jì)，避免其他技術(shù)帶來的一些限制。

之所以選擇這種C2B傳輸，是為了通過現(xiàn)有的線纜和連接器鏈路提供出色的視頻質(zhì)量和EMI/EMC性能。在支持較低帶寬的鏈路上確保HD視頻質(zhì)量，尤其是保持所有高頻率視頻細(xì)節(jié)，并提供真正出色的視頻體驗(yàn)。我們按照最新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了大量視頻質(zhì)量測(cè)試，出色的視頻質(zhì)量已得到驗(yàn)證。

雖然C2B技術(shù)可以通過低成本線纜和連接器支持高分辨率攝像頭，但同樣也存在挑戰(zhàn)。由于鏈路沒有屏蔽功能，不提供抗擾保護(hù)，也無(wú)法直接衰減輻射，所以為了確保低輻射和高抗擾性能，以滿足嚴(yán)格的汽車EMI/EMC要求，收發(fā)器的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。從一開始，C2B的定義和設(shè)計(jì)就旨在滿足汽車行業(yè)的這種要求，并且已證明性能強(qiáng)健，能夠滿足汽車EMI/EMC要求。

圖3 C2B信號(hào)鏈

C2B支持許多其他功能，包括通過同一非屏蔽雙絞線進(jìn)行邊帶控制通信，從而支持?jǐn)z像頭模塊的遠(yuǎn)程配置，能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)化攝像頭設(shè)計(jì)。C2B也提供凍結(jié)幀檢測(cè)，對(duì)于許多OEM而言，這是一項(xiàng)關(guān)鍵要求。

圖4 C2B集成電路

C2B產(chǎn)品包括ADV7990、ADV7991、ADV7380和ADV7381 ，這些產(chǎn)品目前已經(jīng)投產(chǎn)。

C2B提供了一個(gè)優(yōu)化的解決方案，支持利用現(xiàn)有的視頻鏈路從NTSC輕松升級(jí)到HD攝像頭，同時(shí)提供出色的視頻質(zhì)量和魯棒的EMI/EMC性能。這項(xiàng)令人欣喜的新技術(shù)具有許多優(yōu)勢(shì)，并提供最佳系統(tǒng)解決方案，可解決在車內(nèi)連接多個(gè)攝像頭面臨的日益復(fù)雜的問題。

參考文獻(xiàn)

“汽車以太網(wǎng)：概述?！盜xia，2014年5月。

作者簡(jiǎn)介

Fionn Hurley是位于愛爾蘭利默里克的ADI公司汽車座艙電子業(yè)務(wù)部的營(yíng)銷經(jīng)理。他于2007年加入ADI公司。在此之前，他是RF設(shè)計(jì)工程師。他畢業(yè)于愛爾蘭科克大學(xué)(UCC)，獲得電氣與電子工程學(xué)士學(xué)位。聯(lián)系方式：fionn.hurley@analog.com。