Fahrerüberwachungssystem

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Fahrerüberwachungssysteme (DMS) werden zunehmend in Fahrzeuge integriert, um der zunehmenden Ablenkung am Steuer entgegenzuwirken. Fortschritte in der Fahrerüberwachungstechnologie und neue Sicherheitsvorschriften beschleunigen diesen Trend. Diese Systeme erfordern geringe Latenz und hohe Bandbreite, da sie die Fahrer in Echtzeit überwachen.

Die Taktung spielt bei DMS eine Schlüsselrolle, da Daten von der Kamera zum SoC/Prozessor und weiter zu den Fahrzeugsystemen übertragen werden. Die SiTime MEMS-Timing-Technologie bietet die erforderliche Zuverlässigkeit, Robustheit und Temperaturstabilität. Unsere jitterarmen Differenzialoszillatoren halten den Taktgeber selbst unter harschesten Bedingungen innerhalb der Spezifikation.

Anwendungsbeschreibung herunterladen

Vorteile der SiTime MEMS- Timing Technologie

Vollständiger MEMS- Taktgeber

Differenzielle Oszillatoren mit geringem Jitter

32,768-kHz-XOs und TCXOs

Präzisions-TCXOs

Spread-Spectrum-Oszillatoren

Am robustesten unter realen Bedingungen

150 fs rms Jitter, ausgezeichnetes PSNR

Stoß- und vibrationsfest

Stabil über einen weiten Temperaturbereich

>2 Milliarden Stunden MTBF

Integrierte MEMS, einfach zu verwenden

Keine Probleme mit der Quarzzuverlässigkeit

Zuverlässiger Start bei kalten Temperaturen

Keine Abdeckung oder Abschirmung erforderlich

Kurze Vorlaufzeit für jede Frequenz

Blockdiagramm des Fahrerüberwachungssystems

Eine Kamera, entweder im Infrarot- oder im sichtbaren Wellenlängenbereich, erfasst das Gesicht des Fahrers. Die Daten werden an ein Bildverarbeitungssystem gesendet, das auf einem SoC und einem Machine-Learning-Vision-Prozessor basiert. Dieser kann entweder intern im SoC oder, wie hier gezeigt, extern integriert sein. Im letzteren Fall erfolgt die Datenübertragung zwischen beiden üblicherweise über eine PCI-Express-Schnittstelle, die sowohl die erforderliche geringe Latenz als auch eine hohe Bandbreite bietet.

Das DMS ist über CAN-, Flexray- und/oder Ethernet-Schnittstellen mit anderen Fahrzeugsystemen (Kombiinstrument, Antriebselektronik usw.) verbunden.

MEMS Timing -Lösungen für Fahrerüberwachungssysteme

Geräte	Hauptmerkmale	Schlüsselwerte
Single-Ended-Oszillator SiT8924 1 bis 110 MHz	Bis -55°C bis +125°C ±20 ppm Stabilität 2016, 2520, 3225 Pakete	Hohe Zuverlässigkeit Erweiterter Temperaturbereich Geringer Platzbedarf
Single-Ended-Oszillator SiT9025 1 bis 110 MHz	Bis -55°C bis +125°C Spread Spectrum Konfigurierbare Anstiegs-/Abfallzeiten 2016, 2520, 3225 Pakete	Hohe Zuverlässigkeit Erweiterter Temperaturbereich Reduzierung der elektromagnetischen Störungen
Differenzialoszillatoren SiT9396 1 bis 220 MHz SiT9397 220 bis 920 MHz	Geringer Jitter: 150 fs RMS ^[1] ±30, ±50 ppm Stabilität über -40 bis +125 °C LVPECL, LVDS, HCSL, HCSL mit geringem Stromverbrauch, FlexSwing™ 2016, 2520, 3225 Pakete	Hohe Zuverlässigkeit Geringer Jitter Ermöglicht Schnittstellen mit anspruchsvollen Jitter-Anforderungen, wie PCI-Express und 10 GB Ethernet
Super-TCXOs SiT5386 1 bis 60 MHz SiT5387 60 bis 220 MHz	±0,1, ±0,2, ±0,25 ppm Stabilität über -40 bis +125 °C ±1 ppb/°C Frequenzsteigung Geringer Jitter: 0,31 ps RMS ^[1] Optionale Spannungs- oder digitale Frequenzregelung	Hohe Genauigkeit Hervorragende Frequenzstabilität mit schnellen Temperaturgradienten Kein GNSS-Signalverlust oder V2X-Unterbrechung aufgrund von Mikrosprüngen

¹ Integrationsbereich von 12 kHz bis 20 MHz

Fahrerüberwachungssystem

Die Taktgeber des im Blockdiagramm oben dargestellten Treiberüberwachungssystems lauten wie folgt:

PHY: entweder ein Single-Ended Taktgeber für Schnittstellen wie FPD Link (TI), GMSL (Analog Devices) oder ein Taktgeber für Schnittstellen wie MIPI A-Phy (Valens)
SoC, Vision-Prozessor: Single-Ended- Taktgeber
PCI-Express-Schnittstelle: 100 MHz HCSL- oder LP-HCSL Taktgeber mit Jitter-Level, der zur jeweiligen PCI-Express-Generation kompatibel ist. Taktgeber -Jitter außerhalb der Spezifikationen führt zu Übertragungsfehlern auf dem Bus!
Ab 2022 ist PCI-Express Gen 4 in Automobilanwendungen weit verbreitet. Die entsprechende Jitter-Anforderung beträgt 0,5 fs RMS Phasenrauschen, integriert über 12 kHz bis 20 MHz. Der SiTime SiT9396- Oszillator erfüllt diese Anforderung mit ausreichend Spielraum.

Im Vergleich zu anderen Automobilanwendungen stellen Fahrerüberwachungssysteme geringere Anforderungen an die Taktung. Dennoch sind einige Punkte wichtig:

Funktionale Sicherheit und SOTIF auf Systemebene müssen gewährleistet sein
Temperaturbereich von -40°C bis +105°C oder mehr ist zwingend erforderlich
Der Taktgeber muss innerhalb der Spezifikation liegen

Vorteile von SiTime

Alle SiTime Bausteine bieten gegenüber Quarzkristallen die folgenden Vorteile, die insbesondere für Automobilanwendungen wichtig sind:

50-mal höhere Zuverlässigkeit. Neben der Reduzierung von Feldausfällen führt eine höhere Zuverlässigkeit zu einer niedrigeren FIT-Rate. Dies führt zu besseren Hardware-Sicherheitsmetriken in einer FMEDA, der quantitativen Analyse, die im Rahmen einer funktionalen Sicherheitsbewertung erforderlich ist.
Bei quarzbasierten Oszillatoren führen Stöße und Vibrationen in der Regel zu erhöhtem Taktgeber . Dies ist auf die mechanische Einkopplung von Vibrationen in den Quarz zurückzuführen.
Silizium-MEMS-Oszillatoren sind aufgrund ihrer geringeren Größe (0,4 x 0,4 mm) und Masse im Vergleich zu Quarzresonatoren 100-mal widerstandsfähiger gegen Stöße, Vibrationen und elektromagnetische Störungen als quarzbasierte Bausteine. Dadurch bleiben Jitter und Bitfehlerrate von Datenbussen auch unter rauen Bedingungen unter Kontrolle. SOTIF (Safety of the Intended Functionality) bleibt unabhängig von den Betriebsbedingungen erhalten. Physikalische, irreversible Schäden am Oszillator werden ebenfalls verhindert.