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Wie lassen sich Kameras der nächsten ADAS-Generation mit Strom versorgen?

| Autor / Redakteur: David Snook / Benjamin Kirchbeck

In ganz besonderem Maße liefern Kameras kritische Daten für die autonomen Entscheidungsfindungs-Prozesse.
In ganz besonderem Maße liefern Kameras kritische Daten für die autonomen Entscheidungsfindungs-Prozesse. (Bild: Daimler)

Die Anforderungen, die an die Bildverarbeitungssysteme im Auto gestellt werden, entwickeln sich rapide weiter. Doch damit stellt sich auch die Frage, wie man die Kameramodule der nächsten ADAS-Generation so mit Strom versorgen kann, dass sie mehr Daten erfassen und kompakter gestaltet werden können.

Wir alle kennen die Schlagzeilen, die die Bemühungen zur Entwicklung und Erprobung einer neuen Generation autonomer Fahrzeuge seit einiger Zeit machen. Die Entwicklung von Fahrassistenzsystemen (engl.: Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) ist in der Automobilindustrie ein wichtiger Trend, der darauf zielt, das Fahren sicherer zu machen und den Weg zum autonomen Fahren zu ebnen. Dieses Streben nach vermehrter Fahrassistenz und Automatisierung hängt allerdings von zahlreichen Sensoren ab, mit denen die Autos der Zukunft ausgestattet werden. Beispiel sind Kameras, Radar und Lidar.

In ganz besonderem Maße liefern Kameras kritische Daten für die autonomen Entscheidungsfindungs-Prozesse, wie etwa für die Erkennung von Verkehrsschildern. Die Anforderungen, die an die Bildverarbeitungssysteme im Auto gestellt werden, entwickeln sich daher rapide weiter, damit mehr Informationen eingeholt werden können. Zum Beispiel nimmt die Pixelzahl der in den Kameras eingesetzten CMOS-Bildsensoren zu, was den Datenverarbeitungs-Aufwand ebenso erhöht wie den Stromverbrauch. Eine weitere Vorgabe lautet, dass die Kameramodule klein, effizient und unauffällig sein müssen, denn schließlich möchte niemand die Formgestaltung eines Autos durch eine aus der Karosserie herausragende Kamera ruinieren lassen.

Zunächst ist zu überlegen, ob man einen geschalteten Gleichspannungsregler oder einen Low-Dropout-Regler (LDO) verwendet, um die verschiedenen vom System benötigten Versorgungsspannungen zu erzeugen. LDOs sind immer dann eine gute Wahl, wenn der Strombedarf gering ist oder die betreffende Spannung sehr störungsfrei sein muss (wie zum Beispiel die analoge Eingangsspannung eines CMOS-Bildsensors). Angesichts des Trends zu höheren Pixelzahlen und wachsendem Stromverbrauch wird allerdings ein geschalteter Gleichspannungsregler oft die bessere Wahl sein, um die Verluste und die Wärmeentwicklung zu minimieren.

Als nächstes muss über die baumförmige Stromversorgungs-Struktur entschieden werden. Dabei bieten sich drei Optionen an:

  • Voll integriert: Einsatz eines speziellen Power-Management-IC (PMIC), das sämtliche Versorgungsspannungen für das Kameramodul bereitstellt. Dies macht zwar die Lösung einfacher, bietet jedoch kaum Flexibilität.
  • Diskret: Hier wird jede Versorgungsspannung mit einer eigenen Schaltung erzeugt. Dies ergibt zwar maximale Flexibilität, jedoch kann sich das Design zeitraubender gestalten, weil viele verschiedene ICs ausgewählt werden müssen. Außerdem sind die Abmessungen der Gesamtlösung oft größer als bei einer höher integrierten Implementierung.
  • Teilintegriert: Mit einer Kombination aus ein- und mehrkanaligen Stromversorgungen wird das Design vereinfacht. Die Flexibilität ist größer als bei der Verwendung nur eines PMIC.

Mit dem Einsatz eines zweikanaligen Abwärtswandlers für die teilintegrierte Lösung ergibt sich eine gegenüber einem diskreten DC/DC-Schaltregler deutlich abgespeckte Stückliste, während verglichen mit einem Komplett-PMIC mehr Layout-Flexibilität geboten wird. Somit ist dies ein guter Kompromiss zwischen der Vereinfachung des Designs und der Flexibilität des Layouts, um den beschränkten Platzverhältnissen in Kameramodulen optimal Rechnung zu tragen. Mit dem Einsatz eines zweikanaligen Abwärtswandlers für die teilintegrierte Lösung ergibt sich eine gegenüber einem diskreten DC/DC-Schaltregler deutlich abgespeckte Stückliste, während verglichen mit einem Komplett-PMIC mehr Layout-Flexibilität geboten wird. Somit ist dies ein guter Kompromiss zwischen der Vereinfachung des Designs und der Flexibilität des Layouts, um den beschränkten Platzverhältnissen in Kameramodulen optimal Rechnung zu tragen.

TI bringt zwei neue, mit fest vorgegebener Ausgangsspannung angebotene Versionen eines zweikanaligen Abwärtswandlers auf den Markt, die sich gut für Kameramodule zum Einsatz in Kraftfahrzeugen eignen. DierBausteine TPS62423-Q1 und TPS62424-Q1 besitzen kleine, nur 3 mm x 3 mm messende Gehäuse und benötigen keine externen Widerstandsteiler. Die fest eingestellten Ausgangsspannungen dieser beiden neuen Bauelemente wurden gezielt so gewählt, dass die Stromversorgungs-Anforderungen der neuesten CMOS-Bildsensoren erfüllt werden.

Für Ingenieure im Bereich der Automobilelektronik und der Fahrassistenzsysteme sind interessante Zeiten angebrochen, und TI setzt alles daran, diese Ingenieure mit den notwendigen Produkten zu unterstützen, damit das nächste Stromversorgungs-Design für Kameramodule in Schwung kommt – ganz gleich, welche Stromversorgungs-Architektur gewählt wird.

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* David Snook arbeitet als Product Marketing Engineer im Bereich Automotive, Low Power DC/DC bei Texas Instruments.

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