數字集成電路設計論文

摘要:在汽車電子技術領域,機器視覺的各種應用也在對汽車設計進行着逐步的科技武裝,倒車影像就是汽車機器視覺最早的應用之一,但是由於車身環境複雜多變,倒車影像的顯現質量多爲不太理想,爲了提高汽車音響娛樂系統模擬視頻信號抗干擾性能,通過對干擾路徑的有效理論分析,進行總結歸納,創新採用差分電路設計方式,並經過電磁干擾,整車環境等各種模擬驗證,充分驗證了可靠性,從而有效提供出了高質量、低成本的車載模擬視頻信號抗干擾電路的設計方案。

關鍵詞:車載倒車影像;低成本;高性能;抗干擾電路

引言

汽車電子行業正處於大刀闊斧的改革創新時代,“互聯網+冶及“機器視覺冶的浪潮不斷改變人們的生活,影響着汽車電子的發展。汽車音響娛樂系統是汽車電子中的重要部分,近些年發展迅猛,視頻技術也在汽車音響娛樂系統上有了越來越多的應用。隨着視頻顯示技術的不斷提高,車載視頻產品已經開始迅猛的充斥着整個汽車電子市場。我們熟知的倒車影像已經不再是中高端以上轎車的專利,在一些小型車和微客上也已經配置倒車影像系統,倒車影像技術的應用也越來越趨於普遍化。這也讓更多商用用途的消費者體驗到科技配置給倒車入車位帶來的方便。隨着產品的普及,越來越多的終端用戶對顯示的質量要求也越來越高。同時各大汽車製造車廠對汽車零部件成本控制要求也越來越嚴格,傳統的倒車視頻設計方案越來越多的不能滿足終端用戶及汽車製造廠的要求。所以低成本,高質量的倒車影像設計方案也顯得尤爲重要,採用廉價的模擬視頻信號無疑是最佳的控制成本的選擇,但在模擬視頻的無損耗傳輸過程中,同時還要考慮更好地應對整車環境中錯綜複雜的電磁干擾環境,確保模擬視頻信號的顯示質量。因此必須在瞭解整車電磁干擾環境的情況下,改進傳統的電路設計方案,並通過模擬整車環境的各種電磁干擾實驗,確保倒車影像能夠抵抗整車的電磁干擾和衆多電子設備的互擾,從而更好地提高當前倒車影像的視頻顯示質量。

1硬件設計

1.1當前常規設計前常用的倒車影像系統傳輸電路設計方案有以下幾種:(1)顯示模塊和倒車攝像頭通過平衡電路方式來傳輸視頻信號。如果兩個導體及其所連接的電路相對於地線或其他電路參考點具有相同的阻抗,則這個電路稱爲平衡電路。任何電路在高頻時要做到完全平衡是很困難的,因爲實際的電路中會有很多雜散參數,這些參數對電路阻抗的影響較大。由於這些雜散參數的不確定性,電路的阻抗也是不確定的,很難保證兩個導體的阻抗完全相同。因此,對傳輸電纜的要求很高,大大提高了倒車影像系統的成本。隨着商用攝像頭用途的越來越廣泛,非平衡CVBS視頻信號輸出的攝像頭已經成爲市場主流。整車廠也越來越多地採用非平衡CVBS視頻信號輸出的攝像頭了;(2)顯示模塊和倒車攝像頭通過非平衡電路方式來傳輸視頻信號(如圖1)。非平衡傳輸方式對電纜的要求大大降低。但是由於信號線CVBS-分別連接到顯示模塊GND2和攝像頭GND3,形成了一個很大的地環路。兩個接地點(GND2和GND3)電位的不同(由顯示模塊工作電流I1導致,現在顯示模塊的功能越來越多,有時I1甚至會超過10A)以及環境中交變的電磁場都會在環路上形成電流I2。導致顯示模塊和攝像頭參考地之間形成電位差V1。如果V1包含模擬視頻信號頻率帶寬內的成分,則會對視頻信號形成干擾並且無法濾除,直接影響顯示效果,用戶體驗差。一般的解決方案是在攝像頭端增加共模扼流圈,通過增加地環路的阻抗來減小地環路電流,從而減小了地環路電流的影響,也可以認爲一部分電壓降在了共模扼流圈上,減小了對電路的影響。共模扼流圈的電感量越大,這個共模扼流圈的效果越好,扼流圈的'尺寸也越大。攝像頭本身尺寸較小,共模扼流圈也受到限制,電感量沒有辦法做到很大。在極端情況下,用戶就會感受到畫面的抖動,嚴重影響了使用感受。

1.2改善電路設計

本電路設計目的在於克服上述現有技術中的不足之處,提供一種新型的車載模擬視頻信號抗干擾電路,有效地提高了模擬視頻信號的抗干擾能力,從而提供一種高效、低成本模擬視頻信號抗干擾電路的設計方案。顯示模塊接口電路爲差分電路,CVBS-不再連接到GND2,切斷了地環路,環路電流無法產生。另外將攝像頭的GND3直接連接到顯示模塊GND2,保證了不會由於顯示模塊工作電流較大,顯示模塊和整車地電位不一致而影響到顯示效果。並且攝像頭本身電流很小(及I3很小),保證了攝像頭和顯示模塊電位差V2足夠小。但是如果幹擾的頻率較高時,這種單點接地的方法效果不明顯,因爲雖然不存在明顯的地環路,但是由於雜散電容的原因會有隱含的地環路。因此本設計在OPA電路之後增加了一個低通濾波電路,來濾除這些較高頻率的干擾信號。如圖2所示,攝像頭輸出的模擬視頻信號線連接到顯示模塊的差分接口電路上,地環路消失。攝像頭電源地直接連接到顯示模塊,保證兩模塊之間參考地電位差足夠小,不會受到其它模塊的影響,不再影響顯示效果。模擬視頻信號經過OPA電路之後,通過低通濾波器濾除模擬視頻信號上因爲隱含地環路而存在的高頻干擾。從而提高了模擬視頻信號的抗干擾能力。以下結合圖3對電路設計進行進一步的說明:如圖3所示,R1、R2、R3根據AD轉換器對輸入信號幅度的要求進行分壓,並且一起組成了模擬視頻信號的終端匹配電阻。R9、C5、C6組成了運放供電電源上的濾波電路。C2、C3、C9爲電路的隔直電容,阻隔電路上的直流成分。R4、R5、R6、R7、R8、C1、C7、IC1組成運放電路,將輸入的模擬視頻信號的參考地CVBS-轉變爲顯示模塊參考地GND2。R10、L1、C8構成低通濾波器,濾除視頻模擬信號中的高頻干擾成分。通過運放電路,CVBS-信號不需要連接到GND2,切斷了地環路;增加低通濾波器濾除模擬信號中的高頻干擾信號。提高了模擬視頻信號的抗干擾能力。1郾3搖電路設計驗證及結果對電路進行了電磁干擾及整車環境變化的性能驗證。淤在電磁干擾試驗中,進行了大電流注入干擾實驗,輸入了200mA的干擾電流,在整個實驗過程中,倒車影像性能沒有任何墮落,滿足各項性能指標要求。同時進行了電源,地平面波動實驗,注入50mS的電源,地變化波動週期,通過500個循環的注入實驗,各項性能指標都符合要求。於整車環境變化模式實驗,在整車上進行了發動機啓停循環,電動雨刮頻率變化,電動車窗,電動後視鏡工作等實驗,均沒有發現倒車影像收到任何干擾,滿足整車要求。綜上,對於電路進行了電磁抗干擾和整車環境模擬實驗,通過各項實驗,電路設計性能可靠穩定,沒有發現任何倒車影像顯示質量問題。

2結束語

圖像去噪是一種圖像退變處理,而任何濾波技術對不同的噪聲類型有不同的處理能力。一般來說對濾波技術性能優劣的質量評價主要用細節和邊緣的保護、噪聲濾除性能及濾波複雜性等指標來衡量。其中細節和邊緣的保護是該技術的一個重要特性。同時主觀的判斷也是一種有效的衡量判定方式。總之,性能優良的濾波技術應具有在較好保護圖像細節和邊緣前提下,能有效去除圖像噪聲,盡最大可能恢復局部相關像素的原來特性,儘量滿足符合人類視覺系統特徵規律。但是對濾波技術主觀評價具有一定的個體差異性和片面性,所以探索對濾波技術客觀全面的評價體系是一項長期而艱鉅的研究任務。但是到目前爲止,除了利用人眼視覺系統對濾波結果直接主觀觀察評價外,還沒有一個比較理想的客觀標準對濾波效果能夠全面有效地評價。在汽車複雜環境下,模擬視頻信號極其容易受到干擾,倒車後視影像的顯示質量對於駕駛客戶來說,也是尤爲重要的,通過使用信號差分電路的設計,可以有效的減去隱性的地環路,避免模擬信號收到外部的各種干擾,保證視頻影像的顯示質量。該電路設計也在實際產品上在整車環境上進行了了實驗驗證,達到了預期的效果,大大提高了終端客戶使用的滿意度。