C2B: 一種適合汽車應用的新型車用攝像頭及視頻鏈路

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

圖1. 車用攝像頭市場。

這一增長趨勢預計將持續到2025年以后。在不遠的將來,裝配多達20個攝像頭的汽車將成為現實。

隨著攝像頭數量增加,對更高分辨率的需求也隨之出現。分辨率提高主要由兩個因素推動。第一個因素是需要支持更多的ADAS特性,因為需要更高的分辨率來實現更強大更準確的視覺探測功能。第二個因素是需要顯示更高質量的圖像,因為消費者要求汽車攝像頭的圖像質量能與智能手機的高分辨率顯示屏相媲美。

這里存在一個問題,智能手機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采用最新的顯示技術,使其顯示系統盡可能長時間不過時。

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,而使用現有的標清(SD)攝像頭會導致非常糟糕的用戶體驗(圖像分辨率非常低)。低分辨率攝像頭拍攝的視頻質量會很差。此外,這些顯示畫面上會呈現很多 干擾視覺偽像,例如點狀斑紋和顏色泄漏——因此,使用SD攝像頭來驅動這些顯示屏不再可行。為了提供更好的客戶體驗,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量和圖像處理的成本,還包括通過車輛線束將視頻數據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(前兩位分別為發動機和底盤),對于汽車OEM來說,線 纜和連接器的選擇就至關重要了。線束一次只能設計一種,且會耗費整車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動機)。隨著在車輛中不斷加入這些線束,汽車生產線呈現越來越多的問題,任何額外的生產步驟都會進一步增加成本。另外必須避免額外增加車輛的重量,因為隨著電動汽車普及,額外增加重量會直接影響車輛的行駛里程。隨著許多新型傳感器不斷推出,并且預計到2020年汽車傳感器將多達220億個,這個問題還會進一步惡化。任何能夠降低線束重量和成本的技術都會大受歡迎,對汽車OEM具有極大的吸引力。

為了解決這個問題,ADI公司開發出一種新型車用攝像頭鏈路技術,稱為車用攝像頭及視頻總線 (C2B), 這是唯一一種針對車用 攝像頭鏈路進行優化的技術,且能夠解決上述這些問題。 C2B 涵蓋三個主要的解決方案定義標準:

  • 復用現有的SD標清非屏蔽雙絞(UTP)線和連接器鏈路,提供最簡單的HD攝像頭鏈路升級。
  • 使用這種鏈路來傳輸具有出色畫質的高清視頻。
  • 使用這種鏈路來滿足汽車級EMI/EMC要求。

Figure 2. C2B 為攝像頭系統提供許多好處。

攝像頭是汽車中數據帶寬最高的傳感器之一。采用分辨率更高的攝像頭后,帶寬進一步增加。現有的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攝像頭對帶寬的要求比HD低,而且SD傳輸標準(例如NTSC)使用多級傳輸方案來進一步減少電纜和連接器的帶寬,所以這是可行的。SERDES(也稱為LVDS)等解決方案要求采用帶寬遠高于UTP的線纜和連接器,例如同軸或屏蔽雙絞線(STP)。這是因為目前的SERDES解決方案使用不歸零(NRZ)信令,而不是多級信令,因此對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增加線束的成本和重量。

C2B 支持通過現有的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攝像頭輕松升級至HD攝像頭,而且無需更改現有的線纜和連接器鏈路,對于OEM而言,這是一個經濟高效且用途廣泛的重要解決方案。

復用非屏蔽雙絞線還有另一個優點,它可以使用主機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技術所需的專用單獨連接器,也不會占用主機和攝像頭ECU模塊中有限的寶貴PCB空間,且不增加系統解決方案的成本。

圖3. C2B 信號鏈。

選擇 C2B 傳輸旨在為這種汽車應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。現有的 鏈路已在實際現場應用中得到驗證,因此無需評估鑒定新的鏈路,大大簡化HD攝像頭的升級方式。此外,由于C²B技術采用經過優化的傳輸方案,支持更長的線纜長度(最長30米),使得OEM能夠自由決定其鏈路設計,避免其他技術帶來的一些限制。

之所以選擇這種 C2B 傳輸,是為了通過現有的線纜和連接器鏈路提供出色的視頻質量和EMI/EMC性能。在支持較低帶寬的鏈路上確保HD視頻質量,尤其是保持所有高頻率視頻細節,并提供真正出色的視頻體驗。我們按照最新標準進行了大量視頻質量測試,出色的視頻質量已得到驗證。

雖然 C2B 技術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。由于鏈路沒有屏蔽功能,不提供抗擾保護,也無法直接衰減輻射,所以為了確保低輻射和高抗擾性能,以滿足嚴格的汽車EMI/EMC要求,收發器的設計至關重要。從一開始,C2B的定義和設計就旨在滿足汽車行業的這種要求,并且已證明性能強健,能夠滿足汽車EMI/EMC要求。

C2B 支持許多其他功能,包括通過同一非屏蔽雙絞線進行邊帶控制通信,從而支持攝像頭模塊的遠程配置,能夠進一步簡化攝像頭設計。 C2B 也提供凍結幀檢測,對于許多OEM而言,這是一項關鍵要求。

C2B 產品包括 ADV7990, ADV7991, ADV7380, and ADV7381 這些產品目前已經投產。

Figure 4. C2B 集成電路。

C2B 提供了一個優化的解決方案,支持利用現有的視頻鏈路從NTSC輕松升級到HD攝像頭,同時提供出色的視頻質量和魯棒的 EMI/EMC性能。這項令人欣喜的新技術具有許多優勢,并提供最佳系統解決方案,可解決在車內連接多個攝像頭面臨的日益復雜的問題。


參考電路

1汽車以太網:概述。” Ixia, 2014年5月。


作者

fionn-hurley

Fionn Hurley

Fionn Hurley從科克大學獲得電氣工程學士學位。他曾擔任RF設計工程師,后于2007年加入ADI公司。從那時起,Fionn先后擔任汽車傳感器鏈路部的應用工程師和營銷經理。