加强ADAS摄像头系统的功能安全性

罗姆半导体

1 ADAS市场动向和ROHM的方针

近年来，汽车领域的先进驾驶辅助系统（advanced driver-assistance systems，ADAS），作为面向汽车安全的世界性措施，在世界各地的搭载和义务化进程不断加速，ADAS构成所需的车载摄像头系统、Radar（雷达）、LiDAR以及将多个传感技术融合在一起的传感器Fusion系统的开发也在加速。

其中，摄像头系统在以往的环视系统中被广泛使用，在周边环境的感知中起着重要的作用，并且与Radar并列成为每辆车搭载数量最多的传感系统。在今后市场增长前景看好的情况下，为了应对摄像头搭载数量增加、通信信息量增加、噪音等外部因素的影响，确保其稳定运行，同时考虑到电力有限的汽车要处理多个系统，必须降低摄像头系统的功耗。同时，为了构建更安全的系统，还需要明确故障风险并支持“功能安全”，以确保在发生故障时达到可接受的安全水平。

为了解决这些课题，ROHM除了一直以来致力于“低消费”、“低噪音”等性能方面的强化外，还导入了“功能安全”的想法进行产品开发。具体而言，罗姆发布了可实现功能安全、开发过程标准化、符合ISO 26262 ASIL-B的面向摄像头模块的电源管理IC（power management IC，PMIC）BD868xxMUF-C。该产品作为具备安全通知功能的PMIC，能够为小型化要求强的摄像头模块提供更好的电源方案。

2 ROHM面向ADAS摄像头系统的解决方案概要

摄像头系统是安装在汽车各个部分的系统，它由一个拍摄详细图像的摄像头模块和一个控制摄像头模块并接收图像数据的电子控制单元（electronic control unit，ECU）组成。该框图如图1所示。

在图1中，摄像头模块和ECU是成对的，两者之间的功率流向和数据线也有详细描述。该摄像头系统以用于将摄像头模块拍摄的影像数据传送给ECU的通信（Serializer & Deserializer，简称SerDes）芯片“BU18xMxx-M系列”和向摄像头模块的CMOS图像传感器和SerDes供电的BD868xxMUF-C为中心构成。此外，它还提供保存图像传感器的图像校正数据的EEPROM BR24Hxx-5AC，ROHM的摄像头系统解决方案可以提供除CMOS图像传感器之外的所有系统所需的功能。

2.1 ROHM解决方案带来的诸多好处

用户通过在摄像头系统中搭载ROHM的BD868xx MUF-C以及BU18xMxx-M系列产品，能够得到“安全性”、“通用性”、“低功耗”、“低噪声”等诸多优点。

①安全性

在实现汽车安全性的ADAS系统中，满足其安全性要求的对策不仅包含要求软件和硬件的冗余设计，在IC层面也需要满足安全要求的相应措施。

ROHM取得了面向汽车的功能安全相关国际标准规格“ISO 26262”的开发流程认证，并于2021年推出了支持功能安全，并为用户和系统的安全、保障和舒适做出贡献的品牌“ComfySIL”。上述面向摄像头模块的BD868xxMUF-C属于ComfySIL中功能安全类别最高的“FS process compliant”，能够提供FMEDA、Safety Manual等ISO26262相关的文档。此外，该IC内部具有“电压监视”、“BIST（自我诊断）”、“基准电压分离”等安全功能，符合ASIL-B标准。

串行器“BU18TM41A-M”配备了检测图像冻结的Frame CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余检查）功能，以提高摄像头系统的安全性。CRC是对图像的颜色数据进行一定的计算，将其结果作为几个bit的数据输出，这个计算结果就像是给每一帧图像赋予“暗号”。通过在发送侧和接收侧对相同图像进行同样的计算，比较结果输出的CRC值，能够确认在图像被发送和接收前后影像数据是否发生缺失等的匹配性。到此为止是一般的CRC机制。BU18TM41A-M的Frame CRC除了通常的CRC功能之外，还实现ADAS摄像头系统所要求的图像冻结检测。例如，从拍摄行驶中的汽车周边的摄像头系统发送来的图像数据应该总是变化的，不会在一定时间内有相同的图像。换言之，检测到一定时間以上相同的CRC值意味着图像因某些问题而冻结。BU18TM41A-M通过比较发送和接收图像前后每一帧的CRC值来检测图像冻结（图2）。另外，SerDes产品的“BU18xMxx-M系列”是ComfySIL中搭载了ASIL所需的安全机构的“FS mechanism implemented”类别，与Frame CRC功能一起支持向摄像头系统导入功能安全。

②通用性

BD868xxMUF-C中加入了便于用户设计的各种功能。最显着的特点是，可以通过OTP（one time programmable，OTP）根据各种CMOS 图像传感器所需的规格进行定制。由于不同制造商和型号要求的电压值和各电源通道的启动/停止顺序不同，通常在CMOS图像传感器发生变化时，供电电源电路周边部件和控制程序也必须变更。然而，BD868xxMUF-C可以根据产品出厂时的OTP设定来变更各输出电压值和起动时序等。由此，即使在CMOS图像传感器发生变更时，用户也能够在不变更电路板布局的情况下进行对应。

另外，BD868xxMUF-C通过采用小型封装以及高频开关动作使周边部件小型化，与以往产品相比，在将安装面积削减25%的同时，实现高效率的电力转换，因此也抑制了发热（图3）。该产品也可以对应今后要求越来越小型化的下一代摄像头模块。

③低噪音

作为车载应用中重要的噪声对策的低电磁干扰（electromagnetic interference，EMI），BD868xxMUF-C和BU18xMxx-M系列中也加入了一些对策。两种产品共同的对策是搭载了扩频时钟发生器（spread spectrum clock generator，SSCG）功能，该扩频时钟发生器功能通过使IC的通信时钟和开关电源的开关频率有意地进行波动（抖动），来降低特定频谱中的噪声强度。BU18xMxx-M系列配备了串行器和解串器双方的SSCG功能，实现了-10 dB噪声强度降低等。面向低EMI化的各种功能，包括BU18xMxx-M系列和BD868xMUF-C均通过了国际无线电故障特别委员会（CISPR）标准中的“车载接收机保护干扰波的推荐限度值及测定法（CISPR25）”的class5等级。另外，BU18xMxx-M系列应用中介绍的传输速率可变功能，在存在多个通信通道的情况下，能够精细地（0.1%step）变更各自的通信传输速率，与SSCG同样能够实现-10 dB的低EMI化（图4）。

④低功耗

BD868xxMUF-C在车载摄像头模块所要求的负载范围中实现了PMIC总功率转换效率为82%的高效率，不仅能为降低功耗做出贡献，还可以毫无问题地应对车室内外的温度环境（图5）。

另外，BU18xMxx-M系列具有能够改变传输速率的功能，通过不同的应用优化传输速率，与一般产品相比能够削减27%左右的功耗，因此能够以必要最低限度的功率构筑通信系统。