设计了一款基于石墨烯散热的8 K智能摄像头，主控采用瑞芯微RK3588，传感器采用索尼IMX435， 通过HDMI2.1将传感器采集到的图像发送到8 K显示器，实现端到端的8 K呈现，为了确保摄像头性能稳定，本 设计采用石墨烯散热。
0 引言
随着
4 K
电视（分辨率：
3 840
×
2 160
,约
800
万
像素）的普及,和人们对画质的极限追求,
8 K
电视（分
辨率：
7 680
×
4 320
,约
3 300
万像素）已成为研究热点。
为了适应电视的需求,本文设计了一款基于石墨烯散热
的
8 K
智能摄像头,相对于
4 K
摄像头,摄像头的色彩
饱和度、层次感均有大幅的提升。由于摄像头体积小、
芯片发热量大,对散热要求极高,因此本文采用散热效
果较好的石墨烯材料对产品散热。
本文开发基于石墨烯散热的
8 K
智能摄像头画质效
果好,性能稳定,散热效果好,具有极好的应用和发展
前景。本文重点介绍摄像头硬件主要电路开发和石墨烯
散热设计方案。
1 硬件设计
智能摄像头主控采用瑞芯微
RK3588
,传感器采用
索尼
IMX435
,散热使用石墨烯。传感器
IMX435
将采
集的图像信息通过
MIPI
信号传送到主控
RK3588
,主
控对接收到的图像进行编解码后通过
HDMI2
.
1
发送到
电视,电视显示实时图像信息,从而实现
摄像头到电视
8 K
极高清呈现。
8 K
智能
摄像头信号流图如下：
1.1
RK
3588
介绍
RV3588 采 用 第 四 代 编 解 码 技 术,
内部晶体管高达
60
亿,
NPU
算力
6 TOPs
,采用八核
（
4
×
Cortex
-
A76
+
4
×
Cortex
-
A55
）
64
位大小核架构,
主频支持
2
.
4 GHz
和
1
.
8 GHz
,性能和功耗完美结合。
RK3588
采用瑞芯微第三代影像视觉处理技术,内部集
成了
8KISP
,支持多摄像头接入、宽动态对比度增强、
3D
降噪畸变矫正等技术。芯片内置丰富的高速接口如：
USB3
.
1
、
USB2
.
0
、
PCIe3
.
0
、
PCIe2
.
0
、、
TYPE
-
C
等,
易于扩展,系统支持
Android
、
Linux OS
。
1.2
IMX
435
介绍
索尼
IMX435
最高支持
8 K
@
60
, 性价比较高的节
能型
CMOS
传感器,自然转换增益技术可以使
IMX435
在黑暗中
SNR
更 高, 芯 片 还 支 持
ISO50
、
ISO200
、
ISO800
、
ISO12800
、
ISO102400
、
ISO1638
.
4 K
等
6
个
原生感光度设定。
1.3
石墨烯散热
石墨烯是一种未来革命性的材料,具有极好的热传
导性能,用在芯片散热上散热效果极佳,大大提升芯片
的稳定性。石墨烯是目前导热系数最高的碳材料,导热
系数高达
5 300 W
/
mK
。
1.4
硬件设计
智能摄像头硬件电路主要包括主控电路、传感器电
路、电源电路、时钟复位电路等。硬件电路如图
2
：
其中,整个系统通过
5 V
/
2 A
电源适配器供电,复位和
时钟电路能保证系统正常工作,
DDR
是随机存储器,
Flash
是用来存储程序的。智能摄像头通过传感器索尼
IMX435
采集图像信息,通过
MIPI
信号把采集的图像
信息传输到主控
RK3588
,主控对收到的图像信息进行
编解码,然后通过
HDMI2
.
1
接口发送图像到
8K
电视上,
从而实现端到端的
8 K
呈现。为了使主控芯片、传感器
芯片和系统稳定,本设计使用石墨烯对芯片散热,完美
的解决了芯片散热问题。
RV3588
芯 片
24 MHz
晶振和内部反馈电路共同
构成了系统的时钟电路,芯片的
nPOR
引脚低电平有
效,用来实现芯片复位,复位时间大于
4 µs
可以保证
芯片稳定工作。芯片有两个
PLL
的电源,分别是
PLL
_
AVDD
_
0V8
和
PLL
_
AVDD
_
1V8
,电源去耦电容设计上
必须靠近管脚的位置摆放,为防止干扰
PLL
必须单独供
电。芯片
CPU
电源的核电压是
0V8
,电源芯片
LDO
供
电能力大于
1A5
,
PCB
布局时,电容必须靠近芯片引脚,
否则系统会不稳定。芯片
Logic
和
NPU
电源的核电压是
0V8
,电源芯片
LDO
供电能力大于
2 A
,
PCB
布局时,电
容必须靠近芯片引脚,否则系统会不稳定。
LPDDR4
电
压值是
1
.
1 V
,
DDR
颗粒的电源必须要采用同一电源网
络,电容靠近芯片放置,
VCC
_
DDR
通过分压电阻产生
Vref
_
CA
电压,分压电阻精度要求使用
1
% 的精密电阻。
晶振的
XIN
、
XOUT
信号在
PCB 设计时走线全程
做包地处理,并保证这些信号有完整的参考地, 晶体
电路下方不能电源线或有高速信号穿过,并且不超过
两个过孔,晶振靠近主控放置。
DDR
组内的不同信号
线之间和组间两相邻信号线均要保持“
3 W
”原则,
CLKP
、
CLKN
差分对线长误差小于
5 mil
,
DQS
、
DM
和
DATA
的线长误差小于
10 mil
,
DQSnP
、
DQSnM
差
分对线长误差小于
5 mil
。
FLASH
保持信号参考平面完
整避免信号走线穿越电源分割区域,相邻信号走线间距
保持“
3 W
”原则。
传感器
MIPI
差分信号并保持
GND
参考平面完整,
差分对等长且小于
5 mil
,差分对的
PCB
走线控制差分
阻抗
100 Ω
±
10
%,控制器电源的去耦电容请靠近管脚
放置,差分对与其他信号的间距遵循
3 W
原则。
4 结束语
本文设计了一款基于石墨烯散热的
8 K
智能摄像头,
通
HDMI2
.
1
接口直连电视,给用户
8 K
端到端极高清
的完美呈现。为了确保摄像头性能稳定,本设计采用石
墨烯对芯片散热。
信迈提供RK3588视觉方案。
