01ADAS加速滲透，傳感器數(shù)量增長

SUNSHINE GLOBAL CIRCUITS

汽車攝像頭線路板廠講高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的感知層會(huì)使用激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭傳感器和超聲波傳感器對環(huán)境信息和車內(nèi)信息進(jìn)行采集和處理。

ADAS域控制器做為決策層，融合多傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行決策判斷，制定控制策略并傳達(dá)至其他域控制器，從而實(shí)現(xiàn)汽車的運(yùn)動(dòng)控制。

ADAS的處理邏輯

圖源：TI

毫米波雷達(dá)：檢測距離最長，在金屬表面的反射性良好，在夜間、逆光、大霧及雨雪等惡劣天氣條件下仍可以正常使用，但是在非金屬表面如人或紙箱等存在檢測困難的問題。

激光雷達(dá)：檢測距離中長，非金屬表面的反射性良好，在夜間、逆光、大霧及雨雪等惡劣天氣條件下仍可以正常使用，但是會(huì)穿過玻璃等透明物體，在逆光、暴雨、暴雪及濃霧環(huán)境下性能不佳。

超聲波雷達(dá)：檢測距離短，在玻璃、水面也會(huì)反射回波，但是會(huì)被風(fēng)影響，甚至可以被雪等物體吸收。

車載攝像頭：檢測距離取決于攝像機(jī)的焦距，通過拍攝畫面，識別目標(biāo)物體，可以識別到目標(biāo)物體和顏色，但在夜間，逆光，暴雨暴雪及濃霧天氣條件下，性能表現(xiàn)不佳。

ADAS傳感器及檢測區(qū)域

ADAS 按等級由低到高可劃分為L0-L5六個(gè)等級，L0-L2 為輔助駕駛范疇，L3-L5 為自動(dòng)駕駛范疇。相比于 L2，L3、L4在功能實(shí)現(xiàn)方面擁有TJP（交通擁堵領(lǐng)航）、HWP（高速公路領(lǐng)航）、CP（城市領(lǐng)航）、AVP（自動(dòng)代客泊車）等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)有條件的自動(dòng)駕駛。

根據(jù)RolandBerger的數(shù)據(jù)，2025年L2/L2+滲透率提升至36%，L3滲透率提升至8%。目前量產(chǎn)車上，ADAS正處在由 L2向L3邁進(jìn)。

02車載攝像頭的方案設(shè)計(jì)

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電路板廠小編講車輛上安裝的攝像頭主要有三種：感知攝像頭、環(huán)視攝像頭和駕駛員監(jiān)控?cái)z像頭。

傳感攝像頭：安裝在擋風(fēng)玻璃上部，感應(yīng)范圍廣，可用于自動(dòng)駕駛或者駕駛輔助，例如輔助駕駛的LKA、LCA、AEB等功能，保障車輛前部行駛安全。

駕駛員監(jiān)控?cái)z像頭：安裝在車輛儀表盤附近，可以感應(yīng)駕駛員的健康狀況，用于DMS(駕駛員監(jiān)控系統(tǒng))確保安全駕駛。

環(huán)視攝像頭：攝像頭裝置安裝在車輛車身的前部、后部、左側(cè)和右側(cè)，可以感應(yīng)車輛周圍約1米的整個(gè)周邊，可用于停車輔助，保障車輛周圍的安全。

由于功能和安裝位置的不同，車載攝像頭在設(shè)計(jì)上的區(qū)別也很大，如傳感攝像頭和駕駛員監(jiān)控?cái)z像頭的安裝空間有限，更多的使用了軟硬結(jié)合板做一體化設(shè)計(jì)，傳感攝像頭由于安裝在擋風(fēng)玻璃上部，對于外形有特別要求，其更多使用了攝像頭板和主板的分立設(shè)計(jì)。

傳感攝像頭和環(huán)視攝像頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

傳感攝像頭和駕駛員監(jiān)視攝像頭的工作原理

圖像傳感器通過攝像頭鏡頭捕捉畫面并轉(zhuǎn)換為電信號。然后通過高速數(shù)據(jù)傳輸通道，將圖像數(shù)據(jù)傳輸SoC進(jìn)行處理，SoC處理之后的結(jié)果再通過域控MCU向外部ECU發(fā)出指令。

傳感攝像頭的原理框圖

圖源：Panasonic

圖像傳感器：拍攝圖像將通過攝像頭鏡頭的光轉(zhuǎn)換為電信號。

SoC：處理圖像傳感器獲取的數(shù)據(jù)。
MCU：向外部ECU提供“踩剎車”和“轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤”等指令。
收發(fā)器：與外部設(shè)備通信的硬件協(xié)議棧，如CAN或者車載以太網(wǎng)等。
存儲(chǔ)器（DDR）：數(shù)據(jù)處理過程的緩存器。
存儲(chǔ)器（閃存）：存儲(chǔ)控制軟件和傳感器數(shù)據(jù)。
DC/DC轉(zhuǎn)換器：將鉛蓄電池的電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)元器件的工作電壓。

環(huán)視攝像頭的工作原理
環(huán)視攝像頭與傳感攝像頭、駕駛員監(jiān)視攝像頭不同，環(huán)視攝像頭需要將汽車多個(gè)位置安裝的攝像頭圖像整合為一個(gè)全向圖像。因此，攝像頭ECU和環(huán)視ECU之間需要實(shí)時(shí)傳輸大量數(shù)據(jù)，環(huán)視ECU上的FPGA負(fù)責(zé)將多路視頻流數(shù)據(jù)整個(gè)為全向圖像并實(shí)時(shí)對畫面進(jìn)行處理，提高攝像頭的成像能力。其余配置與感知攝像頭、駕駛員監(jiān)控?cái)z像頭相同。

環(huán)視攝像頭的原理框圖

圖源：Panasonic

03車載攝像頭的PCB設(shè)計(jì)

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以Sony的IMX390 200萬像素?cái)z像頭與4Gbps串行器DS90UB953方案為例：

方案原理框圖

圖源：TI

PCB設(shè)計(jì)3D效果圖

圖源：TI

PCB疊層設(shè)計(jì)

車載攝像頭PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮車規(guī)對于環(huán)境溫度、振動(dòng)、使用壽命、復(fù)雜電磁環(huán)境的要求，綜合考慮各種極端使用場景，在滿足產(chǎn)品的性能和尺寸要求的條件下，選用板材和相應(yīng)的疊層方案。

該方案至少需要四層板，有電源和地層。如果使用四層板設(shè)計(jì)，第二層必須是地層。由于大多數(shù)開關(guān)器件位于頂層，這樣設(shè)計(jì)最大程度減小了回流路徑上通孔產(chǎn)生的雜散電感。

為了簡化BGA扇出和布線難度，方案使用6層板進(jìn)行疊層設(shè)計(jì)。

疊層方案

圖源：TI

PCB布線指南

LVCMOS信號走線需要遠(yuǎn)離差分線，以防止LVCMOS線信號耦合到差分線。

視頻傳輸高速信號線的優(yōu)先級最高，在等長控制、阻抗匹配等關(guān)鍵控制點(diǎn)需要優(yōu)先滿足布線要求。

CLK和DATA需要嚴(yán)格等長，阻抗要保持一致。

為了減少通道之間的串?dāng)_和反射，每個(gè)差分通道之間的間距至少要是布線寬度的三倍。同時(shí)盡可能減少布線路徑的上過孔，理想情況下，過孔應(yīng)為兩個(gè)或更少以最小化stub，減少反射。

走線在左右彎曲的數(shù)量上盡可能相等，彎曲的角度盡量大于或等于135度。

容量小的高頻去耦電容盡可能靠近器件方式，去耦電容的放置要考慮回流路徑，盡可能減少寄生電感。

同軸線纜的傳輸線阻抗控制為50Ω，如下圖黃色線指示，在布線時(shí)盡可能讓50Ω走線距離縮短。

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