【導讀】根據中國國家應急管理部門統計
，2022年第一季度

，智能汽車發生自燃的事故一共發生了640起，平均1天有7輛電動車發生自燃。電動車起火的原因主要是以下幾點：電池過熱、電池老化、電池遭受碰撞
、高負荷運行等等。其中，電池的高負荷運行是最嚴重的原因之一。

ADAS高功耗、低效率所帶來的能源危機

新能源車發熱和能耗問題

根據中國國家應急管理部門統計，2022年第一季度
，智能汽車發生自燃的事故一共發生了640起，平均1天有7輛電動車發生自燃。電動車起火的原因主要是以下幾點：電池過熱、電池老化、電池遭受碰撞
、高負荷運行等等。其中，電池的高負荷運行是最嚴重的原因之一。

視覺算法算力的高功耗和低效率

隨著特斯拉通過視覺算法來實現自動駕駛。各大Tier 1大廠紛紛進入算力的軍備競賽
，算力不斷加大，較大的算力需要消耗較高的功耗。

圖1 視覺算法引發功率消耗問題

ADAS的多傳感器融合策略

shijishangzidongjiashilingyu，bianhuadequyuzhanzhenggetuxiangdehenxiaoyibufen，dabufenshijiaoshujushiwuyongshuju。chuantongdeshijiaochulihuafeiledaliangjinglilaichulizhexiewuyongdebeijing，zhelangfeiledaliangdesuanliheshijian。caiyongshijianchulixitong
，tongguoshijianxitongchufapanduanfangshi
，keyitigao100-1000倍的處理速度
，減少運算量。

圖2 多傳感器融合技術策略

事件相機無法提供深度信息，目前依靠相機的計算方式還屬於簡單的蠻力計算。采用事件相機結合激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達等方式就可以實現完美的3D感知。同時
，也可以避免依靠海量數據和海量算力造成的資源浪費。

ADAS域架構多傳感器融合技術

多傳感器同步問題

圖像事件係統能解決視覺識別的大部分算法，但是，它也存在一些局限性。除了傳統的圖像算法，激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達也越來越多地被用於ADAS。隨著ADAS的智能化要求的不斷提高，自動駕駛係統需要采用多個不同類型的傳感器協同處理的方式實現。

圖3 多傳感器融合麵臨時間延遲的挑戰

各ge傳chuan感gan器qi采cai集ji數shu據ju，然ran後hou通tong過guo總zong線xian發fa送song給gei域yu控kong製zhi器qi，存cun在zai一yi定ding程cheng度du的de延yan時shi，並bing且qie，各ge傳chuan感gan器qi延yan時shi的de時shi長chang不bu固gu定ding。為wei了le提ti高gao自zi動dong駕jia駛shi的de傳chuan感gan器qi之zhi間jian的de深shen度du融rong合he
、決策規劃和融合定位等性能，自動駕駛高級域控製器與其關聯的傳感器均需要做時間同步。

常用的時間同步主要包括：GPS同步
、SyncE、NTP和PTP（IEEE 1588）時間同步。對於ADAS來說，主要采用的是時間敏感網絡TSN（Time Sensitive Network）技術。

圖4 時間敏網絡技術TSN原理

TSN最初來源於音視頻領域Ethernet AVB的應用需求，用於解決音視頻網絡的高帶寬、高實時性、和高傳輸質量的需求。TSN的核心原理是基於時間流量調度和管理，通過TSN網絡中的時間感知整形器TAS（Time Aware Shaper）的調度來實現的。

圖5 采用鎖相環技術實現時鍾頻率相位鎖定

TSN可ke以yi比bi較jiao精jing確que的de計ji算suan出chu傳chuan輸shu線xian的de時shi延yan問wen題ti。但dan是shi，如ru果guo主zhu從cong設she備bei采cai用yong自zi己ji獨du立li的de時shi鍾zhong，還hai會hui存cun在zai頻pin偏pian問wen題ti，這zhe就jiu需xu要yao采cai用yong精jing度du非fei常chang高gao的de晶jing振zhen來lai實shi現xian傳chuan輸shu功gong能neng。基ji於yu成cheng本ben等deng綜zong合he考kao慮lv
，通tong常chang采cai用yongOCXO/VCXO+PLL的方式實現從設備時鍾的頻率鎖定，與主時鍾實現頻率同步。

在ADAS應用中

，采用TSN結合OCXO+鎖相環的方式，就可以實現各傳感單元和GPU/FPGA的時間同步
，消除累計誤差，實現時鍾源的統一和多傳感器完全融合。

傳感器高速數據交換問題

圖(tu)像(xiang)事(shi)件(jian)係(xi)統(tong)含(han)有(you)海(hai)量(liang)數(shu)據(ju)
，要(yao)滿(man)足(zu)多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)深(shen)度(du)融(rong)合(he)


，這(zhe)些(xie)數(shu)據(ju)就(jiu)必(bi)須(xu)要(yao)在(zai)極(ji)短(duan)時(shi)間(jian)完(wan)成(cheng)信(xin)息(xi)交(jiao)換(huan)。受(shou)流(liu)線(xian)型(xing)處(chu)理(li)器(qi)啟(qi)發(fa)，人(ren)們(men)一(yi)直(zhi)采(cai)用(yong)獨(du)立(li)於(yu)處(chu)理(li)器(qi)的(de)32位或64位局部總線。該總線最高工作頻率為33MHz/66MHz，峰值速度達533MB/s。這種總線被稱為外設互聯標準總線（PCI總線）。

圖6 PCI總線架構框圖

後來
，在PCI總線的基礎上，又衍生出PCI-X總線協議，其工作頻率提高到133MHz，峰值帶寬達到1064MB/s。再後來，又發展到PCI-X 2.0。

PCI總線在發展到PCI-X 2.0之zhi後hou，傳chuan輸shu速su率lv很hen難nan做zuo進jin一yi步bu的de提ti升sheng。這zhe是shi因yin為wei
，時shi鍾zhong和he數shu據ju信xin號hao之zhi間jian的de傳chuan輸shu線xian寄ji生sheng電dian感gan形xing成cheng串chuan擾rao
，嚴yan重zhong影ying響xiang數shu據ju信xin號hao的de波bo形xing
，很hen容rong易yi對dui采cai樣yang信xin號hao形xing成cheng誤wu判pan，影ying響xiang通tong信xin效xiao率lv。

圖7 高速數字信號引發的碼間幹擾

數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)在(zai)高(gao)速(su)傳(chuan)輸(shu)的(de)時(shi)候(hou)，很(hen)容(rong)易(yi)產(chan)生(sheng)天(tian)線(xian)效(xiao)應(ying)，向(xiang)周(zhou)圍(wei)輻(fu)射(she)，產(chan)生(sheng)電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)，形(xing)成(cheng)碼(ma)間(jian)幹(gan)擾(rao)。碼(ma)間(jian)幹(gan)擾(rao)，包(bao)括(kuo)感(gan)染(ran)源(yuan)信(xin)號(hao)和(he)被(bei)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)。這(zhe)導(dao)致(zhi)傳(chuan)輸(shu)信(xin)號(hao)判(pan)決(jue)門(men)檻(kan)的(de)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)。為(wei)了(le)提(ti)高(gao)抗(kang)碼(ma)間(jian)幹(gan)擾(rao)問(wen)題(ti)，有(you)人(ren)提(ti)出(chu)采(cai)用(yong)差(cha)分(fen)傳(chuan)輸(shu)模(mo)型(xing)。

圖8 差分信號消除碼間幹擾

這種差分信號傳輸方法，後來經過一係列演變和改進

，發展成後來的USB和PCIe傳輸總線
，PCIe總線經過迭代
，現在已經演進到現在都PCIe5.0
，根據最新消息
，PCIe剛剛已經發布PCIe6.0和PCIe7.0規範。

圖9 PCIe總線技術提升傳輸速率

不同技術算力的功耗對比

基於SRAM工藝的動態功耗

目前，市麵上大部分視覺算法處理係統都是基於GPU和FPGA實現的，這些處理器大部分都是基於靜態隨機存儲器工藝為核心單元。

圖10 SRAM單元內部架構

SRAM單元用六隻N溝道CMOS管組成，其中四個CMOS管組成基本RS觸發器
，用於記憶二進製代碼

，另外兩個做門控開關
，控製觸發器和位線。

圖11 SRAM架構動態功耗

由於SRAM的上管和下管都是工作在深度飽和狀態。所以，CMOS反相器從一種穩定工作狀態轉變到另一種穩定工作狀態時
，會出現上下管同時導通的情況。此時，CMOS的內阻非常小，此時對應的電流會非常大
，所以，產生的動態功耗非常大。

基於Flash工藝的動態功耗

除了基於CMOS的SRAM處理器之外，Excelpoint世健的工程師Wolfe Yu介紹了Microchip推出的一種基於疊柵MOS的Flash架構FPGA處理器。

圖12 Flash架構FPGA與SRAM架構FPGA的差別

Flash架構的FPGA最大的一個特點，工作點是靜態的，動態切換也不會出現大的電流波動，可以節約高達50%的功率損耗。Wolfe表示Microchip最新PolarFire與同類器件28nm產品相比，其算力能做到其他器件2.6 倍GOPS/W。

Microchip基於ADAS技術一攬子解決方案

在政策、互聯網跨界競爭
、消費者內在需求等因素驅動下，ADAS滲透率將快速提升。也有一些低端車型，也開始搭載部分ADAS功能
，提升賣點。

Microchip基於時間敏感網絡解決方案

Microchip推出LAN937X係列TSN交換器件。作為業界符合IEEE 802.1AS標準的功能的交換解決方案，可實現更低延遲的數據流量和更高的時鍾精度。下一步

，Microchip還會推出集成1000 BASE TI PHY的LAN969X係列產品。

TSNkeyishixianwangluochuanshuyanchi，danshi，youyushizhongjingticunzaipinpianchayi
，kenengyinfabutongjiedianzhijiandepinlvwucha，weilejiejuepinpianwenti，renmentongchanghuizaijiedianzhong，caiyongPLL鎖相環和VCXO來鎖定時鍾頻率。同時

，為了更進一步同步GPS的1PPS時鍾，還需要同步1PPS時鍾。Microchip的ZL307XX係列集成5個PLL ，支持1PPS，SYNCE。滿足大部分以太網時間同步要求。目前，Microchip已經和部分車企展開合作，開始評估Microchip的時鍾解決方案。

圖13 Microchip TSN解決方案

LAN93XX搭配1000BASE-T1 PHY LAN887X，配合同步數字鎖相環 ZL307XX的精確計時的IEEE 1588v2和IEEE 802.1AS-2020
、用於多傳感器時間同步，符合IEEE P802.1Qci、IEEE P802.1Qav等，可以滿足ADAS實時聯網的需求。針對低端市場，Microchip的LAN937X配合100BASE-T1 LAN8770
，也可以滿足客戶需求。

Microchip首款車用PCIe交換機介紹

2022年2月，Microchip宣布推出市場上首款汽車級認證的PCIe交換機PM430XX/PM440XX。新發布的PFX、PSX和PAX交換機解決方案為ADAS提供了尖端的計算互連能力
，第4代PCIe交換機提供高速互連，支持ADAS架構中的分布式實時安全關鍵數據處理。

圖14 Microchip PCIe SWITCH解決方案

Microchip基於FLASH工藝的低功耗FPGA介紹

因為Microchip所采用Flash工藝這一獨特的工藝製程，其功耗最多隻有相同製式的FPGA的50%。

在ADAS機器視覺算法應用中，采用Microchip的FPGA做攝像頭前端采樣
、預處理，圖像拚接等應用中，有著很好的表現。

Microchip帶功能安全的PolarFire FPGA係列內置安全加密認證
、可以保護設計、數據
、網絡不受攻擊
，Flash自帶SEU免疫性能的FPGA
，是數據中心、工業、汽車和航空航天應用的理想之選。

圖15 Microchip基於Flash工藝FPGA與友商的功耗比較

除此之外
，Microchip集成功能安全的MCU、DCDC、USB HUB、AES加密芯片，以及諸如CAN、LIN總線等，也是ADAS和汽車行業應用的主流方案。針對Microchip基於ADAS技術一攬子解決方案，Excelpoint世健都提供相應的技術支持和指導，降低視覺算法算力的功耗，提高效率，助力自動駕駛技術發展。

（作者：世健）

推薦閱讀：

橋感應加熱主電路拓撲結構及控製原理

單片機端口輸入輸出阻抗

IGBT柵極驅動設計，關鍵元件該怎麼選？

邊緣傳感器分析的創新

麵向移動機器人的無線充電技術實現工業4.0