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分享一個低功耗設(shè)計思路,適合90%的視覺系統(tǒng)工程師

09/30 15:15
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本文作者:Ganesh Narayanaswamy,onsemi產(chǎn)品線管理

您有沒有想過,智能門鈴如何檢測到有人走到您家門口,又如何通過攝像頭識別重要動作?答案就是圖像傳感器。這些微型傳感器內(nèi)置在智能門鈴中,始終以全狀態(tài)(全分辨率、30fps)運行,其中記錄的圖像可以清楚地顯示是什么人或什么物體正在接近您家門口??紤]到此類設(shè)備需要24小時不間斷運行,您或許想知道,由主流電池來供電的版本或其他版本能夠可靠地工作多長時間。

安森美(onsemi)新推出的圖像傳感器系列HyperluxTM?LP內(nèi)置有“運動喚醒”(WoM)功能,可以讓傳感器在低功耗模式下工作,功耗僅為全性能工作模式功耗的一小部分。一旦檢測到運動,這些傳感器就會迅速進入更高性能狀態(tài),整個過程所花費的時間比拍攝一張快照還要少。在這篇博客中,我們將深入探討運動喚醒功能,詳細介紹其優(yōu)勢以及適合的應(yīng)用場景。

WoM的優(yōu)勢

圖像傳感器的WoM功能讓視覺系統(tǒng)可以根據(jù)場景中的物體運動來調(diào)整工作狀態(tài)。在WoM模式下,傳感器處于預(yù)檢測狀態(tài)(低分辨率、低幀率)。當(dāng)檢測到運動時,圖像傳感器判斷場景中是否確實存在運動物體,并向圖像信號處理器(ISP)/系統(tǒng)單芯片(SoC)發(fā)送通知。后者隨即確定檢測到的運動是否與應(yīng)用場景相關(guān),如果相關(guān),則喚醒整個視覺系統(tǒng)執(zhí)行預(yù)定的操作。

此功能用途巨大,因為大多數(shù)應(yīng)用并不需要視覺系統(tǒng)始終以原生模式(全分辨率、最大幀率)運行。在其工作過程中,僅有小部分時間需要采用原生模式。其余時間,傳感器都可以處于預(yù)檢測狀態(tài),以便盡可能降低損耗。

檢測到運動后的運動喚醒示例

在預(yù)檢測狀態(tài)下,Hyperlux LP 圖像傳感器的功耗不到原生模式下功耗的1/100。視覺系統(tǒng)對電量消耗非常敏感,而WoM功能可顯著降低其功耗,從而大大延長運行周期。無論是使用電池等有限電源,還是采用持續(xù)供電方式,相關(guān)系統(tǒng)都能以超低功耗水平運行。對于前者,其充電周期將大幅延長,而對于后一種供電方式,此功能則有助于實現(xiàn)兼具多種創(chuàng)新功能、運行在邊緣、且不需要遠程中央處理系統(tǒng)的差異化系統(tǒng)。

WoM的應(yīng)用場景

門禁(如可視門鈴、生物特征識別)、公共安全與防護(如執(zhí)法記錄儀)及安保(如監(jiān)控攝像頭)等領(lǐng)域使用的視覺系統(tǒng)都可以利用WoM功能。

例如,可視門鈴要么采用電池供電,要么采用墻插供電,功率非常低(功率因數(shù)為1時小于20W)。對于前一種情況,目前的行業(yè)趨勢要求充電周期達到180天,最終目標(biāo)是達到一年。如果沒有像WoM這樣的功能,那么無論場景中是否存在相關(guān)運動,系統(tǒng)都將不得不始終以選定的幀率處理全分辨率圖像。但在大多數(shù)情況下,只有當(dāng)某個人走到門口時,這種處理才有意義。借助WoM模式,可視門鈴大部分時候處于預(yù)檢測狀態(tài),系統(tǒng)以超低功耗運行,只有檢測到運動時,才進入正常工作狀態(tài)。

WoM功能對于監(jiān)控攝像頭這樣的非電池供電應(yīng)用也大有裨益。在WoM模式下,預(yù)檢測狀態(tài)所采用的主導(dǎo)運行方式大幅降低了數(shù)據(jù)帶寬的使用量,同時不會導(dǎo)致丟失場景信息。這進而又降低了存儲和散熱要求,減小了視覺系統(tǒng)的總擁有成本。

上述WOM功能的基本應(yīng)用有很多好處,但我們還需要考慮如何針對特定運動進行優(yōu)化。例如,我們肯定不希望圖像傳感器和視覺系統(tǒng)僅僅因為風(fēng)吹動樹葉或者場景中有鳥兒飛過就被喚醒。讓傳感器始終聚焦于感興趣區(qū)(ROI)非常關(guān)鍵。

安森美的Hyperlux LP系列圖像傳感器搭載了WoM功能,可靈活地應(yīng)用于多個非相鄰感興趣區(qū)。這一特性經(jīng)過精心設(shè)計,可大幅降低功耗,顯著提升視覺系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的價值。

作者簡介:Ganesh Narayanaswamy onsemi產(chǎn)品線管理

Ganesh Narayanaswamy 負責(zé)安森美工業(yè)與消費應(yīng)用感知部門(ICSD)的圖像傳感器產(chǎn)品線和業(yè)務(wù)管理。他的工作重點是提供面向商業(yè)和工業(yè)市場的視覺解決方案,推動多個地區(qū)的業(yè)務(wù)增長。Ganesh擁有圣克拉拉大學(xué)工商管理碩士學(xué)位和密西西比州立大學(xué)電子工程碩士學(xué)位。

安森美

安森美

歷史安森美半導(dǎo)體前身是摩托羅拉集團的半導(dǎo)體元件部門,于1999年獨立上市,繼續(xù)生產(chǎn)摩托羅拉的分立晶體管,標(biāo)準(zhǔn)模擬和標(biāo)準(zhǔn)邏輯等器件。并購紀(jì)錄2000年四月,完成收購Cherry Semiconductor。2006年,完成收購位于美國俄勒岡州Gresham的LSI Logic設(shè)計和制造設(shè)施。2008年一月,以184M美元完成收購美國模擬器件公司的穩(wěn)壓及熱管理(Voltage Regulation and Thermal Management)部門。2008年三月,以915M美元完成收購AMI Semiconductor。2008年十月,以115M美元完成收購Catalyst Semiconductor。2009年十一月,以17M美元完成收購PulseCore Semiconductor。2010年一月,以115M美元完成收購California Micro Devices。2010年六月,完成收購Sound Design Technologies, Ltd。2011年一月,完成收購日本三洋電機的子公司三洋半導(dǎo)體(SANYO Semiconductor)。2011年二月,以$31.4M美元完成收購賽普拉斯半導(dǎo)體(Cypress Semiconductor)的CMOS圖像傳感器業(yè)務(wù)部門。2014年五月,完成收購Truesense Imaging, Inc。2014年七月,安森美半導(dǎo)體和富士通半導(dǎo)體宣布戰(zhàn)略合作(包括晶圓代工服務(wù)協(xié)議,及日本會津若松市富士通的8吋晶圓廠的10%權(quán)益。)2014年八月,以4億美元完成收購總部位于加州的Aptina Imaging Corp。2015年七月,安森美半導(dǎo)體完成收購Axsem AG。2015年11月18日,以每股20美元,斥資24億美元現(xiàn)金收購飛兆半導(dǎo)體公司。2016年八月,安森美半導(dǎo)體宣布已就出售點火IGBT業(yè)務(wù)給 Littelfuse 達成協(xié)議,出售其瞬態(tài)電壓抑制二極管和開關(guān)型晶閘管產(chǎn)品線,售價共1.04億美元現(xiàn)金。2016年九月,安森美半導(dǎo)體完成收購飛兆半導(dǎo)體公司。產(chǎn)品安森美半導(dǎo)體制造以下的各種產(chǎn)品:定制:ASIC;定制代工服務(wù);定制ULP存儲器;定制CMOS圖像傳感器;集成無源器件分立:雙極晶體管;二極管和整流器;IGBT和FET;晶閘管;可調(diào)諧組件電源管理:AC-DC控制器和穩(wěn)壓器;DC-DC控制器、轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器;熱管理;驅(qū)動器;電壓和電流管理邏輯:時鐘產(chǎn)生;時鐘及數(shù)據(jù)分配;存儲器;微控制器;標(biāo)準(zhǔn)邏輯信號管理:放大器和比較器;模擬開關(guān);音頻/視頻的ASSP;數(shù)字電位計;EMI/RFI濾波器;接口;光電、圖像及觸摸傳感器產(chǎn)品部安森美半導(dǎo)體的各個產(chǎn)品部門:模擬方案部(ASG) - Bob Klosterboer(高騰博),執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理圖像傳感器部(ISG) – Taner Ozcelik,高級副總裁兼總經(jīng)理電源方案部(PSG) – Bill Hall(賀彥彬),執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理解決方案工程中心日本:大阪; 東京中國:上海德國:慕尼黑中國臺灣:臺北美國:加州圣荷西; 俄勒岡州波特蘭; 底特律韓國:首爾設(shè)計中心美國:亞利桑那州鳳凰城(Phoenix)、亞利桑那州錢德勒(Chandler)、得州奧斯汀(Austin)、得州普萊諾(Plano)、羅德島州東格林尼治(East Greenwich)、科羅拉多州Longmont、加州圣克拉拉(Santa Clara)、愛達荷州波卡特洛(Pocatello)、賓夕法尼亞州Lower Gwynedd、猶他州林頓(Lindon)、愛達荷州楠帕(Nampa)加拿大:伯靈頓(Burlington), 滑鐵盧(Waterloo)比利時:梅赫倫(Mechelen),奧德納爾德(Oudenaarde),菲爾福爾德(Vilvoorde)法國:圖盧茲(Toulouse)德國:慕尼黑羅馬尼亞:布加勒斯特(Bucharest)斯洛伐克:布拉迪斯拉發(fā)(Bratislava)愛爾蘭:利默里克(Limerick)瑞士:Marin捷克:Roznov,布爾諾(Brno)韓國:首爾中國臺灣:臺北印度:班加羅爾(Bangalore),諾伊達(Noida)日本:岐阜市,群馬菲律賓:德拉克市(Tarlac City)制造工廠美國:亞利桑那州鳳凰城、亞利桑那州錢德勒、俄勒岡州Gresham、愛達荷州波卡特洛、愛達荷州楠帕、緬因州南波特蘭加拿大:伯靈頓 (安大略省)比利時:奧德納爾德捷克:Roznov中國:樂山、深圳、蘇州日本:群馬縣、埼玉縣羽生市、新潟縣新潟市韓國:富川菲律賓:Carmona, Cavite、Tarlac City、宿霧市馬來西亞:森美蘭州芙蓉市越南:邊和市、順安市社

歷史安森美半導(dǎo)體前身是摩托羅拉集團的半導(dǎo)體元件部門,于1999年獨立上市,繼續(xù)生產(chǎn)摩托羅拉的分立晶體管,標(biāo)準(zhǔn)模擬和標(biāo)準(zhǔn)邏輯等器件。并購紀(jì)錄2000年四月,完成收購Cherry Semiconductor。2006年,完成收購位于美國俄勒岡州Gresham的LSI Logic設(shè)計和制造設(shè)施。2008年一月,以184M美元完成收購美國模擬器件公司的穩(wěn)壓及熱管理(Voltage Regulation and Thermal Management)部門。2008年三月,以915M美元完成收購AMI Semiconductor。2008年十月,以115M美元完成收購Catalyst Semiconductor。2009年十一月,以17M美元完成收購PulseCore Semiconductor。2010年一月,以115M美元完成收購California Micro Devices。2010年六月,完成收購Sound Design Technologies, Ltd。2011年一月,完成收購日本三洋電機的子公司三洋半導(dǎo)體(SANYO Semiconductor)。2011年二月,以$31.4M美元完成收購賽普拉斯半導(dǎo)體(Cypress Semiconductor)的CMOS圖像傳感器業(yè)務(wù)部門。2014年五月,完成收購Truesense Imaging, Inc。2014年七月,安森美半導(dǎo)體和富士通半導(dǎo)體宣布戰(zhàn)略合作(包括晶圓代工服務(wù)協(xié)議,及日本會津若松市富士通的8吋晶圓廠的10%權(quán)益。)2014年八月,以4億美元完成收購總部位于加州的Aptina Imaging Corp。2015年七月,安森美半導(dǎo)體完成收購Axsem AG。2015年11月18日,以每股20美元,斥資24億美元現(xiàn)金收購飛兆半導(dǎo)體公司。2016年八月,安森美半導(dǎo)體宣布已就出售點火IGBT業(yè)務(wù)給 Littelfuse 達成協(xié)議,出售其瞬態(tài)電壓抑制二極管和開關(guān)型晶閘管產(chǎn)品線,售價共1.04億美元現(xiàn)金。2016年九月,安森美半導(dǎo)體完成收購飛兆半導(dǎo)體公司。產(chǎn)品安森美半導(dǎo)體制造以下的各種產(chǎn)品:定制:ASIC;定制代工服務(wù);定制ULP存儲器;定制CMOS圖像傳感器;集成無源器件分立:雙極晶體管;二極管和整流器;IGBT和FET;晶閘管;可調(diào)諧組件電源管理:AC-DC控制器和穩(wěn)壓器;DC-DC控制器、轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器;熱管理;驅(qū)動器;電壓和電流管理邏輯:時鐘產(chǎn)生;時鐘及數(shù)據(jù)分配;存儲器;微控制器;標(biāo)準(zhǔn)邏輯信號管理:放大器和比較器;模擬開關(guān);音頻/視頻的ASSP;數(shù)字電位計;EMI/RFI濾波器;接口;光電、圖像及觸摸傳感器產(chǎn)品部安森美半導(dǎo)體的各個產(chǎn)品部門:模擬方案部(ASG) - Bob Klosterboer(高騰博),執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理圖像傳感器部(ISG) – Taner Ozcelik,高級副總裁兼總經(jīng)理電源方案部(PSG) – Bill Hall(賀彥彬),執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理解決方案工程中心日本:大阪; 東京中國:上海德國:慕尼黑中國臺灣:臺北美國:加州圣荷西; 俄勒岡州波特蘭; 底特律韓國:首爾設(shè)計中心美國:亞利桑那州鳳凰城(Phoenix)、亞利桑那州錢德勒(Chandler)、得州奧斯?。ˋustin)、得州普萊諾(Plano)、羅德島州東格林尼治(East Greenwich)、科羅拉多州Longmont、加州圣克拉拉(Santa Clara)、愛達荷州波卡特洛(Pocatello)、賓夕法尼亞州Lower Gwynedd、猶他州林頓(Lindon)、愛達荷州楠帕(Nampa)加拿大:伯靈頓(Burlington), 滑鐵盧(Waterloo)比利時:梅赫倫(Mechelen),奧德納爾德(Oudenaarde),菲爾福爾德(Vilvoorde)法國:圖盧茲(Toulouse)德國:慕尼黑羅馬尼亞:布加勒斯特(Bucharest)斯洛伐克:布拉迪斯拉發(fā)(Bratislava)愛爾蘭:利默里克(Limerick)瑞士:Marin捷克:Roznov,布爾諾(Brno)韓國:首爾中國臺灣:臺北印度:班加羅爾(Bangalore),諾伊達(Noida)日本:岐阜市,群馬菲律賓:德拉克市(Tarlac City)制造工廠美國:亞利桑那州鳳凰城、亞利桑那州錢德勒、俄勒岡州Gresham、愛達荷州波卡特洛、愛達荷州楠帕、緬因州南波特蘭加拿大:伯靈頓 (安大略省)比利時:奧德納爾德捷克:Roznov中國:樂山、深圳、蘇州日本:群馬縣、埼玉縣羽生市、新潟縣新潟市韓國:富川菲律賓:Carmona, Cavite、Tarlac City、宿霧市馬來西亞:森美蘭州芙蓉市越南:邊和市、順安市社收起

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