意法半导体最新推出全局快门图像传感器助力安全驾驶

随着新基建战略的持续落地，人工智能和汽车行业的飞速发展，无人驾驶技术已步入快车道。然而在实现真正自动驾驶之前，将经历一个高级辅助驾驶（ADAS）时代。

高级驾驶员辅助系统（ADAS）帮助驾驶员完全避免碰撞，大幅减少道路交通事故和相关伤亡。这些系统的反应速度比人类更快，能够始终保持警惕，已广泛应用和部署到各种汽车领域，涵盖了从高级到经济型汽车等各个领域。

高级驾驶辅助系统的应用场景包括：✦ 车载摄像头✦ 车载雷达

车载摄像头

车载摄像头可提供最高质量的视频和HDR图像，增强内部和外部场景可视性， 提高对周围环境的全方位感知，其应用市场预计在未来几年将实现两位数的稳健增长。

DMS 驾驶员监控系统

驾驶员监控系统DMS持续监测驾驶员的头部运动，识别困倦和分心迹象，使汽车系统能够生成警告提示，保护乘员的安全。据交通管理局估计，大约95%的道路交通事故是人为错误造成的，其中许多可以使用DMS等系统避免。2020年欧洲交通事故死亡人数接近19，000人，最近颁布的法规要求欧洲所有新车平台和现有车型平台分别在2024年和2026年安装驾驶员监控系统DMS。美国交通死亡人数是欧洲的两倍，美国国家运输安全委员会 （NTSB） 建议所有的半自动驾驶车辆安装DMS系统。

意法半导体最新推出的全局快门图像传感器，让驾驶员监控安全系统经济又可靠。新全局快门传感器VB56G4A充分利用意法半导体自有的背照式3D堆叠（BSI-3D） 图像传感器先进制造技术。与第一代DMS常用的传统前照式（FSI）传感器相比，背照式解决方案的感光更灵敏，尺寸更小，可靠性更高。

“司机可能没有意识到疲劳或分心驾驶是不安全的，DMS自动检测驾驶行为，可消除安全不确定因素，保护所有乘员以及其他道路行人的安全。我们最新的全局快门传感器拥有很好的灵敏度且体积小巧，简化了 DMS系统硬件设计，降低了系统总体成本，让客户和合作伙伴能够提供高性能、可靠的符合法规的DMS系统。”

意法半导体目前正在向主要客户提供新款传感器的样片，计划于2023年初投入量产，并部署在2024年的车型上。

VB56G4A技术细节

与卷帘快门图像传感器相比，全局快门传感器具有很大优势。通过将所有像素同时曝光成像，全局快门传感器可以与NIR红外光源同步操作，从而改善光源子系统的功耗预算。此外，新款传感器的量子效率（QE）很高，在940nm近红外波长达到27%，线性动态范围高达60dB，因此可以用一个简单的低功率的不可见光LED发射管为传感器提供充足的光源。在白天或夜间驾驶以及在明亮或阴暗条件下，可见光谱之外成像还可以确保图像传感器的光谱响应一致性。

该传感器的高量子效率结合仅2.6µm的像素尺寸，有助于降低总功耗和摄像头尺寸。此外，集成的自动曝光控制功能可以最大限度地减少系统与传感器的交互，降低传感器的使用难度，简化应用软件设计。

新传感器还具有灵活的工作模式，有助于优化系统功能和性能，其中包括可编程4帧上下文序列、与传感器积分时间同步的照明控制输出、外部帧开始信号输入、暗度自动校准、缺陷像素动态修正、图像裁剪和镜像/翻转图像读出。

外部连接包括八个可编程通用输入输出（GPIO） 引脚和一个双通道MIPI CSI-2发射器接口，每通道运行速度高达1.5 Gbps。新款传感器全分辨率最高传输速率是每秒88 帧（fps），并且在60 fps时的典型功耗为145mW。

DMS+OMS（驾驶员监控系统+乘客监控系统）

乘客监控系统（OMS，Occupancy Monitoring System）是DMS系统的延伸，可以通过监测座舱内乘客的感知数据来进一步提升汽车的安全性能。安全带警示功能是最传统的OMS功能之一。OMS还可以帮助判断车内乘客是否已经安全坐好，是否有儿童或宠物单独遗留，乘客是否系安全带等。

VB1940、VD1940是具有卷帘快门和全局快门模式的5.1 MP汽车级图像传感器，可实现NIR和RGB的全图像分辨率和性能。在卷帘快门模式下，VB1940、VD1940通过MIPI CSI-2接口，将短曝光和长曝光结合起来，产生单个HDR彩色帧输出。此外，用户还可以激活将RGB NIR模式转换为RGGB格式的功能。RGGB格式与任何标准汽车ECU（电子控制单元）都兼容。

在全局快门模式下，RGB像素将NIR图像放大到全分辨率。通过独立显示NIR和RGB像素，可实现NIR信息的创新应用。

该传感器在2560 x 1984分辨率格式下每秒捕获图像高达60帧。该器件可通过 I²C 串行接口进行完全配置，还通过可编程上下文进行灵活的帧到帧配置更改。在多达32个要素的通用循环中最多可以对四个上下文进行排序。

该传感器设计为SEOOC（独立于环境的安全要素），兼容ISO26262标准和ASIL-B安全等级，还配备有全套的网络安全功能。

主要特性

✦ 汽车兼容性

工作结温：-40°C 至 125°C

符合 ISO26262 标准，支持 ASIL B 系统集成

网络安全功能

✦ 混合 5.1 MP 全局和卷帘快门功能

3D 堆叠传感器 40 nm/65 nm

5.1 MP 传感器 （2560 x 1984）

2.25 µm x 2.25 µm BSI（背照式）像素

RGB/NIR 像素技术，具有 RGB NIR 4x4 模式

图像阵列尺寸：5.8 毫米 x 4.5 毫米

光学格式 1/2.5 英寸

裸片或 OBGA 封装

✦ 创新特性

双曝光控制（RGB 和 IR）

片上拜耳化 ISP（图像信号处理器）

片上彩色 HDR（高动态范围）融合

片上 NIR 智能放大

4 个可编程上下文，以通用顺序排列，最多包含 32 个要素

✦ 接口

四通道发射器 MIPI CSI-2，每通道高达 1.5 Gbps（MIPI CSI-2 版权所有 2005-2010 MIPI Alliance， inc. 摄像头串行接口 2 （CSI-2） 版本 1.0 的标准）

6 个可编程 GPIO（通用输入/输出）控制 LED（发光二极管）

□ 输出与传感器集成周期同步□ PWM（脉宽调制）控制

快速模式加 I²C 控制接口

✦ 独有的图像性能

峰值量子效率 25% @ 940 nm

在卷帘快门模式下高达 100 dB 的 HDR 线性动态范围

在全分辨率下每秒高达 60 帧

超低噪音

车载雷达

车载雷达是高级驾驶辅助系统（ADAS）的重要组成部分。短程和远程雷达传感器实时监测车辆周边环境，为ADAS系统提供关键数据，以提高驾驶员的安全性和舒适性。从短程（SRR）到远程（LRR）应用，车载雷达提供高通用性和高精度，是L0/L3辅助驾驶系统和L4/L5自动驾驶系统不可或缺的组成部分。

ST提供基于24 GHz的雷达解决方案，专为满足汽车安全完整性等级（ASIL）严格要求而设计，包含全面的汽车雷达收发器和电源管理IC产品组合。此外，ST还提供大量汽车保护产品。

24 GHz 雷达

ST的24GHz雷达方案是ST汽车电子部门和第三方为应对ADAS的市场需求，合作开发的后向角雷达方案。

该方案是基于ST的雷达收发芯片STRADA431和ST单片机开发的高性能角雷达方案：探测距离高达100米，测距精度：± 0.6米；输出功率（EIRP）：20dBm；水平方向波束宽度： ± 40度，垂直方向波束宽度：12度，测角精度： ± 0.5度；速度测量范围：± 50米/秒，测速精度：± 0.5米/秒; 数据更新率：20Hz/秒；输出模式：CAN + LED驱动（最大5V/50mA的驱动电流）。主要应用包括：

盲区检测（BSD）；

并道辅助（LCA）；

开门预警（DOW）；

倒车预警（RCTA）。

方案系统框图如下：

▲方案系统框图

该方案评估板：

▲评估板

该方案的特点及优势：

方案自适应识别左、右安装位置，无需区分左、右雷达

自动获取车速，不再需要使用OBD控制器获取车速

来车，跟车，超车均可准确跟踪

环境适应性，无惧暴晒霜冻，-40°C~+85°C稳定可靠工作

IP67标准，防水密闭结构，无惧水尘

小型化设计，外形尺寸仅为94.3mm53.2mm22.8mm，适用于所有车型

STRADA431芯片的特点及优势：

最大支持1发3收天线

最大发射功率为13dBm

内部集成低相噪VCO

支持分频输出750MHz、1.5MHz、23kHz

内部集成IF可调增益放大器（最大增益60dB）

内部集成IF可调BPF

满足AEC-Q100

ST SPC58系列车规级 MCU 可应用于方案中，作为雷达信号处理器。

基于上述方案，ST通过合作方提供下列支持，便于客户快速入门和开发：

评估演示板

深度合作的情况下可以提供参考源代码和设计文档　　

      审核编辑：彭静