新一代汽车电子的两大设计趋势

晓明 · 发表于 2009-10-6 09:28:13

如今的汽车市场正受到经济危机的冲击，与此同时，提高安全性能和绿色环保这两大趋势也驱动着新一代汽车的发展，并指引着汽车厂商生产出与消费者的意向最相符、具有差异化特性的下一代汽车。

　　对经济的预期，使得消费者对汽车新功能的需求首先以安全为导向。能够保障司机、乘客和行人安全，有效降低事故发生的高级安全系统，比如无需增加太多成本的先进驾驶辅助系统（ADAS），将是一个快速增长汽车电子领域，并对汽车的差异化设计产生重要影响。除了安全气囊等被动安全系统外，未来越来越多的汽车还将采用基于视觉的主动安全系统，包括后视系统、车道偏离告警系统、司机注意力告警系统、前灯控制系统、防碰撞系统以及能够在各种照明条件下检测并分辨物体的自动巡航控制系统等。

　为降低能耗和减少温室气体的排放，对汽车的绿色环保设计要求日益迫切。除了利用许多传统技术使汽车更加符合环保要求外，各种汽车能源的替代形式，无论是替代燃料（如甲醇、乙醇等）汽车，还是混合动力（油电组合）汽车（HEV）或纯电动汽车（EV），都已成为汽车厂家的最优先考虑设计项目。

　　本文重点关注汽车安全和绿色环保设计趋势，讨论实现这些功能的关键设计挑战，并分享领先汽车半导体厂商的独特观点及最新解决方案。

　　可视安全监控系统

　　具有高动态范围的图像传感器，再加上功能强大的处理器、DSP、FPGA、图像传感器和复杂算法，正在开创汽车视觉系统的新时代车。比如，后视摄像系统上的警告符号通过变化大小和颜色来提醒司机注意检测最近物体。注意力告警系统可以使用装在司机门上和中央控制台上的红外摄像机来记录和分析司机的眼睛运动，并在司机的眼睛合上的时间超过正常眨眼的时间时发出听得见、看得到的告警。车道偏离告警系统使用摄像机来监视道路标志线之间的车辆位置。

　　对汽车安全应用中的图像传感器而言，其新兴开发领域正是这些基于视觉的系统。“但是，面向这些应用的图像传感器面临一些关键挑战，包括低光照条件下（小于1 lux）的低光敏感度（或响应度）、极小的封装尺寸以及色彩的宽动态范围。”OmniVision公司的高级产品市场经理Inayat Khajasha表示。

OmniVision是为基于视觉的汽车系统提供图像传感器的领先供应商，提供广泛的汽车传感器产品系列，包括CCD图像传感器或CMOS图像传感器。该公司的OV7960可解决以上挑战，该产品的低光敏感度大于12V/lux-sec，采用最小的 AutoVision CSP（aCSPTM）封装，体积比竞争的 CMOS 器件小 50%。此外，OmniVision公司是目前唯一能为新兴应用，比如360度全景应用提供100万像素传感器（OV9715）的公司。这种传感器能实现180度失真校正的图像，而不损失任何图像质量。

　　在这些主动安全系统中，除了摄像头外，还有一个主要的元件就是高速雷达。飞思卡尔半导体汽车电子工程经理康晓敦介绍道：“随着图像传感器技术，比如CCD技术的提高，可视系统在硬件方面已没有太多难度，主要是软件策略及算法方面还存在一些挑战。高速雷达就不同了，由于主动安全系统要求很高的速度（现在的标准是77GHz），所以需要用先进的半导体技术来设计新的器件来满足要求。”

　　飞思卡尔正在采用硅锗（SiGe）技术来设计77GHz毫米波雷达的射频（RF）芯片，主要面向车间距控制系统及预防碰撞安全系统等的车间距检测用途。与使用砷化镓（GaAs）技术的毫米波雷达射频芯片相比，这种芯片的成本预计要低50%。

　　汽车视觉系统需要采用数字信号处理单元将实时图像做畸变矫正处理。虽然是图像处理算法，但实时图像的高码率、各种镜头的曲率、不同的畸变情况都对算法和DSP的性能有较高要求。