您的第一輛汽車也許就像我的一樣，缺少攝像頭、雷達和雷射雷達等感測器模組，而正是這些模組使得現代高級駕駛輔助系統 (ADAS) 的安全特性（如盲點檢測、泊車輔助和防撞）成為可能。由於這些感測器模組收集的資料與乘客安全直接相關，因此確保它們始終正常工作非常重要。遺憾的是，一個常見的損壞原因就是長時間過熱運行或暴露在潮濕環境中。
攝像頭、雷達和雷射雷達中的精確溫度感測器有助於延長其壽命並增強安全性和可靠性。首先，我們來看看溫度對汽車攝像頭模組的影響。
攝像頭
圖 1 顯示每輛汽車可能有多達六個攝像頭。這些攝像頭需要高動態範圍和快速回應時間以及出色的弱光靈敏度。為了滿足這些要求，設計人員必須避免圖像感測器在高溫下長時間運行。
圖 1：現代汽車中的ADAS感測器概覽
如圖 2 所示，汽車攝像頭通常是小型 (1.4in³) 封閉立方體，沒有主動冷卻功能，因而非常容易積累熱量和快速升溫。圖像感測器的額定工作溫度通常為 –40°C 至 125°C（結溫）和 –40°C 至 105°C（環境溫度）。如果達到這些範圍的上限或下限，電子控制單元 (ECU) 將不得不降低進入圖像感測器的功率或將感測器完全關閉，直到溫度恢復到正常工作條件為止。因此，準確獲取攝像頭的溫度非常重要。
圖 2：小型汽車的攝像頭模組
圖像感測器通常採用嵌入式溫度感測器，其誤差範圍為 ±6°C。這麼大的誤差意味著 ECU 可能會通過提前或延後關閉來限制攝像頭的使用。這些錯誤計算可能會對圖像感測器造成損壞，暫時限制 ADAS 功能，直到它得到維護為止。
解決方案是添加一個獨立的溫度感測器，該感測器可提供誤差小於 ±1°C 的準確溫度測量值。應用手冊“通過精確溫度傳感提高汽車和工業攝像頭的系統可靠性”對於為特定攝像頭拓撲選擇溫度感測器有所説明
雷達
毫米波 (mmWave) 感測器的接收器 (RX) 靈敏度、增益、輸入雜訊甚至輸出發射器 (TX) 功率都可能隨溫度而變化。在圖3中，主機處理器嘗試通過在運行期間定期調整電路配置，來減輕溫度變化帶來的影響，以使 RX 增益和 TX 功率儘量接近所配置的設置水準。
圖 3：RX 增益 (a) 和 TX 功率 (b) 隨溫度的變化
之所以需要高精度溫度測量，是因為要盡可能在更大限度地提高雷達性能和防止因高溫而產生熱損壞之間取得平衡。為了達到這種平衡，雷達感測器必須在溫度限值附近工作，同時能夠在盡可能接近限值時可靠地關閉。實現這一點可能很難，因為：
OEM開始要求更高的環境溫度。
為了降低成本，製造商開始使用塑膠模組外殼而不是金屬外殼。金屬是更好的導熱體，通常用作散熱器以散發模組內部產生的熱量。
雷達晶片功耗高，會造成自發熱。
雷達晶片上的嵌入式溫度感測器誤差範圍最高可達到 ±7°C，這限制了雷達晶片的性能。由於此誤差，穩妥起見，您必須在距離工作限值 ±7°C 時關斷以防止損壞。
如今，設計人員的目標是讓雷達晶片內部裸片溫度的溫度精度達到 ±1°C。為此，您可以使用兩個獨立的溫度感測器測量溫差，或者使用雷達晶片下方的超薄溫度感測器，例如 TMP114。要瞭解更多有關實施溫差測量的資訊，請閱讀應用手冊“使用溫差測量進行元件溫度監測”。
有關元件下溫度監測的更多詳細資訊，請閱讀應用手冊“使用超小型溫度感測器進行元件下監測”。
雷射雷達
如圖 4 所示，雷射雷達感測器可以捕獲短距離、中距離和遠距離資料，提供深入的點雲，作為實現 ADAS 功能安全性的關鍵元件。雷射雷達包含鐳射陣列、飛行時間 (ToF) 感測器和控制器，所有這些都需要進行溫度補償以保持其性能。溫度變化會影響雷射雷達距離測量，並且在 70°C 以上時，鐳射陣列的性能可能會下降。ToF 傳感器具有高功耗，這會導致自發熱，並且在 105°C 左右控制器往往需要降低其時鐘頻率或完全關閉以防止熱失控。
圖 4：汽車雷射雷達範圍
雷射雷達系統的一個重要設計考慮因素是目標汽車安全完整性等級 (ASIL)。應用手冊“使用遠端溫度感測器滿足雷射雷達系統的 ASIL 要求”提供了一些快速實現冗餘和多樣化溫度感測器的想法
雷射雷達和攝像頭模組都有可能會破裂的透鏡，因此可能會因潮濕而損壞內部的光學元件。汽車級濕度感測器（如 HDC3020-Q1）可測量相對濕度和溫度。它可以檢測水分（這可能表示發生洩漏）並計算何時超過露點（這會導致透鏡上出現冷凝），從而允許系統通知使用者採取糾正措施。
如何選擇溫度感測器
在評估您的下一個溫度感測器時，請考慮其最大精度、是否需要警報或其他功能以及您的通信管道。例如，如果沒有任何可用的 ADC 通道（通常存在於環視和低端駕駛員監控攝像頭中），那麼您可以將數位溫度感測器連接到 FPD-Link 串列器的 I2C 或 SPI 通道。如果您只是想要具有遲滯功能的閾值警報，則可以使用連接到通用輸入/輸出的溫度開關。當您確實有可用的 ADC 通道時，類比溫度感測器的輸出電壓與溫度成正比，而不會像分立熱敏電阻解決方案那樣受外部元件容差的影響。如果您確實需要熱敏電阻，可以考慮矽基線性熱敏電阻，它可以解決負溫度係數 (NTC) 熱敏電阻存在的精度和可靠性問題，同時保持其低成本和小尺寸的優勢。
結語
高度敏感的光學需要準確診斷以便長時間保持卓越性能，這一點和射頻 ADAS 模組非常類似。這樣便需要採用精確的外部溫度感測器，這是 ADAS 模組的必要構建塊，正在迅速成為未來的安全關鍵型系統。
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德州儀器（TI）（納斯達克股票代碼：TXN）是一家全球性的半導體公司，致力於設計、製造、測試和銷售類比和嵌入式處理晶片，用於工業、汽車、個人電子產品、通信設備和企業系統等市場。我們致力於通過半導體技術讓電子產品更經濟實用，創造一個更美好的世界。如今，每一代創新都建立在上一代創新的基礎之上，使我們的技術變得更小巧、更快速、更可靠、更實惠，從而實現半導體在電子產品領域的廣泛應用，這就是工程的進步。這正是我們數十年來乃至現在一直在做的事。 欲瞭解更多資訊，請訪問公司網站www.ti.com.cn。
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