數字集成電路設計論文

數字集成電路設計論文

　　摘要:在汽車(chē)電子技術(shù)領(lǐng)域,機器視覺(jué)的各種應用也在對汽車(chē)設計進(jìn)行著(zhù)逐步的科技武裝,倒車(chē)影像就是汽車(chē)機器視覺(jué)最早的應用之一,但是由于車(chē)身環(huán)境復雜多變,倒車(chē)影像的顯現質(zhì)量多為不太理想,為了提高汽車(chē)音響娛樂(lè )系統模擬視頻信號抗干擾性能,通過(guò)對干擾路徑的有效理論分析,進(jìn)行總結歸納,創(chuàng )新采用差分電路設計方式,并經(jīng)過(guò)電磁干擾,整車(chē)環(huán)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(zhì)量、低成本的車(chē)載模擬視頻信號抗干擾電路的設計方案。

　　關(guān)鍵詞:車(chē)載倒車(chē)影像;低成本;高性能;抗干擾電路

　　引言

　　汽車(chē)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“機器視覺(jué)冶的浪潮不斷改變人們的生活,影響著(zhù)汽車(chē)電子的發(fā)展。汽車(chē)音響娛樂(lè )系統是汽車(chē)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(chē)音響娛樂(lè )系統上有了越來(lái)越多的應用。隨著(zhù)視頻顯示技術(shù)的不斷提高,車(chē)載視頻產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始迅猛的充斥著(zhù)整個(gè)汽車(chē)電子市場(chǎng)。我們熟知的倒車(chē)影像已經(jīng)不再是中高端以上轎車(chē)的專(zhuān)利,在一些小型車(chē)和微客上也已經(jīng)配置倒車(chē)影像系統,倒車(chē)影像技術(shù)的應用也越來(lái)越趨于普遍化。這也讓更多商用用途的消費者體驗到科技配置給倒車(chē)入車(chē)位帶來(lái)的方便。隨著(zhù)產(chǎn)品的普及,越來(lái)越多的終端用戶(hù)對顯示的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。同時(shí)各大汽車(chē)制造車(chē)廠(chǎng)對汽車(chē)零部件成本控制要求也越來(lái)越嚴格,傳統的倒車(chē)視頻設計方案越來(lái)越多的不能滿(mǎn)足終端用戶(hù)及汽車(chē)制造廠(chǎng)的要求。所以低成本,高質(zhì)量的倒車(chē)影像設計方案也顯得尤為重要,采用廉價(jià)的模擬視頻信號無(wú)疑是最佳的控制成本的選擇,但在模擬視頻的無(wú)損耗傳輸過(guò)程中,同時(shí)還要考慮更好地應對整車(chē)環(huán)境中錯綜復雜的電磁干擾環(huán)境,確保模擬視頻信號的顯示質(zhì)量。因此必須在了解整車(chē)電磁干擾環(huán)境的情況下,改進(jìn)傳統的電路設計方案,并通過(guò)模擬整車(chē)環(huán)境的各種電磁干擾實(shí)驗,確保倒車(chē)影像能夠抵抗整車(chē)的電磁干擾和眾多電子設備的互擾,從而更好地提高當前倒車(chē)影像的視頻顯示質(zhì)量。

　　1硬件設計

　　1.1當前常規設計前常用的倒車(chē)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(chē)攝像頭通過(guò)平衡電路方式來(lái)傳輸視頻信號。如果兩個(gè)導體及其所連接的電路相對于地線(xiàn)或其他電路參考點(diǎn)具有相同的阻抗,則這個(gè)電路稱(chēng)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,因為實(shí)際的電路中會(huì )有很多雜散參數,這些參數對電路阻抗的影響較大。由于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(gè)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(chē)影像系統的成本。隨著(zhù)商用攝像頭用途的越來(lái)越廣泛,非平衡CVBS視頻信號輸出的攝像頭已經(jīng)成為市場(chǎng)主流。整車(chē)廠(chǎng)也越來(lái)越多地采用非平衡CVBS視頻信號輸出的攝像頭了;(2)顯示模塊和倒車(chē)攝像頭通過(guò)非平衡電路方式來(lái)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。但是由于信號線(xiàn)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導致,現在顯示模塊的功能越來(lái)越多,有時(shí)I1甚至會(huì )超過(guò)10A)以及環(huán)境中交變的電磁場(chǎng)都會(huì )在環(huán)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(huì )對視頻信號形成干擾并且無(wú)法濾除,直接影響顯示效果,用戶(hù)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(guò)增加地環(huán)路的阻抗來(lái)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(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(méi)有辦法做到很大。在極端情況下,用戶(hù)就會(huì )感受到畫(huà)面的抖動(dòng),嚴重影響了使用感受。

　　1.2改善電路設計

　　本電路設計目的在于克服上述現有技術(shù)中的不足之處,提供一種新型的車(chē)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(wú)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(chē)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,因為雖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。因此本設計在OPA電路之后增加了一個(gè)低通濾波電路,來(lái)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(xiàn)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。模擬視頻信號經(jīng)過(guò)OPA電路之后,通過(guò)低通濾波器濾除模擬視頻信號上因為隱含地環(huán)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(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)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(jìn)行分壓,并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,將輸入的模擬視頻信號的參考地CVBS-轉變?yōu)轱@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(guò)運放電路,CVBS-信號不需要連接到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(jìn)行了電磁干擾及整車(chē)環(huán)境變化的性能驗證。淤在電磁干擾試驗中,進(jìn)行了大電流注入干擾實(shí)驗,輸入了200mA的干擾電流,在整個(gè)實(shí)驗過(guò)程中,倒車(chē)影像性能沒(méi)有任何墮落,滿(mǎn)足各項性能指標要求。同時(shí)進(jìn)行了電源,地平面波動(dòng)實(shí)驗,注入50mS的電源,地變化波動(dòng)周期,通過(guò)500個(gè)循環(huán)的注入實(shí)驗,各項性能指標都符合要求。于整車(chē)環(huán)境變化模式實(shí)驗,在整車(chē)上進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機啟停循環(huán),電動(dòng)雨刮頻率變化,電動(dòng)車(chē)窗,電動(dòng)后視鏡工作等實(shí)驗,均沒(méi)有發(fā)現倒車(chē)影像收到任何干擾,滿(mǎn)足整車(chē)要求。綜上,對于電路進(jìn)行了電磁抗干擾和整車(chē)環(huán)境模擬實(shí)驗,通過(guò)各項實(shí)驗,電路設計性能可靠穩定,沒(méi)有發(fā)現任何倒車(chē)影像顯示質(zhì)量問(wèn)題。

　　2結束語(yǔ)

　　圖像去噪是一種圖像退變處理,而任何濾波技術(shù)對不同的噪聲類(lèi)型有不同的處理能力。一般來(lái)說(shuō)對濾波技術(shù)性能優(yōu)劣的質(zhì)量評價(jià)主要用細節和邊緣的保護、噪聲濾除性能及濾波復雜性等指標來(lái)衡量。其中細節和邊緣的保護是該技術(shù)的一個(gè)重要特性。同時(shí)主觀(guān)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(guān)像素的原來(lái)特性,盡量滿(mǎn)足符合人類(lèi)視覺(jué)系統特征規律。但是對濾波技術(shù)主觀(guān)評價(jià)具有一定的個(gè)體差異性和片面性,所以探索對濾波技術(shù)客觀(guān)全面的評價(jià)體系是一項長(cháng)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(jué)系統對濾波結果直接主觀(guān)觀(guān)察評價(jià)外,還沒(méi)有一個(gè)比較理想的客觀(guān)標準對濾波效果能夠全面有效地評價(jià)。在汽車(chē)復雜環(huán)境下,模擬視頻信號極其容易受到干擾,倒車(chē)后視影像的顯示質(zhì)量對于駕駛客戶(hù)來(lái)說(shuō),也是尤為重要的,通過(guò)使用信號差分電路的設計,可以有效的減去隱性的地環(huán)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(zhì)量。該電路設計也在實(shí)際產(chǎn)品上在整車(chē)環(huán)境上進(jìn)行了了實(shí)驗驗證,達到了預期的效果,大大提高了終端客戶(hù)使用的滿(mǎn)意度。

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