C2B: un nuevo enlace de cámara de automóvil para aplicaciones automotrices

A medida que avanzamos hacia el uso generalizado de vehículos autónomos, la necesidad de más y más sensores automotrices se vuelve cada vez más evidente. Las cámaras son uno de los sensores clave necesarios para ayudar a la evolución del vehículo autónomo. El número de cámaras en los automóviles está aumentando rápidamente y continúan surgiendo nuevas aplicaciones. Además de esto, la tasa de aceptación de las aplicaciones de cámara continúa aumentando con las aplicaciones basadas en cámaras que pasan de la reserva de vehículos premium de menor volumen al mercado de vehículos estándar de mayor volumen. La figura 1 muestra el mercado de cámaras para automóviles en rápido crecimiento.

Se espera que esta tendencia de crecimiento continúe más allá de 2025 y que los vehículos que soportan hasta 20 cámaras se hagan realidad en un futuro no muy lejano.

Junto con el aumento de la cantidad de cámaras, la necesidad de resoluciones de cámara más altas continúa a un ritmo acelerado. Este aumento de resolución se debe a dos factores principales. El primer factor es la necesidad de admitir más funciones ADAS, ya que estas funciones requieren una resolución más alta para lograr una funcionalidad mayor y más precisa. El segundo factor es la necesidad de mostrar imágenes de mayor calidad, ya que los consumidores exigen ahora una excelente calidad visual comparable a las pantallas de alta resolución de sus teléfonos inteligentes.

El problema aquí es que la vida útil de un teléfono inteligente es significativamente más corta que la de un automóvil y, por lo tanto, los fabricantes de automóviles deben asegurarse de implementar la última tecnología de visualización al comienzo de la producción para que sus sistemas de visualización sigan siendo relevantes durante el mayor tiempo posible. .

Los fabricantes de equipos originales (OEM) continúan aumentando el tamaño y la resolución de las pantallas que utilizan. Como resultado, cuando se muestra una imagen de cámara en estas pantallas más grandes y de mayor resolución, se requieren cámaras de mayor resolución porque el uso de cámaras de definición estándar (SD) existentes da como resultado una experiencia de usuario muy deficiente. Una cámara de baja resolución da como resultado una mala calidad de video. Además, muchos artefactos visuales no deseados, como el rastreo de puntos y la fuga de color, son claramente visibles en estas pantallas; por lo tanto, el uso de cámaras SD para controlar estas pantallas ya no es aceptable. Para brindar una mejor experiencia al cliente, se requieren cámaras de alta definición (HD).

La adición de estas cámaras tiene un costo. Este costo no solo se limita al aumento de los costos de procesamiento de imágenes y sensores, sino también a la transferencia de los datos de video desde la cámara a las unidades de procesamiento a través del cableado de cobre incorporado en el arnés del vehículo. El cableado de cobre adicional para el enlace de la cámara del automóvil puede no parecer un gran problema, pero dado que el arnés del vehículo es el tercer componente más costoso en un automóvil (detrás del motor y el chasis), la selección del cableado y el conector es de vital importancia para los fabricantes de equipos originales de automóviles. Los arneses se construyen uno a la vez y consumen hasta el 50% del costo de mano de obra para todo el automóvil. El mazo de cables es también el tercer componente más pesado¹ en el coche (detrás del chasis y del motor). Insertar estos arneses de cables en el vehículo resulta cada vez más problemático en las líneas de producción de vehículos, y cualquier paso de fabricación adicional aumenta aún más los costos. Se debe evitar agregar peso adicional al vehículo a medida que avanzamos hacia un mayor uso de vehículos eléctricos, donde cualquier peso adicional afecta directamente el alcance del vehículo. Con la introducción continua de muchos sensores nuevos y con pronósticos que muestran hasta 22 mil millones de sensores automotrices en 2020, este problema solo empeora. Cualquier tecnología que pueda reducir el peso y el costo del arnés de cables es bienvenida y ofrece un atractivo significativo para los OEM automotrices.

Para solucionar este problema, Analog Devices, Inc. (ADI) ha desarrollado una nueva tecnología de enlace de cámara para automóvil llamada Car Camera Bus (C²B^™), una de las únicas tecnologías optimizadas únicamente para el enlace de la cámara del automóvil y que soluciona los problemas descritos anteriormente. C²B abarca tres criterios principales que definen la solución:

• Ofreciendo la ruta de actualización más fácil a HD mediante la reutilización de la infraestructura de conector y cable de par trenzado sin blindaje (UTP) SD existente.
• Soporte de video de alta definición con excelente calidad visual utilizando esta infraestructura.
• Cumplir con todos los requisitos de EMI/EMC de automoción utilizando esta infraestructura.

Las cámaras son uno de los sensores de mayor ancho de banda de datos en el automóvil. Con el paso a estas cámaras de mayor resolución, los anchos de banda siguen aumentando. Las soluciones de enlace de cámara de automóvil SD existentes utilizan infraestructuras con capacidad de ancho de banda más bajo, como cables de par trenzado sin blindaje y conectores sin blindaje. Esto es posible porque los requisitos de ancho de banda para las cámaras SD son más bajos que los de HD y también los estándares de transmisión SD, como NTSC, utilizan un esquema de transmisión multinivel para reducir aún más los anchos de banda que los cables y conectores deben admitir. Soluciones como SERDES (también conocido como LVDS) obligan a cambiar a cables y conectores como coaxiales o par trenzado blindado (STP) que son capaces de soportar anchos de banda mucho más altos que UTP. Esto se debe a que las soluciones actuales de SERDES utilizan señalización sin retorno a cero (NRZ) y no utilizan señalización multinivel y, por lo tanto, tienen requisitos de ancho de banda de cable y conector mucho más altos. Estos cables y conectores de mayor rendimiento y gran ancho de banda aumentan el costo y el peso del arnés de cables.

C²B permite enviar video de resolución HD a través de esta infraestructura de conector y cable SD UTP existente. Para lograr esto, C.²B utiliza señalización multinivel para reducir los requisitos de ancho de banda para la transferencia de video de alta definición. C²Por lo tanto, B proporciona la ruta de actualización más fácil de cámaras SD a cámaras HD sin la necesidad de cambiar la infraestructura de cables y conectores existente: una solución valiosa, rentable e ingeniosa para los OEM.

Otra ventaja de reutilizar el cableado de par trenzado sin blindaje es que permite una conexión a los pines libres de los conectores de bloque multipropósito ya disponibles en las unidades principales y las unidades de control electrónico (ECU) de la cámara. Esto evita tener que usar los conectores individuales dedicados que requieren las tecnologías SERDES, y que agregan costos a la solución del sistema mientras ocupan un espacio valioso en la unidad principal y los módulos de la ECU de la cámara que ya tienen limitaciones de espacio.

La C²Se eligió el formato de transmisión B para proporcionar la máxima robustez para este caso de uso automotriz. El esquema de señalización proporciona una reducción de 10 veces en los requisitos de ancho de banda del cable en comparación con otras soluciones. La reutilización de la infraestructura existente facilita enormemente la actualización a cámaras HD sin necesidad de calificar una nueva infraestructura, ya que la existente ya ha sido probada en el campo durante muchos años. Además, debido al esquema de transmisión optimizado utilizado por el C²B, admite longitudes de cable más largas (hasta 30 m), lo que permite a los OEM tener rienda suelta en el diseño de su infraestructura y elimina las limitaciones impuestas por otras tecnologías.

La selección del formato de datos para C²Se eligió la transmisión B para brindar una excelente calidad de video y un rendimiento superior de EMI/EMC sobre la infraestructura de cable y conector existente. La calidad de video HD se mantiene en la infraestructura con capacidad de ancho de banda más bajo, con especial énfasis en mantener todos los detalles de calidad visual de alta frecuencia y brindar una experiencia de video verdaderamente excelente. La calidad de video superior ha sido verificada mediante importantes pruebas de calidad de video realizadas con el último estándar.

Si bien la señalización multinivel ofrece la oportunidad de admitir cámaras de alta resolución a través de cables y conectores de bajo costo, no está exenta de desafíos. Dado que la infraestructura no tiene blindaje para ofrecer protección contra los agresores o proporcionar atenuación de las emisiones, el diseño del transceptor es fundamental para garantizar un perfil de bajas emisiones y un alto rendimiento de inmunidad para cumplir con los estrictos requisitos EMI/EMC automotrices. C²B, que se define y diseña para la industria automotriz, abordó este requisito desde el principio y ha demostrado ser increíblemente sólido para cumplir con todos los requisitos EMI/EMC automotrices.

C²B admite muchas otras características, incluida la comunicación de control de banda lateral a través del mismo cable de par trenzado sin blindaje, que a su vez permite la configuración remota del módulo de la cámara para simplificar aún más el diseño de la cámara. C²B también proporciona detección de fotogramas congelados, que es un requisito clave para muchos OEM.

C²Los productos B, incluidos ADV7990, ADV7991, ADV7380 y ADV7381, ya están en producción.

C²B proporciona una solución optimizada para facilitar la actualización de cámaras NTSC a HD sobre la infraestructura existente al mismo tiempo que proporciona una excelente calidad de video y un sólido rendimiento de EMI/EMC. Esta nueva y emocionante tecnología ofrece muchas ventajas y permite una solución de sistema óptima para aliviar el problema cada vez mayor de conectar varias cámaras dentro de un automóvil.

Referencias

¹ “Ethernet automotriz: una descripción general.” Ixia, mayo de 2014.