隨著新技術和新功能的不斷出現,汽車應用設計變得越來越具挑戰性,從而推動了現今車用感測器的數量和類型不斷增加。最新(也可能是最大)的兩個推動力就是自動駕駛和安全系統。

車輛中使用了一系列的感測器,用來測量壓力、溫度、位置、速度、濕度和佔用等參數,還有越來越多用於先進駕駛輔助系統(ADAS)和攝影鏡頭的感測器。以下列出適於各種汽車應用的10種感測器(沒有任何特定順序),也許可為工程師的下一次設計指引方向。

1.OmniVision OV9284全域快門影像感測器

OmniVision的OV9284 100萬畫素全域快門影像感測器針對車內監控市場,具有小尺寸、低功耗和出色的近紅外線(NIR)量子效率(QE)等特性。它符合L3級半自動駕駛車的新安全規定,其中駕駛狀態監測(DSM)用於追蹤駕駛的視線。OmniVision稱,OV9284在駕駛監控影像感測器產品中具有最佳的NIR量子效率,在940nm處可達12%。

此外,在每秒60訊框(fps)時其功耗為90mW,據稱比最接近的競爭產品低30%。採用OmniPixel 3-GS技術的全域快門感測器在視訊速度高達120fps時可提供1,280×800的解析度,它採用5,237×4,463μm晶片級封裝。

20190409NT01P1 圖1 OmniVision的OV9284可為駕駛狀態監控應用提供小尺寸、低功耗和出色的NIR QE功能。

2.TDK IAM-20680和IAM-20680HP IMU

TDK旗下子公司InvenSense推出了一系列新型車用高精準度MEMS運動感測器。「運動追蹤」車規級IAM-20680和IAM-20680HP六軸慣性測量單元(IMU)可以協助改善在GNSS和GPS訊號微弱環境中(例如隧道、停車場和城區峽谷)車輛的絕對定位。TDK表示,當衛星訊號較差或沒有訊號時,這些MEMS感測器可改善車輛位置、方向和速度的估算準確度,在衛星訊號較強時也可以提高位置估算的品質。

IAM-20680據稱是最小的六軸車規級感測器(結合了三軸陀螺儀和三軸加速度計),是業界唯一一款已用於批量生產車輛、具有16位元加速度計和16位元陀螺儀系列的元件。其工作溫度範圍為-40°C~85°C,如果需要更強大且溫度範圍更高的IMU,IAM-20680的高性能版本IAM-20680HP可提供-40°C~105°C的擴展工作溫度範圍,以及更高的陀螺儀和失調熱穩定性。它在引腳、封裝和寄存器方面與IAM-20680完全相容。

此外,IAM-20680和IAM-20680HP被整合進了新的InvenSense Coursa Drive軟體解決方案,這是專為自動駕駛車(AV)平台開發人員而設計的慣性輔助定位軟體。Coursa Drive是InvenSense定位庫(IPL)的高性能擴展;對於僅採用慣性的車輛定位,它可將精準度提高到行駛距離的< 0.2%,在GNSS/感知系統環境中維持公寸車道級的車輛定位需要達到這種精準度。

20190409NT01P2 圖2 TDK的六軸IAM-20680HP和IAM-20680具有出色的溫度穩定性,可以在極具挑戰的環境中進行導航駕駛,其低靈敏度誤差可以保持汽車正確轉向。

3.Vishay VCNL4030X01光學感測器

Vishay的VCNL4030X01在一個小型的4×2.36×0.75mm表面黏著封裝內,整合了用於近距離和環境光探測的光電探測器、訊號調節IC、16位元ADC及大功率IRED,可為多感測器應用節省電路板空間,增強設計靈活性。這種近距離和環境光探測感測器符合AEC-Q101標準,功能豐富,適於多種應用,包括行動設備、智慧家居、工業和汽車等。

20190409NT01P3 圖3 Vishay的VCNL4030X01在一個小型表面黏著封裝內整合了用於近距離和環境光探測的光電探測器、訊號調節IC、16位元ADC及大功率IRED。

Vishay稱,利用其Filtron技術,該感測器可以使環境光譜靈敏度接近人眼,同時具有出色的背景光消除能力。此外,該感測器還具有可程式設計中斷功能,可設置高閾值和低閾值,以降低總功耗。

VCNL4030X01的內建環境光電二極體具有0.004lx~4.2klx的檢測能力,使該元件可在黑暗或高透明度鏡頭中工作。VCNL4030X01的近距離感測器使用智慧消除功能來消除串擾,智慧持久性方案可在檢測到物體時提供快速回應時間和精準度。此外,該元件可以檢測距離最遠達300mm的物體。

4.VG5661和VG5761全域快門影像感測器

另外兩個針對汽車安全系統的感測器是VG5661和VG5761全域快門影像感測器,可用於駕駛監控系統。它們擷取從攝影機拍攝的場景,消除陽光或街道照明等外部影響,以增強車輛乘客監控並改善駕駛監控系統,特別是在接近940nm的近紅外線照明下。這兩種感測器也出現在新的功能應用中,例如評估駕駛注意力、乘客舒適度或兒童行為等。

VG5661和VG5761分別是160萬畫素和230萬畫素的車用感測器。意法半導體(STMicroelectronics)的汽車全域快門畫素採用兩個儲存單元和3.2μm的小畫素,即使在極具挑戰的環境下也能提供小尺寸和高解析度的影像,以獲得更清晰的影像。兩個儲存區可提供雙影像儲存,實現高達98dB的線性高動態範圍或無遲滯後背景消除。

它還消除了主機系統進行額外處理的負擔。近紅外線波長的高動態範圍和高調變傳遞功能可最大限度地減少自然光源的干擾。這些感測器符合AEC-Q100第二級標準,並具備ASIL-B攝影系統所需的安全完整性,符合汽車安全標準ISO 26262。

20190409NT01P4 圖4 意法半導體VG5661和VG5761採用標準BGA封裝或裸片,可直接整合到汽車OEM系統中。

5.ams AS5200L位置感測器

ams的雙裸片AS5200L磁旋轉位置感測器帶有I2C介面,符合AEC-Q100一級標準,適合要求高精準度、冗餘和小尺寸的高安全性汽車應用。其目標應用包括電氣化動力傳動線控功能,例如傳統操縱桿和旋轉變速器的線控換檔,以及踏板應用等。

AS5200L具有對雜散磁場的抗擾性,因此可在嘈雜的磁環境中提供高精準度和可重複的測量。其裸片採用堆疊佈置,這意味著它們可以與單個小目標磁體配對,同時從每個裸片輸出相同的測量結果。每個裸片都有獨立的封裝引腳,防止元件的電氣故障影響兩個裸片。

6.德州儀器AWR1642感測器

雖然已經推出一年多了,德州儀器的汽車毫米波(mmWave)感測器仍然值得一提,它適合包括長距離、短距離和中距離雷達的ADAS應用。AWR1642毫米波感測器是一種車規級的高度整合超寬頻感測器,還可用於檢測車門和車後箱周圍的空閒空間和障礙物、車艙內的佔用情況,以及入侵警報和智慧自動停車等。

這一單晶片FMCW雷達感測器工作在76~81GHz頻段,整合了DSP子系統,包括用於雷達訊號處理的C674x DSP,以及用於無線配置、控制和校準的Arm R4F處理器子系統。該晶片採用0.65mm間距、161引腳、尺寸為10.4×10.4mm的倒裝晶片BGA封裝。與該晶片配套的軟體發展套件、示例配置和其他設計資源有助於縮短開發時間。車輛乘客檢測參考設計就是一個示例,提供了系統級的概述及如何使用AWR1642感測器來檢測車內人員的軟體示例。

7.Velodyne的VelaDome、Velarray和Vella

光達(LiDAR)感測器在ADAS和自動駕駛車中至關重要,但仍有一些侷限性,特別是在成本和技術問題(如範圍和解析度)方面(參見「自動駕駛汽車和LiDAR感測器的真相(Autonomous vehicles and the truth about LiDAR sensors)」一文)。Velodyne是一家在高階駕駛安全系統LiDAR感測器技術方面取得重大進展的公司,雖然還沒有具體的產品參數,但Velodyne的最新產品仍值得一看,包括VelaDome、Velarray和Vella。

VelaDome是一種嵌入式小型LiDAR,據稱是業界首款寬視場短距離感測器,用於近目標回避和盲點監測,可提供180°×180°的超寬影像,並可檢測到距離接近0.1公尺的物體。

20190409NT01P5 圖5 ams車規級感測器採用MLF-16封裝,專為混合動力、電池供電和傳統車輛的換檔位置檢測而設計。

Vella是該公司的ADAS解決方案,基於定向視圖(白天或夜晚)Velarray LiDAR感測器,可望在高速公路上實現更快的物體識別和更長的制動距離。其目標應用包括車道保持輔助、自動緊急剎車(AEB)和自我調整巡航控制等。

8.ACEINNA的IMU381ZA IMU

像ACEINNA的IMU381ZA IMU這樣的整合式慣性感測模組可在單個元件中替代多個感測功能,不但可以節省空間、減少BOM數量,而且可以降低成本和開發時間。

六自由度(DOF)、具可選的三軸磁感測器的IMU381ZA可測量高達4g的加速度,提供3~5.5V供電電壓,並可在較寬的溫度範圍內工作(從-40°C~85°C)。此外,它採用24×37×9.5mm的小尺寸封裝,可提供標準和大範圍兩種型號,而且均提供評估套件。

20190409NT01P6 圖6 ACEINNA的381ZA-200可以小型封裝替代多種感測功能。

9.Quanergy S3固態雷射雷達

Quanergy認為固態LiDAR將有助於降低LiDAR解決方案的成本。由於沒有活動零件,S3-2還可提供高可靠性,同時功耗更低。該公司將其S3固態LiDAR感測器與QORTEX物件分析軟體相結合,用來分析3D點雲資料,以執行物件檢測、追蹤和分類等高安全性功能。人工智慧(AI)軟體能夠根據由一個或多個LiDAR感測器收集的資料進行物體檢測。

10.Vayyar 3D影像感測器

Vayyar Imaging的3D影像感測器可以提供360°感測,以清楚瞭解車輛內部和外部發生的情況。該公司的毫米波3D成像系統單晶片(SoC)整合了72個發射器和72個接收器,以及具有高解析度和高精準度的高階DSP。該SoC涵蓋從3GHz~81GHz的成像和雷達頻段,不需要外部CPU來實現複雜的成像演算法。此外,它可以在任何天氣或光照條件下工作,特別適合汽車應用。

對於汽車內部和外部的360°感應,該感測器可以檢測和監控存在、位置、姿勢、距離、生命體征和障礙物,它每秒可檢測超過150K個興趣點。

(參考原文: 10 hot sensors for automotive,by Gina Roos)