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作者：Mark Sauerwald，汽車(chē)連接與以太網(wǎng)應用工程師 平板顯示器鏈路 III（也稱(chēng)為 FPD-Link III）是一種可用于眾多汽車(chē)應用的接口，能進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)視頻傳輸。該接口可通過(guò)低成本線(xiàn)纜（雙絞線(xiàn)或同軸線(xiàn)纜）支持高清數字視頻傳輸和雙向控制通道。FPD-Link III 串行解串器經(jīng)過(guò)精心優(yōu)化，既適用于處理器與顯示器之間的鏈路，又適用于處理器與攝像頭之間的鏈路（圖 1）。本文將概括介紹這些鏈路，以及它們在不久的將來(lái)有望取得的技術(shù)發(fā)展和怎樣才能最充分地利用該技術(shù)。 
不久以前，攝像頭在汽車(chē)上還屬于新鮮事物，主要用于較大型車(chē)輛在倒車(chē)時(shí)觀(guān)察車(chē)后距離的情況，而如今，即便在低成本經(jīng)濟型汽車(chē)中配備倒車(chē)攝像頭也不足為奇。隨著(zhù)汽車(chē)技術(shù)的不斷發(fā)展，車(chē)輛中的攝像頭應用將會(huì )-越來(lái)越豐富，同時(shí)攝像頭本身也將變得越來(lái)越復雜精密。 倒車(chē)攝像頭有助于駕駛員直觀(guān)了解車(chē)后距離的情況，但若僅使用后視鏡，即便可以觀(guān)察，也頗為不方便。下一步的發(fā)展是全景可視系統 (surround-view system) 。在典型的全景可視系統中，車(chē)上將安裝四個(gè)攝像頭，一個(gè)在車(chē)頭，一個(gè)在車(chē)尾保險杠上，兩個(gè)分別位于車(chē)身兩-側，用于后視。每個(gè)攝像頭均采用魚(yú)眼鏡頭，這樣根據所生成的四幅影像，可以合成觀(guān)察車(chē)身四周狀況的完整影像。在全景可視系統中，可將四幅魚(yú)眼影像提供給德州儀器 (TI) DRA74x“Jacinto 6”等視頻影像處理器進(jìn)行處理。 該處理器不僅可消除魚(yú)眼失真，調整可見(jiàn)視點(diǎn)，而且還可將四幅影像合并在一起，生成汽車(chē)的虛擬俯瞰視圖，從而有助于駕駛員清晰地查看車(chē)輛前后或左右的任何障礙物。 當處理這些影像時(shí)，影像的特定部分會(huì )被放大，而其余部分則會(huì )被壓縮。為了保持高影像質(zhì)量，像素的密度應高于標準肉眼觀(guān)察所要求的密度。當前的汽車(chē)影像生成器可支持 1 百萬(wàn)像素 (MP) 的影像，而 2MP 影像生成器也即將問(wèn)世。為了支持新一代影像傳感器，專(zhuān)為 2MP 影像生成器精心優(yōu)化的全新串行解串器設計方案對汽車(chē)設計人員而言將指日可待。隨著(zhù)這些影像器對數據速率提出更高要求，為之提供支持的新一代接口也將應運而生。 汽車(chē)視覺(jué)系統演進(jìn)發(fā)展的另一個(gè)方面是，業(yè)界正從使用倒車(chē)攝像頭等單攝像頭系統進(jìn)一步發(fā)展到使用多個(gè)攝像頭。在使用多個(gè)攝像頭的情況下，影像生成器同步化已成為至關(guān)重要的特性。在全景可視應用等應用領(lǐng)域，實(shí)現所有影像器的同步可使影像處理輕松易行。但是，在-使用兩個(gè)攝像頭交替工作以創(chuàng )建車(chē)前3D 立體影像場(chǎng)景的情況下，也需要使用同步來(lái)判定移動(dòng)對象的準確位置，也就是說(shuō)甚至能判定從移動(dòng)車(chē)輛上看到的靜態(tài)對象的準確位置。新一代系統將必須具備支持多個(gè)完全同步攝像頭的潛能。 在許多領(lǐng)域，為現有技術(shù)增添更多功能都會(huì )讓互聯(lián)更復雜、成本更高昂。例如，若要為家庭 DVD 播放機和視頻監視器之間的鏈路添加寫(xiě)保護，就需要將模擬同軸線(xiàn)纜更換為 HDMI 線(xiàn)纜。這種全新的連接方法不僅可實(shí)現更好的畫(huà)質(zhì)，同時(shí)還能提供寫(xiě)保護。但付出的代價(jià)是需要使用成本高得多的線(xiàn)纜/連接器生態(tài)系統，而且也難以支-持較長(cháng)距離的連接。 汽車(chē)中也存在類(lèi)似的問(wèn)題，EPD-LINK III 經(jīng)擴展后，能夠使用相同的雙絞線(xiàn)線(xiàn)纜將來(lái)自藍光.播放器或服務(wù)-器的版權保護內容傳輸至后座娛樂(lè )顯示屏。本技術(shù)規范能在不造成介質(zhì)成本增加的情況下實(shí)現這一功能，也不會(huì )縮短無(wú)版權保護能力的老式介質(zhì)的傳輸距離。圖 1 即為體現這種技術(shù)的芯片組。在這些器件中，過(guò)去通過(guò)獨立導體傳輸的相同信息現在經(jīng)編碼后就可使用 FPD-Link III 方式傳輸，即與視頻內容共享同一傳輸導體。 將視頻從攝像頭傳輸給處理器，或是將視頻從藍光播放器傳輸到顯示屏，只是處理工作的一部分。在這兩種情況下，都需要從相反的方向傳輸控制信號。具體就攝像頭而言，處理器需要配置影像生成器。對于后座娛樂(lè )顯示屏而言，用戶(hù)界面通常為觸摸屏，而且觸摸命令必須從屏幕發(fā)送回處理器。 FPD-Link III 可使用集成型返回通道處理該事物，這不僅允許使用同一條同軸線(xiàn)纜或雙絞線(xiàn)向一個(gè)方向傳輸視頻，同時(shí)還能提供共享同一導體的獨立雙向控制通道。這樣就能使用輕薄且靈活度高的低成本線(xiàn)纜。但還需要解決電源問(wèn)題，攝像頭和顯示器都需要電源。 能否使用同一線(xiàn)纜既給設備供電又能提供通信鏈路？ 通過(guò)同軸線(xiàn)纜供電 同時(shí)使用同一線(xiàn)纜進(jìn)行供電和通信的關(guān)鍵在于需要思考線(xiàn)纜的頻域特征。FPD-Link III 上的視頻轉發(fā)通道和雙向控制通道之所以能夠共享同一線(xiàn)纜，原因在于這兩個(gè)-信號在頻域中占用的空間不同。以 DS90UB913A-Q1 和DS90UB914A-Q1 為例，控制通道占用的頻域是從大約1MHz 到大約 5MHz 不等。視頻通道占用的頻域是從大約 70MHz 到大約 700MHz 不等。為同一線(xiàn)纜添加電力傳輸功能必須避免干擾上述兩個(gè)頻段中的任意一個(gè)。 對于同軸線(xiàn)纜供電 (POC) 而言，需要使用電路將輸入信號分為兩個(gè)支路（圖 2）。其中一路負責傳輸用于POC 電路的 DC 電源，另一路負責傳輸無(wú) DC 電源的信號。要實(shí)現這種效果，需要在信號路徑這一支路上布置一個(gè)元件，以便讓回傳和轉發(fā)通道的信號通過(guò)，但會(huì )阻斷 DC。簡(jiǎn)單地使用一個(gè)電容器就可以達到這個(gè)目的。
0.1μF 電容器從回傳通道頻段 1MHz 開(kāi)始直到 700MHz 上限都具有非常低的阻抗。該電容器在市場(chǎng)上隨處有售且價(jià)格低廉。就 0.1μF 電容器的寄生電感而言，0603 電容器在 1nH 左右，就所使用的頻段來(lái)說(shuō)不會(huì )有什么影響。要將 AC 信號與 DC 電源進(jìn)行分離，這一規格的電容可謂理想選擇。 對于另一個(gè)支路，要做到既通過(guò) DC 電源又避免干擾 AC 信號，難度較大。由于數據通道穿過(guò)的是阻抗受控制的傳輸線(xiàn)路，因而在整個(gè)轉發(fā)通道的頻段內，該低通電路的阻抗必須維持在較高水平。 要讓電源電路避免干擾數據通道，該電路的阻抗必須比線(xiàn)纜的特征阻抗高大約 20 倍。以 50Ω的同軸線(xiàn)纜為例，該阻抗在1MHz 到700MHz 范圍內必須大于1KΩ。如果有理想的導體，就可用于這一應用。 但令人遺憾的是，找到理想導體的難度比找到理想電容器的難度更大。要在回傳通道使用的 1MHz 較低頻段上得到 1k.以上的阻抗，需要 100μH 的電感器。但典型的 100μH 電感器都會(huì )有寄生電容，會(huì )在頻率高于70MHz 時(shí)阻抗降至低于 1k.。因而它會(huì )干擾轉發(fā)通道。 圖 3 是一些不同導體的阻抗隨頻率變化的曲線(xiàn)圖。注意，阻抗會(huì )先上升到寄生電容占主導的特定點(diǎn)，然后下降。從圖上可以看出，100μH 的導體能夠良好地阻斷控制通道，因為其阻抗從 1MHz 到 5MHz 都是大約 1k.。但是，當轉發(fā)通道為 150ΜHζ時(shí)，該阻抗下降到大約200.。解決方案是使用配備兩個(gè)串聯(lián)電感器的電路。其中 100μH 的電感器用于阻斷控制通道，而另一條較小的電感器則用于阻斷視頻通道。對于第二個(gè)電感器而言，大約 5μH 的電感就非常合適。
要求的物理特性決定了電感器的值（100 μH 和4.7μH），但實(shí)際尺寸由鐵芯維持磁場(chǎng)的能力決定。 從物理原理來(lái)說(shuō)，尺寸較小的電感器會(huì )有較低的飽和電流。使用較小電感器的方法之一是降低電路的電流需求，這可以通過(guò)提高由同軸線(xiàn)纜傳輸的電壓來(lái)實(shí)現。如果攝像頭需要1.5W 的功率，且用同軸線(xiàn)纜傳輸5V 電壓，那么所需的電流就是 300mA 。所選用的 100μH 電感器可能是能夠容許的最小物理尺寸（7毫米 x 7毫米 x 4 毫米）。但是，如果使用 12V 供電，那么只需要125mA 的電流。支持這一較低電流的電感器在物理空間尺寸上比支持 300mA 的電感器小四分之三。 結論 視頻在現代汽車(chē)領(lǐng)域中扮演著(zhù)日益重要的角色。FPD-Link III 是支持當今和未來(lái)需求的理想技術(shù)，其可通過(guò)使用廉價(jià)的線(xiàn)纜實(shí)現更多功能，從而能最大限度地降低系統成本。此外，它也是一項能與時(shí)俱進(jìn)、隨時(shí)跟上未來(lái)發(fā)展的技術(shù)。 |
