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駕駛輔助系統（ADAS）不可或缺的組件，尤其目前新車評鑒計劃的規定已將自動緊急煞車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，例如智能主動車距控制巡航系統、行人偵測、車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行物體偵測以實現 ADAS 功能。

 
圖一 使用攝影機進行實時處理（source：德州儀器）

為了執行如視覺預處理、深度和運動加速或 AI 網絡處理以支持 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
前置攝影機在擋風玻璃上的位置，會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距離。
雖然市面大多產品使用單一攝影機模塊，但為了改善車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，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供電。數據先經由板載微控制器（MCU）處理，再透過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，有利于實現這類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處理器，具有稱為視覺處理加速器的專用硬件加速器，以及深度和運動感知加速器，可偵測位于邊緣的物體。此外，這類處理器可配備人工智能（AI）功能，并以專用矩陣乘法加速器輔助深度學習。面對如此龐大的處理量，PMIC 必須滿足處理器的現有需求而不增加解決方案尺寸。
PMIC 應具有優異的瞬態響應，可滿足 AI 處理器的負載瞬態要求，同時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、負載開關、電壓監控器、序列器、監視定時器、錯誤訊號模塊，以及額外的通用輸入/輸出，有助于實現小巧尺寸，這項優勢相較于分離式方法尤其顯著，因為后者具有多個零組件，會提高整體解決方案的尺寸和成本。
此應用中常見的電源樹狀架構旨在實現雙級功率轉換，有助于維持整體效率，并將組件溫度維持在可接受范圍內。在此電源樹狀架構中，前級 DC/DC會將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。

【挑戰 2】功能安全
因為自動緊急煞車和智能主動車距控制巡航系統均涉及前置攝影機，因此功能安全也至關重要。前置攝影機系統通常需符合車用安全完整性等級（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與輕型商用車大量采用前置攝影機的趨勢所帶動。前置攝影機系統是車輛中最常見的一種 ADAS 應用，預計到 2028 年的裝置數量會超過 7000 萬件。
如此龐大數量對 Tier-1 供貨商帶來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、選擇正確的技術節點，以及維持低硅成本。PMIC 可縮小尺寸并整合多個功率組件，有助于實現上述優勢和最佳成本效益。

【挑戰 4】散熱性能
前置攝影機安裝于車輛擋風玻璃上，即使在正常操作條件下，仍將暴露在高溫中。高溫會造成熱噪聲，導致影像質量不佳，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境，進一步為這項應用帶來更嚴苛的散熱挑戰。系統必須將散熱性能優化，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。

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化前置攝影機設計程序的理想選擇。