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10款热门的车用传感器

时间:2019-04-10 作者:Gina Roos,Electronic Products 阅读:
车辆中使用了一系列的传感器,用来测量压力、温度、位置、速度、湿度和占用等参数,还有越来越多用于高级驾驶辅助系统(ADAS)和摄像头的传感器。下面列出了适于各种汽车应用的10种传感器(没有任何特定顺序),也许可为你下一次设计指明方向。

随着新技术和新功能的不断出现,汽车应用设计变得越来越具挑战性,从而推动了现今车用传感器的数量和类型不断增加。最新(也可能是最大)的两个推动力就是自动驾驶和安全系统。

车辆中使用了一系列的传感器,用来测量压力、温度、位置、速度、湿度和占用等参数,还有越来越多用于高级驾驶辅助系统(ADAS)和摄像头的传感器。下面列出了适于各种汽车应用的10种传感器(没有任何特定顺序),也许可为你下一次设计指明方向。

1. OmniVision OV9284全局快门图像传感器

OmniVision公司的OV9284 100万像素全局快门图像传感器面向车内监控市场,具有小尺寸、低功耗和出色的近红外(NIR)量子效率(QE)等特性。它符合L3级半自动驾驶汽车的新安全规定,其中驾驶员状态监测(DSM)用于跟踪驾驶员的视线。OmniVision称OV9284在驾驶员监控图像传感器产品中具有业界最佳的NIR量子效率,在940nm处可达12%。

此外,在60 fps时其功耗为90mW,据称比最接近的竞品低30%。采用OmniPixel 3-GS技术的全局快门传感器在视频速度高达120fps时可提供1280×800的分辨率,它采用5237×4463μm芯片级封装。

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图1:OmniVision的OV9284可为驾驶员状态监控应用提供小尺寸、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推出了一系列新型车用高精度MEMS运动传感器。“运动追踪”车规级IAM-20680和IAM-20680HP六轴惯性测量单元(IMU)可以帮助改善在GNSS和GPS信号微弱环境中(例如隧道、停车场和城区峡谷)车辆的绝对定位。TDK表示,当卫星信号较差或没有信号时,这些MEMS传感器可改善车辆位置、方向和速度的估算准确度,在卫星信号较强时也可以提高位置估算的质量。

IAM-20680据称是最小的六轴车规级传感器(结合了三轴陀螺仪和三轴加速度计),是业界唯一一款已用于批量生产车辆、具有16位加速度计和16位陀螺仪系列的器件。其工作温度范围为-40℃至85℃。如果需要更强大且温度范围更高的IMU,IAM-20680的高性能版本IAM-20680HP可提供-40℃至105℃的扩展工作温度范围,以及更高的陀螺仪和失调热稳定性。它在引脚、封装和寄存器方面与IAM-20680完全兼容。

此外,IAM-20680和IAM-20680HP被集成进了新的InvenSense Coursa Drive软件解决方案,这是专为自动驾驶车辆(AV)平台开发人员而设计的惯性辅助定位软件。Coursa Drive是InvenSense定位库(IPL)的高性能扩展;对于仅采用惯性的车辆定位,它可将精度提高到行驶距离的<0.2%。在GNSS/感知系统环境中维持分米车道级的车辆定位需要达到这种精度。

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图2:TDK的六轴IAM-20680HP和IAM-20680具有出色的温度稳定性,可以在极具挑战的环境中进行导航驾驶,其低灵敏度误差可以保持汽车正确转向。

3. Vishay VCNL4030X01光学传感器

Vishay公司的VCNL4030X01在一个小型的4×2.36×0.75mm表面贴装封装内,集成了用于近距离和环境光探测的光电探测器、信号调节IC、16位ADC以及大功率IRED,可为多传感器应用节省电路板空间,增强设计灵活性。这种近距离和环境光探测传感器符合AEC-Q101标准,功能丰富,适于多种应用,包括移动设备、智能家居、工业和汽车等。

Vishay称,利用其Filtron技术,该传感器可以使环境光谱灵敏度接近人眼,同时具有出色的背景光消除能力。此外,该传感器还具有可编程中断功能,可设置高阈值和低阈值,以降低总功耗。

VCNL4030X01的内置环境光电二极管具有0.004lx至4.2klx的检测能力,使该器件可在黑暗或高透明度镜头中工作。VCNL4030X01的近距离传感器使用智能消除功能来消除串扰,智能持久性方案可在检测到物体时提供快速响应时间和精度。该器件可以检测距离最远达300mm的物体。

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图3:Vishay的VCNL4030X01在一个小型表面贴装封装内集成了用于近距离和环境光探测的光电探测器、信号调节IC、16位ADC及大功率IRED。

4. 意法半导体VG5661和VG5761全局快门图像传感器

另外两个针对汽车安全系统的传感器是ST的VG5661和VG5761全局快门图像传感器,可用于驾驶员监控系统。它们捕捉从摄像机获取的场景,消除阳光或街道照明等外部影响,以增强车辆乘客监控并改善驾驶员监控系统,特别是在接近940nm的近红外照明下。这两种传感器也出现在新的功能应用中,例如评估驾驶员注意力、乘客舒适度或儿童行为等。

VG5661和VG5761分别是160万像素和230万像素的车用传感器。ST的汽车全局快门像素采用两个存储单元和3.2μm的小像素,即使在极具挑战的环境下也能提供小尺寸和高分辨率的图像,以获得更清晰的图像。两个存储区可提供双图像存储,实现高达98dB的线性高动态范围或无滞后背景消除。它还消除了主机系统进行额外处理的负担。近红外波长的高动态范围和高调制传递功能可最大限度地减少自然光源的干扰。这些传感器符合AEC-Q100第二级标准,并具备ASIL-B摄像系统所需的安全完整性,符合汽车安全标准ISO 26262。

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图4:ST的VG5661和VG5761采用标准BGA封装或裸片,可直接集成到汽车OEM系统中。

5. ams AS5200L位置传感器

ams公司的双裸片AS5200L磁旋转位置传感器带有I2C接口,符合AEC-Q100一级标准,适合要求高精度、冗余和小尺寸的高安全性汽车应用。其目标应用包括电气化动力传动线控功能,例如传统操纵杆和旋转变速器的线控换档以及踏板应用等。

AS5200L具有对杂散磁场的抗扰性,因此可在嘈杂的磁环境中提供高精度和可重复的测量。其裸片采用堆叠布置,这意味着它们可以与单个小目标磁体配对,同时从每个裸片输出相同的测量结果。每个裸片都有独立的封装引脚,防止器件的电气故障影响两个裸片。

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图5:ams车规级传感器采用MLF-16封装,专为混合动力、电池供电和传统车辆的换档位置检测而设计。

6. 德州仪器AWR1642传感器

虽然已经推出一年多了,德州仪器的汽车毫米波传感器仍然值得一提,它适合包括长距离、短距离和中距离雷达的ADAS应用。AWR1642毫米波传感器是一种车规级的高度集成超宽带传感器,还可用于检测车门和车后箱周围的空闲空间和障碍物、车舱内的占用情况,以及入侵警报和智能自动泊车等。

这一单芯片FMCW雷达传感器工作在76~81GHz频段,集成了DSP子系统,包括用于雷达信号处理的TI C674x DSP,以及用于无线配置、控制和校准的Arm R4F处理器子系统。该芯片采用0.65mm间距、161引脚、尺寸为10.4×10.4mm的倒装芯片BGA封装。与该芯片配套的软件开发套件、示例配置和其它设计资源有助于缩短开发时间。车辆乘客检测参考设计就是一个示例,提供了系统级的概述及如何使用AWR1642传感器来检测车内人员的软件示例。

7. Velodyne的VelaDome、Velarray和Vella

LiDAR传感器在ADAS和自动驾驶汽车中至关重要,但仍有一些局限性,特别是在成本和技术问题(如范围和分辨率)方面(参见《Autonomous vehicles and the truth about LiDAR sensors》)。Velodyne Lidar是一家在高级驾驶安全系统LiDAR传感器技术方面取得重大进展的公司。虽然还没有具体的产品参数,但Velodyne的最新产品仍值得一看,包括VelaDome、Velarray和Vella。

VelaDome是一种嵌入式小型激光雷达,据称是业界首款宽视场短距离传感器,用于近目标回避和盲点监测,可提供180°×180°的超宽图像,并可检测到距离接近0.1m的物体。

Vella是该公司的ADAS解决方案,基于定向视图(白天或夜晚)Velarray LiDAR传感器,有望在高速公路上实现更快的物体识别和更长的制动距离。其目标应用包括车道保持辅助、自动紧急制动(AEB)和自适应巡航控制等。

8. ACEINNA的IMU381ZA IMU

像ACEINNA公司的IMU381ZA IMU这样的集成式惯性传感模块可在单个器件中替代多个传感功能,不但可以节省空间、减少BOM数量,而且可以降低成本和开发时间。

六自由度(DOF)(带可选的三轴磁传感器)IMU381ZA可测量高达4g的加速度,提供3~5.5V供电电压,并可在较宽的温度范围内工作(从-40℃到85℃)。此外,它采用24×37×9.5mm的小尺寸封装,可提供标准和大范围两种型号,而且均提供评估套件。

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图6:ACEINNA的381ZA-200可以以小型封装替代多种传感功能。

9. Quanergy S3固态激光雷达

Quanergy公司认为固态激光雷达将有助于降低LiDAR解决方案的成本。由于没有活动部件,S3-2还可提供高可靠性,同时功耗更低。该公司将其S3固态LiDAR传感器与QORTEX对象分析软件相结合,用来分析3D点云数据,以执行对象检测、跟踪和分类等高安全性功能。人工智能软件能够根据由一个或多个LiDAR传感器收集的数据进行物体检测。

10. Vayyar 3D图像传感器

Vayyar Imaging公司的3D图像传感器可以提供360°感应,以清楚了解车辆内部和外部发生的情况。该公司的毫米波3D成像系统级芯片(SoC)集成了72个发射器和72个接收器,以及具有高分辨率和高精度的高级DSP。该SoC涵盖从3GHz至81GHz的成像和雷达频段,不需要外部CPU来实现复杂的成像算法。此外,它可以在任何天气或光照条件下工作,特别适合汽车应用。

对于汽车内部和外部的360°感应,该传感器可以检测和监控存在、位置、姿势、距离、生命体征和障碍物,它每秒可检测超过150k个兴趣点。

(原文发表于ASPENCORE旗下EDN姐妹媒体Electronic Products,参考链接:10 hot sensors for automotive,本文同步发表于EDN杂志4月刊)
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