C²B:一種適合汽車應用的新型車用攝影機及視訊鏈路

ADI汽車座艙電子業務部行銷經理Fionn Hurley

隨著自動駕駛汽車的應用日益廣泛,對於更多汽車感測器的需求也日趨明顯。攝影機是推動自動駕駛汽車發展的關鍵感測器之一。隨著新應用不斷湧現,車載攝影機的數量也在迅速增加之中。此外,隨著攝影機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,攝影機的採用率持續上升。圖1顯示了車用攝影機市場的快速成長。

圖1.車用攝影機市場。

這一個成長的趨勢預計將持續到2025年以後。在不遠的將來,裝配多達20個攝影機的汽車將成為現實。

隨著攝影機數量增加,對更高解析度的需求也隨之出現。解析度提高主要由兩個因素推動。第一個因素是需要支援更多的ADAS特性,因為需要更高的解析度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品質的圖像,因為消費者要求汽車攝影機的圖像品質能與智慧手機的高解析度顯示幕相媲美。

這裡存在一個問題,智慧手機的使用週期明顯比汽車短,因此,汽車製造商需要確保新款汽車推出時採用最新的顯示技術,使其顯示系統盡可能長時間不過時。

汽車OEM廠商仍在不斷地提高車載顯示器的尺寸和解析度。因此,要在這些尺寸更大、解析度更高的顯示幕上顯示攝影機圖像,就需要採用解析度更高的攝影機,而使用現有的標準畫質(SD)攝影機會導致非常糟糕的使用者體驗(圖像解析度非常低)。低解析度攝影機拍攝的影片品質會很差。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洩漏——因此,使用SD攝影機來驅動這些顯示幕不再可行。為了提供更好的客戶體驗,需要使用高畫質(HD)攝影機。

加裝這些攝影機需要付出額外的成本。不僅是增加感測器數量和影像處理的成本,還包括透過車輛線束將視訊資料從攝影機傳輸至處理單元的成本。車用攝影機鏈路需要更多線纜,這似乎不是什麼大問題,但是考慮到車輛線束成本在汽車組件中排第三位(前兩位分別為引擎和底盤),對於汽車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引擎)。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。隨著許多新型感測器不斷推出,並且預計到2020年汽車感測器將多達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影機鏈路技術,稱為車用攝影機及視頻匯流排(C²B™),這是唯一一種針對車用攝影機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:

  • 複用現有的SD標清非遮罩雙絞(UTP)線和連接器鏈路,提供最簡單的HD攝影機鏈路升級。
  • 使用這種鏈路來傳輸具有出色畫質的高解析度影片。
  • 使用這種鏈路來滿足汽車級EMI/EMC要求。

圖2.C²B為攝影機系統提供許多好處。

攝影機是汽車中資料頻寬最高的感測器之一。採用解析度更高的攝影機後,頻寬進一步增加。現有的SD車用攝影機鏈路解決方案使用低頻寬的線纜,例如非遮罩雙絞線和非遮罩連接器。由於SD攝影機對頻寬的要求比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頻寬,所以這是可行的。SERDES(也稱為LVDS)等解決方案要求採用頻寬遠高於UTP的線纜和連接器,例如同軸或遮罩雙絞線(STP)。這是因為目前的SERDES解決方案使用不歸零(NRZ)訊令,而不是多級訊令,因此對電纜和連接器頻寬的要求更高。這些性能和頻寬更高的線纜和連接器會增加線束的成本和重量。

C²B支援透過現有的SD UTP線纜和連接器鏈路來傳送HD解析度的視訊。利用C²B可以從SD攝影機輕鬆升級至HD攝影機,而且無需更改現有的線纜和連接器鏈路,對於OEM而言,這是一個經濟高效且用途廣泛的重要解決方案。 複用非遮罩雙絞線還有另一個優點,它可以使用主機和攝影機電子 控制裝置(ECU)上已有的排插連接器的未用針腳。如此可以避免使用SERDES技術所需的專用單獨連接器,也不會佔用主機和攝影機ECU模組中有限的寶貴PCB空間,且不增加系統解決方案的成本。

選擇C²B傳輸旨在為這種汽車應用提供最高的強固性。與其他解決方案相比,訊令方案可以使電纜頻寬需求降低10倍。現有的鏈路已在實際現場應用中得到驗證,因此無需評估鑑定新的鏈路,而能大幅簡化HD攝影機的升級方式。此外,由於C²B技術採用經過優化的傳輸方案,支援更長的線纜長度(最長30米),使得OEM能夠自由決定其鏈路設計,避免其他技術所帶來的一些限制。

圖3.C²B訊號鏈。

選擇C²B傳輸旨在為這種汽車應用提供最高的強固性。與其他解決方案相比,訊令方案可以使電纜頻寬需求降低10倍。現有的鏈路已在實際現場應用中得到驗證,因此無需評估鑑定新的鏈路,而能大幅簡化HD攝影機的升級方式。此外,由於C²B技術採用經過優化的傳輸方案,支援更長的線纜長度(最長30米),使得OEM能夠自由決定其鏈路設計,避免其他技術所帶來的一些限制。

之所以選擇這種C²B傳輸,是為了透過現有的線纜和連接器鏈路提供出色的視頻品質和EMI/EMC性能。在支援較低頻寬的鏈路上確保HD視訊品質,尤其是保持所有高頻率視訊細節,並提供真正出色的視訊體驗。我們按照最新標準進行了大量視訊品質測試,出色的視訊品質已得到驗證。

雖然C²B技術可以透過低成本線纜和連接器支援高解析度攝影機,但同樣也存在挑戰。由於鏈路沒有遮罩功能,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產業的此種要求,並且已證明性能強健,能夠滿足汽車EMI/EMC要求。

C²B支援許多其他功能,包括透過同一非遮罩雙絞線進行邊頻控制通訊,從而支援攝影機模組的遠端配置,能夠進一步簡化攝影機設計。C²B也提供凍結幀檢測,對於許多OEM而言,這是一項關鍵要求。

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

圖4.C²B積體電路。

C²B提供了一個優化的解決方案,支援利用現有的視訊鏈路從NTSC輕鬆升級到HD攝影機,同時提供出色的視訊品質和強固的EMI/EMC性能。這項令人欣喜的新技術具有許多優勢,並提供最佳系統解決方案,可解決在車內連接多個攝影機面臨的日益複雜的問題。

References

1 "Automotive Ethernet: An Overview。" Ixia,2014年5月。

Author

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Fionn Hurley

Fionn Hurley is Marketing Manager with the Automotive Cabin Electronics group at Analog Devices, Inc. (Limerick, Ireland). Fionn has been with Analog Devices since 2007, previous to that he held roles as a RF design engineer. He holds a Bachelor's Degree in Electrical and Electronic Engineering from University College Cork in Ireland.