倍受矚目的倒車后視系統(tǒng)面臨設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

美國(guó)交通部在2011年12月提出新的安全法規(guī)，旨在幫助消除車輛后方的盲區(qū)，這些盲區(qū)導(dǎo)致駕駛員很難看到車后的行人 - 特別是幼童，此法規(guī)使得基于視頻的汽車安全系統(tǒng)這一新興領(lǐng)域成為公眾矚目的焦點(diǎn)。此次提出的倒車后視能見(jiàn)度法規(guī)由國(guó)會(huì)要求制定，為2007年《兒童交通安全法案》(“K.T. Safety Act”)的一部分，該法案以一名在自家車道上被父親意外撞死的兩歲男孩命名。倒車事故每年導(dǎo)致大約300人死亡和18,000人受傷。

近期出臺(tái)的法案要求提供汽車后方檢測(cè)功能，利用車尾安裝的視頻攝像頭等新技術(shù)，讓駕駛員能夠“看到”車輛后方。該法案要求擴(kuò)大所有客車、載貨卡車、小型貨車、公共汽車、低速車輛的必要視野范圍，以便駕駛員在倒車時(shí)能夠直接看到車輛后方。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，10%的新車必須在2012年9月符合新規(guī)要求，40%的新車在2013年9月達(dá)到這些要求，所有新車2014年9月必須全部達(dá)標(biāo)。有些車輛現(xiàn)在購(gòu)買時(shí)就配備環(huán)視安全系統(tǒng)，可顯示車輛周圍所有物體的360度視圖。

倒車后視系統(tǒng)的興起有助于提高安全性

為了滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求，國(guó)家公路交通安全管理局(NHTSA)預(yù)計(jì)汽車制造商將在車尾安裝視頻攝像頭和車內(nèi)顯示屏。根據(jù)NHTSA的初步評(píng)估，倒車后視(RV)系統(tǒng)在提高車尾能見(jiàn)度方面更具潛力，優(yōu)于基于傳感器的車尾物體檢測(cè)系統(tǒng)以及車尾凸面鏡。

倒車后視系統(tǒng)代表了駕駛員輔助安全系統(tǒng)的最新發(fā)展趨勢(shì)，將汽車信息娛樂(lè)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體。在美國(guó)及至全球各地，越來(lái)越多的汽車已經(jīng)配備了倒車后視系統(tǒng)，讓駕駛員能夠通過(guò)車內(nèi)的視頻顯示的車尾視頻攝像頭影像看到車輛后方的很大區(qū)域。用戶也可以單獨(dú)購(gòu)買倒車后視系統(tǒng)，零售價(jià)大約60美元至200美元。

倒車后視系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

倒車后視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員必須關(guān)注性能問(wèn)題和穩(wěn)定可靠性，從而滿足汽車制造商的嚴(yán)格要求。對(duì)于新用戶，后視攝像頭必須盡可能小巧，以便無(wú)縫安裝在車輛的當(dāng)前車身結(jié)構(gòu)中。OEM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員一直迫切需要減少倒車后視攝像頭的一部分電子元件。不過(guò)，采用IC通過(guò)集成減少眾多分立式電子器件，有助于縮小整體裝配尺寸。例如，領(lǐng)先制造商生產(chǎn)的新型倒車后視攝像頭將高速視頻重構(gòu)濾波器與電池短路保護(hù)集成在一個(gè)封裝中，與同等的分立解決方案相比，它將所需空間減少了90%。對(duì)于未來(lái)每車使用四個(gè)或更多攝像頭的環(huán)視安全系統(tǒng)而言，空間更加至關(guān)重要。

第二個(gè)緊迫的設(shè)計(jì)問(wèn)題集中在信號(hào)鏈的穩(wěn)定性方面，因?yàn)榈管嚭笠曄到y(tǒng)必須做到堅(jiān)不可摧。必須要有穩(wěn)定的信號(hào)鏈，能夠耐受高達(dá)18 V的過(guò)壓條件，并且經(jīng)過(guò)ESD強(qiáng)化，存在大共模電壓噪聲時(shí)能夠無(wú)中斷運(yùn)行。由于視頻、接地和電池信號(hào)都在同一條長(zhǎng)電纜上傳輸，因此對(duì)于任何視頻信號(hào)而言，最嚴(yán)重的故障之一就是電池電壓直接短路。這種電池短路不僅會(huì)損壞倒車后視或環(huán)視系統(tǒng)，還會(huì)損壞更為昂貴的主機(jī)視頻系統(tǒng)。

此外，還有各種各樣的瞬時(shí)噪聲來(lái)源：雨刷、電動(dòng)車窗、交流壓縮機(jī)電機(jī)打開(kāi)和關(guān)閉 – 所有這些因素都會(huì)導(dǎo)致底盤接地電流和電壓尖峰，從而導(dǎo)致共模誤差電壓，可能嚴(yán)重?fù)p壞后視系統(tǒng)。這些噪聲來(lái)源可能降低圖像質(zhì)量，甚至破壞電子系統(tǒng)。常規(guī)視頻信號(hào)之外的任何干擾均可視為噪聲，但是，不論何種干擾源，汽車制造商都期望OEM能夠遵守有關(guān)穩(wěn)定性的嚴(yán)格要求。最常見(jiàn)的有害電壓浪涌來(lái)自靜電放電(ESD)，也就是快速高電流傳輸靜電荷。ESD可能永久性損壞電子系統(tǒng)。雖然大多數(shù)制造商安裝了保護(hù)機(jī)制，但ESD強(qiáng)化型集成電路則提供了更高級(jí)別的穩(wěn)定性。

新型汽車運(yùn)算放大器和模擬視頻濾波器IC，例如ADI公司的ADA4830系列差分放大器和ADA4433/32系列視頻重構(gòu)濾波器，在小尺寸封裝中集成電池短路保護(hù)、大共模抑制，并提升了ESD耐受性能。這些器件集成了眾多成本昂貴且體積較大的分立式元件，例如電容器、二極管、晶體管和開(kāi)關(guān)，通常可以保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器。這些新型集成放大器和視頻濾波器的故障檢測(cè)輸出可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)快速的診斷，去除了分立電子元件，讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠減少大約20%的元件成本，同時(shí)節(jié)省多達(dá)90%的PCB面積 – 對(duì)于當(dāng)前的倒車后視系統(tǒng)和未來(lái)的環(huán)視安全系統(tǒng)而言，這是一項(xiàng)非常重要的特性。

在短短幾年時(shí)間內(nèi)，倒車后視以及環(huán)視系統(tǒng)將投入所有汽車實(shí)際應(yīng)用。倒車后視系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在可以采用集成IC，從而節(jié)省空間、時(shí)間和資源，這些IC還提供至關(guān)重要的過(guò)壓保護(hù)、出色的圖像質(zhì)量、低能耗和診斷功能。最為重要的是，新一代倒車后視和通信系統(tǒng)有助于杜絕在美國(guó)及至全球的倒車致人死亡的悲劇。穩(wěn)定的視頻放大器集成電路(IC)即將問(wèn)世，以符合汽車后視法規(guī)以及日益增加的環(huán)視安全標(biāo)準(zhǔn);新型IC可以防止設(shè)備中的敏感視頻電路出現(xiàn)電池電壓短路，減少車禍的發(fā)生。