CN111031225A - 基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置及系统 - Google Patents

基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，其无需使用专用器件，降低设备成本，实现电源和图像数据的共线传输，兼容性好，摄像头装置包括电连接的摄像头和第一以太网芯片，控制器包括ECU和第二以太网芯片，第二以太网芯片能够接收来自摄像头装置的图像数据并发送给ECU，ECU还通过数据线供电模块给摄像头装置进行供电；数据线供电模块包括以太网信号线和共模电感，以太网信号线连接隔离电感后分别连接摄像头的电源端口和ECU的供电端口，以太网信号线连接隔直电容后分别连接第一以太网芯片的以太网接口以及第二以太网芯片的以太网接口，此外还提供了ADAS系统、360度全景环视系统、倒车影像系统。

Description

基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置及系统
技术领域
本发明涉及全景摄像头技术领域，具体涉及一种基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置及系统。
背景技术
汽车行业内目前普遍使用的高清摄像头(分辨率为1280*720P)，大多基于LVDS信号进行视频传输，其工作原理如下：
如图1所示，Sensor采集原始图像数据后，送入ISP进行图像处理，处理完成的28bits并行数据送入LVDS串行器IC，编为32bits串行数据，经过特征阻抗为50Ω的同轴线传输到控制器端，采用LVDS串行器IC，将串行数据解为28bits并行数据送入SOC进行处理，其缺点在于：
1.需要专用的接插件，业内以Fakra连接器为主，缺点如下：
a)目前单品价格较高，且可选厂家较少，来源主要以几家国外公司为主；
b)连接器需要满足特定的技术指标，例如特征阻抗为50Ω，信号频率范围(DC to6GHz)，回波损耗(≥26dB,DC to 1GHz)，插入损耗(≤0.1x√F(GHz)dB)，拉拔力，工作温度范围等，且相关技术被外企掌握，仍处于保护阶段；
2.需要匹配专用的线束，缺点如下：
a)线束单品价格较高，一般以1m为单位报价，实际装车使用长度在25m左右，造成车辆制造成本上升。
b)线束需要满足特定的技术指标，且目前可选厂家较少，以几家国外公司为主；同时线束也要满足上述信号频率，回波损耗，插入损耗，工作温度范围等技术指标；
3.受限于Fakra连接器外形尺寸，摄像头体积较大。参照业内车辆摄像头安装位置一般在左右后视镜中，较大体积的摄像头会极大占用后视镜内部空间，同时影响其它功能部件的正常安装；
4.目前业内适配LVDS摄像头的串行器，解串器芯片以国外公司为主，主要缺点如下：
a)芯片价格较高，且技术成熟的只有一些国外公司。
b)厂家的技术互不相同，造成不能兼容的情况，也即只能同品牌的串行器IC匹配解串器IC，不同品牌的不能使用，芯片捆绑使用，对产品造成诸多使用上的不便利性。
c)品牌之间的芯片对线束插入损耗、回波损耗指标的要求也不同。
5.目前业内以720p/100万像素分辨率摄像头为主，随着技术发展和产品更新，会逐渐发展到1080p/200万像素。画质的提升对LVDS连接器、线束和LVDS芯片的在电气性能指标，可靠性指标上要求更高。因为LVDS技术属于无损传输，并不对图像进行压缩，目前100万像素摄像头使用的LVDS IC数据传输速率为1.6Gbps，无法满足后期200万像素的无损传输要求。同时制造成本也会逐步上升。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，其无需使用各种成本高昂的专用器件，降低了设备成本，可以实现电源和图像数据的共线传输，兼容性好，此外本发明还提供了采用该基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置的ADAS系统、360度全景环视系统、倒车影像系统。
其技术方案是这样的：一种基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，包括摄像头装置和控制器，其特征在于：
所述摄像头装置和所述控制器之间通过数据线供电模块构成电连接和数据通讯；
所述摄像头装置包括电连接的摄像头和第一以太网芯片，所述摄像头采集到的图像数据由所述第一以太网芯片经所述数据线供电模块发送给所述控制器；
所述控制器包括ECU和第二以太网芯片，所述第二以太网芯片能够接收来自所述摄像头装置的图像数据并发送给所述ECU，所述ECU还通过所述数据线供电模块给所述摄像头装置进行供电；
所述数据线供电模块包括以太网信号线和设置在所述太网信号线上的共模电感，所述以太网信号线连接隔离电感后分别连接所述摄像头的电源端口和所述ECU的供电端口，所述以太网信号线连接隔直电容后分别连接所述第一以太网芯片的以太网接口以及第二以太网芯片的以太网接口。
进一步的，所述摄像头包括镜头、传感器、图像信号处理器，所述镜头进行成像，所述传感器采集图像数据并将图像数据发送给所述图像信号处理器进行处理，所述图像信号处理器与所述第一以太网芯片相连接，所述图像信号处理器将处理后的图像数据发送给所述第一以太网芯片发送。
进一步的，所述以太网信号线采用UTP电缆，所述摄像头装置采用2Pin连接器连接所述以太网信号线。
进一步的，所述图像信号处理器与所述第一以太网芯片之间通过以太网MII接口相连接。
进一步的，所述数据线供电模块包括连接到第一以太网芯片的以太网接口的TRD_P+端口和TRD_N-端口，TRD_P+端口连接电容C38后接地且在连接电容C39后连接到共模电感L13的4端口，TRD_N-端口连接电容C41后接地且在连接电容C40后连接到共模电感L13的1端口，共模电感L13的3端口连接电阻R18、电容C37后接地且连接到共模电感L16的4端口，共模电感L16的4端口还在连接电阻R475、电容C567后接地，共模电感L13的2端口连接电阻R19、电容C42后接地且连接到共模电感L16的3端口，共模电感L16的3端口还在连接电阻R490、电容C573后接地，共模电感L16的1端口连接电容C569后连接到TDP_P0端口且还在连接电容C568后接地，共模电感L16的2端口连接电容C571后连接到TDN_P0端口且还在连接电容C572后接地，TDP_P0端口和TDN_P0端口分别连接到第二以太网芯片的以太网接口；
供电电源VCC_FV由控制器的供电端口提供，供电电源VCC_FV连接保险丝FL114、电感L14连接到共模电感L16的1端口，供电电源VCC_FV连接电阻R608、电感L15连接到共模电感L16的2端口，电阻R608与保险丝FL114之间还连接有并联的电容C566、C565、C564、C563并接地，共模电感L16的1、2端口分别连接保护二极管D98的2、1端口，保护二极管D98的3端口接地，共模电感L13的3端口经并联的电感L13和电感L18后连接磁珠FL48、电容C29输出电源Supply_12V0，磁珠FL48与电容C29之间接地，共模电感L13的2端口经并联的电感L10和电感L15后连接磁珠FL8、二极管D4输出电源Supply_12V0。
进一步的，所述第一以太网芯片采用Broadcom公司的PHY芯片BCM89811，所述第二以太网芯片采用Broadcom公司的网关芯片BCM89541，BCM89541集成PHY，第二以太网芯片能够连接四个所述第一以太网芯片，得所述控制器能够与四个摄像头装置进行通讯，用于支持360度全景环视系统的前视、左视、右视、后视摄像头，TDP_P0端口和TDN_P0端口连接到所述第二以太网芯片的J14和H14端口，以实现与其中一个摄像头装置的通讯。
进一步的，电源Supply_12V0输入电源芯片，电源芯片采用NJW4750，用于供电，所述传感器采用AR0140，图像信号处理器采用AR0201。
一种ADAS系统，其特征在于，包括上述的基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置。
一种360度全景环视系统，其特征在于，包括上述的基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置。
一种倒车影像系统，其特征在于，包括上述的基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置。
本发明的基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，基于PoDL技术，可以实现电源和图像数据的共线传输，只需要2根线即可正常传输电源和图像数据，控制器作为供电设备，通过以太网信号线为摄像头供电，供电的同时，摄像头获取的图像数据通过以太网信号传输给控制器，以供控制器使用；图像数据经过图像信号处理器处理后，基于单对UTP电缆即可进行传输，无须专用的线束，摄像头的连接器也得以普通化，采用普通2Pin连接器即可正常通讯；只要是满足BroadR-Reach车载以太网标准，具有以太网接口的车载以太网芯片可以应用于本发明的基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，兼容性好；整车采用本发明的基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，可以降低接插件和线束的成本，且成本会随着车载以太网的普及而越来越低。
此外，本发明的基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，在满足输出协议的情况下，可以接到车内任何一个带以太网接口的控制器上，而不必一定要接到特定的控制器上，利用率较高，可以应用于ADAS系统、360度全景环视系统、倒车影像系统这些车载系统，在车辆上具有广泛的应用。
附图说明
图1为现有技术中的LVDS高清摄像的组成框图；
图2为本发明的PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置的框图；
图3为数据线供电模块的系统连接框图；
图4为实施例中数据线供电模块的电路连接的其中一部分的电路图；
图5为实施例中数据线供电模块的电路连接的其另一部分的电路图；
图6为实施例中的第二以太网芯片的电路连接关系的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
见图2、3，本发明的一种基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，包括摄像头装置100和控制器200，
摄像头装置100和控制器200之间通过数据线供电模块300构成电连接和数据通讯；
摄像头装置100包括电连接的摄像头110和第一以太网芯片120，摄像头100采集到的图像数据由第一以太网芯片经数据线供电模块发送给控制器；
具体的，摄像头110包括镜头111、传感器112、图像信号处理器113，镜头110进行成像，镜头110利用透镜的折射原理，将景物光线透过镜头在聚焦平面上形成清晰的像，传感器负责将光线转变成电信号，传感器112采集图像数据并将图像数据发送给图像信号处理器113进行处理，图像信号处理器113与第一以太网芯片120相连接，图像信号处理器113将处理后的图像数据发送给第一以太网芯片120发送；
控制器200包括ECU 210和第二以太网芯片220，第二以太网芯片220能够接收来自摄像头装置100的图像数据并发送给ECU 210，ECU 210还通过数据线供电模块300给摄像头装置进行供电；
数据线供电模块300包括以太网信号线301和设置在太网信号线301上的共模电感302，以太网信号线301连接隔离电感303后分别连接摄像头110的电源端口和ECU 210的供电端口，以太网信号线301连接隔直电容304后分别连接第一以太网芯片310的以太网接口以及第二以太网芯片220的以太网接口，其中，以太网信号线301采用UTP电缆，摄像头装置采用2Pin连接器连接以太网信号线。
控制器作为供电端设备，摄像头装置作为受电端设备，控制器和摄像头装置100之间通过以太网信号线连接，控制器200和摄像头装置分别具有车载以太网芯片，控制器提供电源，经过两个隔离电感L后与以太网信号线连接，共同经过共模电感CMC输出数据信号和电源，摄像头装置先经过共模电感CMC滤除共模干扰信号，然后经过两个隔离电感L为摄像头装置提供电源，经过两个隔直电容C为车载以太网芯片提供以太网信号，摄像头装置采集的图形数据，由车载以太网芯片发送，经过两个隔直电容C、共模电感CMC、两个隔直电容C，传输到控制器的车载以太网芯片。
摄像头的图像数据经过图像信号处理器处理后，基于单对UTP电缆进行传输，无须专用的线束；摄像头装置上的连接器普通化，采用普通2Pin连接器即可正常通讯；只要是满足BroadR-Reach车载以太网标准，具有以太网接口的车载以太网芯片，可以应用于本发明的基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，TI、Marvell、Broadcom等公司的PHY芯片都可以使用，不受限于厂家器件型号，兼容性好；整车采用本发明的基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，可以降低接插件和线束的成本，且成本会随着车载以太网的普及而越来越低。
在本发明的实施例中，还提供一种基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置的具体应用设计，其中，第一以太网芯片采用Broadcom公司的PHY芯片BCM89811，第二以太网芯片采用Broadcom公司的网关芯片BCM89541，BCM89541集成PHY，满足BroadR-Reach标准，第二以太网芯片能够连接四个第一以太网芯片，得控制器能够与四个摄像头装置进行通讯，用于支持360度全景环视系统的前视、左视、右视、后视摄像头。
另外，在本实施例中，传感器采用AR0140，图像信号处理器采用AR0201，图像信号处理器，带视频压缩功能，且带有以太网MII接口，通过以太网MII接口连接第一以太网芯片，摄像头的图像数据经过图像信号处理器压缩后，通过100Mbit/s以太网差分信号，基于单对UTP电缆进行传输，
具体的，见图4、5、6，展示了其中前视摄像头的具体电路连接，
数据线供电模块包括连接到第一以太网芯片的以太网接口的TRD_P+端口和TRD_N-端口，TRD_P+端口连接电容C38后接地且在连接电容C39后连接到共模电感L13的4端口，TRD_N-端口连接电容C41后接地且在连接电容C40后连接到共模电感L13的1端口，共模电感L13的3端口连接电阻R18、电容C37后接地且连接到共模电感L16的4端口，共模电感L16的4端口还在连接电阻R475、电容C567后接地，共模电感L13的2端口连接电阻R19、电容C42后接地且连接到共模电感L16的3端口，共模电感L16的3端口还在连接电阻R490、电容C573后接地，共模电感L16的1端口连接电容C569后连接到TDP_P0端口且还在连接电容C568后接地，共模电感L16的2端口连接电容C571后连接到TDN_P0端口且还在连接电容C572后接地，TDP_P0端口和TDN_P0端口分别连接到第二以太网芯片的以太网接口，TDP_P0端口和TDN_P0端口连接到第二以太网芯片的J14和H14端口，以实现与前视摄像头装置的通讯；
供电电源VCC_FV由控制器的供电端口提供，供电电源VCC_FV连接保险丝FL114、电感L14连接到共模电感L16的1端口，供电电源VCC_FV连接电阻R608、电感L15连接到共模电感L16的2端口，电阻R608与保险丝FL114之间还连接有并联的电容C566、C565、C564、C563并接地，共模电感L16的1、2端口分别连接保护二极管D98的2、1端口，保护二极管D98的3端口接地，共模电感L13的3端口经并联的电感L13和电感L18后连接磁珠FL48、电容C29输出电源Supply_12V0，磁珠FL48与电容C29之间接地，共模电感L13的2端口经并联的电感L10和电感L15后连接磁珠FL8、二极管D4输出电源Supply_12V0，电源Supply_12V0输入电源芯片，电源芯片采用NJW4750，用于供电。
在摄像头装置中，TRD_P+端口、TRD_N-端口接入PHY芯片BCM89811，BR_P0、BR_N0为两线制以太网信号，经过2pin连接器后接入，先经过电阻R18,电容C37和电阻R19,电容C42，用做信号线的终端匹配，然后信号分为两路，一路经过共模电感L13，经过C39,C40隔直电容，隔离直流电压信号，以太网信号经过TRD_P+\TRD_N-接入PHY芯片BCM89811中；另外一路经过隔离电感L8和L10或者L14和L15，然后经过磁珠FL48和FL8，输出Supply_12V0供给系统电源，其中隔离电感L8和L10或者L14和L15与其串联的磁珠FL48,FL8共同构成隔离滤波电路，其特点是可以通过直流电压，而交流以太网信号在其频率100M范围内被阻隔而不能通过。因此，可实现2线同时传输电源和数据；
控制器的车载以太网芯片采用Broadcom公司的网关芯片BCM89541，BCM89541集成PHY，其内部集成4路100BASE-T1的PHY芯片，输出以太网信号满足BroadR-Reach标准，可以与摄像头端的PHY芯片BCM89811构成以太网链路，VCC_FV、DGND分别为摄像头的供电电源和地，经过磁珠FL114、隔离电感L14和电阻R608、隔离电感L15跟以太网信号相连接，然后经过共模电感L16输出以太网信号和电源，同时R475、C567和R490、C573构成阻容端接电路，起到匹配发送端阻抗的作用，TDP_P0、TDN_P0连接入BCM89811芯片的以太网接口上，FV_BR_P0、FV_BR_N0分别表示前视摄像头的以太网信号正级和负极，与摄像头端的BR_P0、BR_N0通过UTP电缆相连接，ECU包含MCU和SoC及外设，MCU型号如NXP公司的S9S12G128F0MLH，SoC型号如TI公司的TDA2EGBDQCBDQ1。
在本发明的实施例中，还提供了一种ADAS系统，包括上述的基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置。
在本发明的实施例中，还提供了一种360度全景环视系统，包括上述的基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置。
在本发明的实施例中，还提供了一种倒车影像系统，包括上述的基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置。
实施例中的基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置输出数据满足AVB协议和BroadR-Reach标准，可以接到车内任何一个带以太网接口的控制器上，而不必一定要接到特定的控制器上，利用率较高，可以应用于ADAS系统、360度全景环视系统、倒车影像系统这些车载系统，在车辆上具有广泛的应用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，包括摄像头装置和控制器，其特征在于：
所述摄像头装置和所述控制器之间通过数据线供电模块构成电连接和数据通讯；
所述摄像头装置包括电连接的摄像头和第一以太网芯片，所述摄像头采集到的图像数据由所述第一以太网芯片经所述数据线供电模块发送给所述控制器；
所述控制器包括ECU和第二以太网芯片，所述第二以太网芯片能够接收来自所述摄像头装置的图像数据并发送给所述ECU，所述ECU还通过所述数据线供电模块给所述摄像头装置进行供电；
所述数据线供电模块包括以太网信号线和设置在所述太网信号线上的共模电感，所述以太网信号线连接隔离电感后分别连接所述摄像头的电源端口和所述ECU的供电端口，所述以太网信号线连接隔直电容后分别连接所述第一以太网芯片的以太网接口以及第二以太网芯片的以太网接口。
2.根据权利要求1所述的一种基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，其特征在于：所述摄像头包括镜头、传感器、图像信号处理器，所述镜头进行成像，所述传感器采集图像数据并将图像数据发送给所述图像信号处理器进行处理，所述图像信号处理器与所述第一以太网芯片相连接，所述图像信号处理器将处理后的图像数据发送给所述第一以太网芯片发送。
3.根据权利要求1所述的一种基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，其特征在于：所述以太网信号线采用UTP电缆，所述摄像头装置采用2Pin连接器连接所述以太网信号线。
4.根据权利要求2所述的一种基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，其特征在于：所述图像信号处理器与所述第一以太网芯片之间通过以太网MII接口相连接。
5.根据权利要求2所述的一种基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，其特征在于：所述数据线供电模块包括连接到第一以太网芯片的以太网接口的TRD_P+端口和TRD_N-端口，TRD_P+端口连接电容C38后接地且在连接电容C39后连接到共模电感L13的4端口，TRD_N-端口连接电容C41后接地且在连接电容C40后连接到共模电感L13的1端口，共模电感L13的3端口连接电阻R18、电容C37后接地且连接到共模电感L16的4端口，共模电感L16的4端口还在连接电阻R475、电容C567后接地，共模电感L13的2端口连接电阻R19、电容C42后接地且连接到共模电感L16的3端口，共模电感L16的3端口还在连接电阻R490、电容C573后接地，共模电感L16的1端口连接电容C569后连接到TDP_P0端口且还在连接电容C568后接地，共模电感L16的2端口连接电容C571后连接到TDN_P0端口且还在连接电容C572后接地，TDP_P0端口和TDN_P0端口分别连接到第二以太网芯片的以太网接口；
供电电源VCC_FV由控制器的供电端口提供，供电电源VCC_FV连接保险丝FL114、电感L14连接到共模电感L16的1端口，供电电源VCC_FV连接电阻R608、电感L15连接到共模电感L16的2端口，电阻R608与保险丝FL114之间还连接有并联的电容C566、C565、C564、C563并接地，共模电感L16的1、2端口分别连接保护二极管D98的2、1端口，保护二极管D98的3端口接地，共模电感L13的3端口经并联的电感L13和电感L18后连接磁珠FL48、电容C29输出电源Supply_12V0，磁珠FL48与电容C29之间接地，共模电感L13的2端口经并联的电感L10和电感L15后连接磁珠FL8、二极管D4输出电源Supply_12V0。
6.根据权利要求5所述的一种基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，其特征在于：所述第一以太网芯片采用Broadcom公司的PHY芯片BCM89811，所述第二以太网芯片采用Broadcom公司的网关芯片BCM89541，BCM89541集成PHY，第二以太网芯片能够连接四个所述第一以太网芯片，得所述控制器能够与四个摄像头装置进行通讯，用于支持360度全景环视系统的前视、左视、右视、后视摄像头，TDP_P0端口和TDN_P0端口连接到所述第二以太网芯片的J14和H14端口，以实现与其中一个摄像头装置的通讯。
7.根据权利要求6所述的一种基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置，其特征在于：电源Supply_12V0输入电源芯片，电源芯片采用NJW4750，用于供电，所述传感器采用AR0140，图像信号处理器采用AR0201。
8.一种ADAS系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置。
9.一种360度全景环视系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置。
10.一种倒车影像系统，其特征在于，包括如权利要求1所述基于PoDL技术的车载以太网高清摄像头装置。
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