如今的汽車市場正受到經(jīng)濟危機的沖擊，與此同時，提高安全性能和綠色環(huán)保這兩大趨勢也驅(qū)動著新一代汽車的發(fā)展，并指引著汽車廠商生產(chǎn)出與消費者的意向最相符、具有差異化特性的下一代汽車。

對經(jīng)濟的預(yù)期，使得消費者對汽車新功能的需求首先以安全為導(dǎo)向。能夠保障司機、乘客和行人安全，有效降低事故發(fā)生的高級安全系統(tǒng)，比如無需增加太多成本的先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)，將是一個快速增長汽車電子領(lǐng)域，并對汽車的差異化設(shè)計產(chǎn)生重要影響。除了安全氣囊等被動安全系統(tǒng)外，未來越來越多的汽車還將采用基于視覺的主動安全系統(tǒng)，包括后視系統(tǒng)、車道偏離告警系統(tǒng)、司機注意力告警系統(tǒng)、前燈控制系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)以及能夠在各種照明條件下檢測并分辨物體的自動巡航控制系統(tǒng)等。

為降低能耗和減少溫室氣體的排放，對汽車的綠色環(huán)保設(shè)計要求日益迫切。除了利用許多傳統(tǒng)技術(shù)使汽車更加符合環(huán)保要求外，各種汽車能源的替代形式，無論是替代燃料(如甲醇、乙醇等)汽車，還是混合動力(油電組合)汽車(HEV)或純電動汽車(EV)，都已成為汽車廠家的最優(yōu)先考慮設(shè)計項目。

本文重點關(guān)注汽車安全和綠色環(huán)保設(shè)計趨勢，討論實現(xiàn)這些功能的關(guān)鍵設(shè)計挑戰(zhàn)，并分享領(lǐng)先汽車半導(dǎo)體廠商的獨特觀點及最新解決方案。

可視安全監(jiān)控系統(tǒng)

具有高動態(tài)范圍的圖像傳感器，再加上功能強大的處理器、DSP、FPGA、圖像傳感器和復(fù)雜算法，正在開創(chuàng)汽車視覺系統(tǒng)的新時代車。比如，后視攝像系統(tǒng)上的警告符號通過變化大小和顏色來提醒司機注意檢測最近物體。注意力告警系統(tǒng)可以使用裝在司機門上和中央控制臺上的紅外攝像機來記錄和分析司機的眼睛運動，并在司機的眼睛合上的時間超過正常眨眼的時間時發(fā)出聽得見、看得到的告警。車道偏離告警系統(tǒng)使用攝像機來監(jiān)視道路標志線之間的車輛位置。

對汽車安全應(yīng)用中的圖像傳感器而言，其新興開發(fā)領(lǐng)域正是這些基于視覺的系統(tǒng)。“但是，面向這些應(yīng)用的圖像傳感器面臨一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)，包括低光照條件下(小于1 lux)的低光敏感度(或響應(yīng)度)、極小的封裝尺寸以及色彩的寬動態(tài)范圍。”OmniVision公司的高級產(chǎn)品市場經(jīng)理Inayat Khajasha表示。

OmniVision是為基于視覺的汽車系統(tǒng)提供圖像傳感器的領(lǐng)先供應(yīng)商，提供廣泛的汽車傳感器產(chǎn)品系列，包括CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。該公司的OV7960可解決以上挑戰(zhàn)，該產(chǎn)品的低光敏感度大于12V/lux-sec，采用最小的 AutoVision CSP(aCSPTM) 封裝，體積比競爭的 CMOS 器件小 50%。此外，OmniVision公司是目前唯一能為新興應(yīng)用，比如360度全景應(yīng)用提供100萬像素傳感器(OV9715)的公司。這種傳感器能實現(xiàn) 180度失真校正的圖像，而不損失任何圖像質(zhì)量。

在這些主動安全系統(tǒng)中，除了攝像頭外，還有一個主要的元件就是高速雷達。飛思卡爾半導(dǎo)體汽車電子工程經(jīng)理康曉敦介紹道：“隨著圖像傳感器技術(shù)，比如CCD技術(shù)的提高，可視系統(tǒng)在硬件方面已沒有太多難度，主要是軟件策略及算法方面還存在一些挑戰(zhàn)。高速雷達就不同了，由于主動安全系統(tǒng)要求很高的速度(現(xiàn)在的標準是77GHz)，所以需要用先進的半導(dǎo)體技術(shù)來設(shè)計新的器件來滿足要求。”

飛思卡爾正在采用硅鍺(SiGe)技術(shù)來設(shè)計77GHz毫米波雷達的射頻(RF)芯片，主要面向車間距控制系統(tǒng)及預(yù)防碰撞安全系統(tǒng)等的車間距檢測用途。與使用砷化鎵(GaAs)技術(shù)的毫米波雷達射頻芯片相比，這種芯片的成本預(yù)計要低50%。

汽車視覺系統(tǒng)需要采用數(shù)字信號處理單元將實時圖像做畸變矯正處理。雖然是圖像處理算法，但實時圖像的高碼率、各種鏡頭的曲率、不同的畸變情況都對算法和DSP的性能有較高要求。