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數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)論文
摘要:在汽車電子技術(shù)領(lǐng)域,機(jī)器視覺的各種應(yīng)用也在對(duì)汽車設(shè)計(jì)進(jìn)行著逐步的科技武裝,倒車影像就是汽車機(jī)器視覺最早的應(yīng)用之一,但是由于車身環(huán)境復(fù)雜多變,倒車影像的顯現(xiàn)質(zhì)量多為不太理想,為了提高汽車音響娛樂系統(tǒng)模擬視頻信號(hào)抗干擾性能,通過對(duì)干擾路徑的有效理論分析,進(jìn)行總結(jié)歸納,創(chuàng)新采用差分電路設(shè)計(jì)方式,并經(jīng)過電磁干擾,整車環(huán)境等各種模擬驗(yàn)證,充分驗(yàn)證了可靠性,從而有效提供出了高質(zhì)量、低成本的車載模擬視頻信號(hào)抗干擾電路的設(shè)計(jì)方案。
關(guān)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(yè)正處于大刀闊斧的改革創(chuàng)新時(shí)代,“互聯(lián)網(wǎng)+冶及“機(jī)器視覺冶的浪潮不斷改變?nèi)藗兊纳?影響著汽車電子的發(fā)展。汽車音響娛樂系統(tǒng)是汽車電子中的重要部分,近些年發(fā)展迅猛,視頻技術(shù)也在汽車音響娛樂系統(tǒng)上有了越來越多的應(yīng)用。隨著視頻顯示技術(shù)的不斷提高,車載視頻產(chǎn)品已經(jīng)開始迅猛的充斥著整個(gè)汽車電子市場。我們熟知的倒車影像已經(jīng)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(jīng)配置倒車影像系統(tǒng),倒車影像技術(shù)的應(yīng)用也越來越趨于普遍化。這也讓更多商用用途的消費(fèi)者體驗(yàn)到科技配置給倒車入車位帶來的方便。隨著產(chǎn)品的普及,越來越多的終端用戶對(duì)顯示的質(zhì)量要求也越來越高。同時(shí)各大汽車制造車廠對(duì)汽車零部件成本控制要求也越來越嚴(yán)格,傳統(tǒng)的倒車視頻設(shè)計(jì)方案越來越多的不能滿足終端用戶及汽車制造廠的要求。所以低成本,高質(zhì)量的倒車影像設(shè)計(jì)方案也顯得尤為重要,采用廉價(jià)的模擬視頻信號(hào)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(shí)還要考慮更好地應(yīng)對(duì)整車環(huán)境中錯(cuò)綜復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境,確保模擬視頻信號(hào)的顯示質(zhì)量。因此必須在了解整車電磁干擾環(huán)境的情況下,改進(jìn)傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方案,并通過模擬整車環(huán)境的各種電磁干擾實(shí)驗(yàn),確保倒車影像能夠抵抗整車的電磁干擾和眾多電子設(shè)備的互擾,從而更好地提高當(dāng)前倒車影像的視頻顯示質(zhì)量。
1硬件設(shè)計(jì)
1.1當(dāng)前常規(guī)設(shè)計(jì)前常用的倒車影像系統(tǒng)傳輸電路設(shè)計(jì)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(hào)。如果兩個(gè)導(dǎo)體及其所連接的電路相對(duì)于地線或其他電路參考點(diǎn)具有相同的阻抗,則這個(gè)電路稱為平衡電路。任何電路在高頻時(shí)要做到完全平衡是很困難的,因?yàn)閷?shí)際的電路中會(huì)有很多雜散參數(shù),這些參數(shù)對(duì)電路阻抗的影響較大。由于這些雜散參數(shù)的不確定性,電路的阻抗也是不確定的,很難保證兩個(gè)導(dǎo)體的阻抗完全相同。因此,對(duì)傳輸電纜的要求很高,大大提高了倒車影像系統(tǒng)的成本。隨著商用攝像頭用途的越來越廣泛,非平衡CVBS視頻信號(hào)輸出的攝像頭已經(jīng)成為市場主流。整車廠也越來越多地采用非平衡CVBS視頻信號(hào)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(hào)(如圖1)。非平衡傳輸方式對(duì)電纜的要求大大降低。但是由于信號(hào)線CVBS-分別連接到顯示模塊GND2和攝像頭GND3,形成了一個(gè)很大的地環(huán)路。兩個(gè)接地點(diǎn)(GND2和GND3)電位的不同(由顯示模塊工作電流I1導(dǎo)致,現(xiàn)在顯示模塊的功能越來越多,有時(shí)I1甚至?xí)^10A)以及環(huán)境中交變的電磁場都會(huì)在環(huán)路上形成電流I2。導(dǎo)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(hào)頻率帶寬內(nèi)的成分,則會(huì)對(duì)視頻信號(hào)形成干擾并且無法濾除,直接影響顯示效果,用戶體驗(yàn)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(huán)路的阻抗來減小地環(huán)路電流,從而減小了地環(huán)路電流的影響,也可以認(rèn)為一部分電壓降在了共模扼流圈上,減小了對(duì)電路的影響。共模扼流圈的電感量越大,這個(gè)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(huì)感受到畫面的抖動(dòng),嚴(yán)重影響了使用感受。
1.2改善電路設(shè)計(jì)
本電路設(shè)計(jì)目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處,提供一種新型的車載模擬視頻信號(hào)抗干擾電路,有效地提高了模擬視頻信號(hào)的抗干擾能力,從而提供一種高效、低成本模擬視頻信號(hào)抗干擾電路的設(shè)計(jì)方案。顯示模塊接口電路為差分電路,CVBS-不再連接到GND2,切斷了地環(huán)路,環(huán)路電流無法產(chǎn)生。另外將攝像頭的GND3直接連接到顯示模塊GND2,保證了不會(huì)由于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。并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。但是如果干擾的頻率較高時(shí),這種單點(diǎn)接地的方法效果不明顯,因?yàn)殡m然不存在明顯的地環(huán)路,但是由于雜散電容的原因會(huì)有隱含的地環(huán)路。因此本設(shè)計(jì)在OPA電路之后增加了一個(gè)低通濾波電路,來濾除這些較高頻率的干擾信號(hào)。如圖2所示,攝像頭輸出的模擬視頻信號(hào)線連接到顯示模塊的差分接口電路上,地環(huán)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(huì)受到其它模塊的影響,不再影響顯示效果。模擬視頻信號(hào)經(jīng)過OPA電路之后,通過低通濾波器濾除模擬視頻信號(hào)上因?yàn)殡[含地環(huán)路而存在的高頻干擾。從而提高了模擬視頻信號(hào)的抗干擾能力。以下結(jié)合圖3對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的說明:如圖3所示,R1、R2、R3根據(jù)AD轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)幅度的要求進(jìn)行分壓,并且一起組成了模擬視頻信號(hào)的終端匹配電阻。R9、C5、C6組成了運(yùn)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(yùn)放電路,將輸入的模擬視頻信號(hào)的參考地CVBS-轉(zhuǎn)變?yōu)轱@示模塊參考地GND2。R10、L1、C8構(gòu)成低通濾波器,濾除視頻模擬信號(hào)中的高頻干擾成分。通過運(yùn)放電路,CVBS-信號(hào)不需要連接到GND2,切斷了地環(huán)路;增加低通濾波器濾除模擬信號(hào)中的高頻干擾信號(hào)。提高了模擬視頻信號(hào)的抗干擾能力。1郾3搖電路設(shè)計(jì)驗(yàn)證及結(jié)果對(duì)電路進(jìn)行了電磁干擾及整車環(huán)境變化的性能驗(yàn)證。淤在電磁干擾試驗(yàn)中,進(jìn)行了大電流注入干擾實(shí)驗(yàn),輸入了200mA的干擾電流,在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中,倒車影像性能沒有任何墮落,滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)要求。同時(shí)進(jìn)行了電源,地平面波動(dòng)實(shí)驗(yàn),注入50mS的電源,地變化波動(dòng)周期,通過500個(gè)循環(huán)的注入實(shí)驗(yàn),各項(xiàng)性能指標(biāo)都符合要求。于整車環(huán)境變化模式實(shí)驗(yàn),在整車上進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)啟停循環(huán),電動(dòng)雨刮頻率變化,電動(dòng)車窗,電動(dòng)后視鏡工作等實(shí)驗(yàn),均沒有發(fā)現(xiàn)倒車影像收到任何干擾,滿足整車要求。綜上,對(duì)于電路進(jìn)行了電磁抗干擾和整車環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn),通過各項(xiàng)實(shí)驗(yàn),電路設(shè)計(jì)性能可靠穩(wěn)定,沒有發(fā)現(xiàn)任何倒車影像顯示質(zhì)量問題。
2結(jié)束語
圖像去噪是一種圖像退變處理,而任何濾波技術(shù)對(duì)不同的噪聲類型有不同的處理能力。一般來說對(duì)濾波技術(shù)性能優(yōu)劣的質(zhì)量評(píng)價(jià)主要用細(xì)節(jié)和邊緣的保護(hù)、噪聲濾除性能及濾波復(fù)雜性等指標(biāo)來衡量。其中細(xì)節(jié)和邊緣的保護(hù)是該技術(shù)的一個(gè)重要特性。同時(shí)主觀的判斷也是一種有效的衡量判定方式�？傊�,性能優(yōu)良的濾波技術(shù)應(yīng)具有在較好保護(hù)圖像細(xì)節(jié)和邊緣前提下,能有效去除圖像噪聲,盡最大可能恢復(fù)局部相關(guān)像素的原來特性,盡量滿足符合人類視覺系統(tǒng)特征規(guī)律。但是對(duì)濾波技術(shù)主觀評(píng)價(jià)具有一定的個(gè)體差異性和片面性,所以探索對(duì)濾波技術(shù)客觀全面的評(píng)價(jià)體系是一項(xiàng)長期而艱巨的研究任務(wù)。但是到目前為止,除了利用人眼視覺系統(tǒng)對(duì)濾波結(jié)果直接主觀觀察評(píng)價(jià)外,還沒有一個(gè)比較理想的客觀標(biāo)準(zhǔn)對(duì)濾波效果能夠全面有效地評(píng)價(jià)。在汽車復(fù)雜環(huán)境下,模擬視頻信號(hào)極其容易受到干擾,倒車后視影像的顯示質(zhì)量對(duì)于駕駛客戶來說,也是尤為重要的,通過使用信號(hào)差分電路的設(shè)計(jì),可以有效的減去隱性的地環(huán)路,避免模擬信號(hào)收到外部的各種干擾,保證視頻影像的顯示質(zhì)量。該電路設(shè)計(jì)也在實(shí)際產(chǎn)品上在整車環(huán)境上進(jìn)行了了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,達(dá)到了預(yù)期的效果,大大提高了終端客戶使用的滿意度。
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