數字積體電路設計論文
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著逐步的科技武裝,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為不太理想,為了提高汽車音響娛樂系統模擬影片訊號抗干擾性能,透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、低成本的車載模擬影片訊號抗干擾電路的設計方案。
關鍵詞:車載倒車影像;低成本;高效能;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,“網際網路+冶及“機器視覺冶的浪潮不斷改變人們的生活,影響著汽車電子的發展。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,影片技術也在汽車音響娛樂系統上有了越來越多的應用。隨著影片顯示技術的不斷提高,車載影片產品已經開始迅猛的充斥著整個汽車電子市場。我們熟知的倒車影像已經不再是中高階以上轎車的專利,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。隨著產品的普及,越來越多的終端使用者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,傳統的倒車影片設計方案越來越多的不能滿足終端使用者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為重要,採用廉價的模擬影片訊號無疑是最佳的控制成本的選擇,但在模擬影片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,確保模擬影片訊號的顯示質量。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,並透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眾多電子裝置的互擾,從而更好地提高當前倒車影像的影片顯示質量。
1硬體設計
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)顯示模組和倒車攝像頭透過平衡電路方式來傳輸影片訊號。如果兩個導體及其所連線的電路相對於地線或其他電路參考點具有相同的阻抗,則這個電路稱為平衡電路。任何電路在高頻時要做到完全平衡是很困難的,因為實際的電路中會有很多雜散引數,這些引數對電路阻抗的影響較大。由於這些雜散引數的不確定性,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。隨著商用攝像頭用途的越來越廣泛,非平衡CVBS影片訊號輸出的攝像頭已經成為市場主流。整車廠也越來越多地採用非平衡CVBS影片訊號輸出的攝像頭了;(2)顯示模組和倒車攝像頭透過非平衡電路方式來傳輸影片訊號(如圖1)。非平衡傳輸方式對電纜的要求大大降低。但是由於訊號線CVBS-分別連線到顯示模組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(由顯示模組工作電流I1導致,現在顯示模組的功能越來越多,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。導致顯示模組和攝像頭參考地之間形成電位差V1。如果V1包含模擬影片訊號頻率頻寬內的成分,則會對影片訊號形成干擾並且無法濾除,直接影響顯示效果,使用者體驗差。一般的解決方案是在攝像頭端增加共模扼流圈,透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,也可以認為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,使用者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影片訊號抗干擾電路,有效地提高了模擬影片訊號的抗干擾能力,從而提供一種高效、低成本模擬影片訊號抗干擾電路的設計方案。顯示模組介面電路為差分電路,CVBS-不再連線到GND2,切斷了地環路,環路電流無法產生。另外將攝像頭的GND3直接連線到顯示模組GND2,保證了不會由於顯示模組工作電流較大,顯示模組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組電位差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,因為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訊號。如圖2所示,攝像頭輸出的模擬影片訊號線連線到顯示模組的差分介面電路上,地環路消失。攝像頭電源地直接連線到顯示模組,保證兩模組之間參考地電位差足夠小,不會受到其它模組的影響,不再影響顯示效果。模擬影片訊號經過OPA電路之後,透過低通濾波器濾除模擬影片訊號上因為隱含地環路而存在的高頻干擾。從而提高了模擬影片訊號的抗干擾能力。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轉換器對輸入訊號幅度的要求進行分壓,並且一起組成了模擬影片訊號的終端匹配電阻。R9、C5、C6組成了運放供電電源上的濾波電路。C2、C3、C9為電路的隔直電容,阻隔電路上的直流成分。R4、R5、R6、R7、R8、C1、C7、IC1組成運放電路,將輸入的模擬影片訊號的參考地CVBS-轉變為顯示模組參考地GND2。R10、L1、C8構成低通濾波器,濾除影片模擬訊號中的高頻干擾成分。透過運放電路,CVBS-訊號不需要連線到GND2,切斷了地環路;增加低通濾波器濾除模擬訊號中的高頻干擾訊號。提高了模擬影片訊號的抗干擾能力。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效能驗證。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,倒車影像效能沒有任何墮落,滿足各項效能指標要求。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,透過500個迴圈的注入實驗,各項效能指標都符合要求。於整車環境變化模式實驗,在整車上進行了發動機啟停迴圈,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,透過各項實驗,電路設計效能可靠穩定,沒有發現任何倒車影像顯示質量問題。
2結束語
影象去噪是一種影象退變處理,而任何濾波技術對不同的噪聲型別有不同的處理能力。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、噪聲濾除效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,效能優良的濾波技術應具有在較好保護影象細節和邊緣前提下,能有效去除影象噪聲,盡最大可能恢復區域性相關畫素的原來特性,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。但是到目前為止,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,模擬影片訊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,也是尤為重要的,透過使用訊號差分電路的設計,可以有效的減去隱性的地環路,避免模擬訊號收到外部的各種干擾,保證影片影像的顯示質量。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。