|
作者：泰克科技 隨著(zhù)汽車(chē)智能化和自動(dòng)駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，車(chē)內通信系統的重要性日益凸顯。車(chē)內異步串行總線(xiàn)技術(shù)，如LVDS（Low-Voltage Differential Signaling）、GMSL（Gigabit Multimedia Serial Link）和FPD-LINK（Flat Panel Display Link），已成為實(shí)現高性能攝像頭、高清視頻傳輸和高級駕駛輔助系統（ADAS）的關(guān)鍵技術(shù)。本文將詳細介紹GMSL和FPD-LINK的技術(shù)特點(diǎn)、應用場(chǎng)景以及泰克公司提供的先進(jìn)測試解決方案，幫助工程師應對高速信號完整性測試的挑戰，確保車(chē)內通信系統的可靠性和高性能。 GMSL GMSL是美信公司推出的車(chē)載SERDES總線(xiàn)，廣泛應用于高性能攝像頭和高清視頻連接。它支持在同軸電纜和屏蔽雙絞線(xiàn)上同時(shí)傳輸數據，具備高帶寬、低延遲、高可靠性和低功耗等關(guān)鍵特性。以130萬(wàn)像素、18比特色彩深度和30fps幀率的廣角攝像頭為例，其帶寬需求已超過(guò)1Gbps。此外，GMSL還具備以下特點(diǎn)： 帶寬，以備份輔助廣角攝像頭為例，130萬(wàn)像素，色彩深度18比特以及幀率30fps，包含其他諸如控制比特及直流平衡編碼，需要的帶寬或速率將超過(guò)1Gbps。 延遲，對于時(shí)速100公里的汽車(chē)來(lái)說(shuō)，每秒行駛距離將達27.8m�？紤]到乘客及交通安全，低延遲非常關(guān)鍵。 可靠性，車(chē)輛全生命周期的磨損適應性都必須要考慮，并且具備檢測工作運行情況的能力 功耗，減少器件和電纜的數量且增加系統通信能力一直是保持系統成本低廉且價(jià)格具備競爭力的根本。 圖像質(zhì)量，基于視覺(jué)的目標檢測依賴(lài)所需處理的圖片質(zhì)量，高質(zhì)量圖片是必須的。 GMSL代次對應的攝像頭及顯示分辨率如下圖： 
圖：當前與下一代GMSL支持的攝像頭及顯示分辨率
圖：GMSL SERDES 支持多播視頻示例 GMSL SERDES芯片自帶SSC功能，以降低鏈路的EMI干擾�？紤]到附加的供電與地線(xiàn)要求，GMSL芯片也具備power-over-coaxial架構來(lái)應對降低車(chē)重的挑戰。具備雙向控制信道。為了降低系統成本減少設計時(shí)間，GMSL具備菊花鏈式連接多個(gè)攝像頭模組的能力。
圖：同軸GMSL系統頻帶使用方式 GMSL支持Power Over Coax（同軸供電）功能，要實(shí)現此功能，同軸內導體頻譜被分為三個(gè)頻段：供電、反向信道數據、前向信道數據，如下圖所示。通過(guò)濾波將確切的頻段分配至對應的電路。數據通道為AC耦合，通過(guò)收發(fā)機輸入端串聯(lián)電容實(shí)現。 直流供電采用串聯(lián)電感構建濾波器的低通特性，并且反向信道和前向信道帶寬內阻抗提升至1kΩ。由于數據通道采用50Ω端接，20倍的阻抗提升足以耦合直流電壓且濾除高頻成分。
圖：PoC示例 GMSL具備自適應均衡能力，伴隨著(zhù)12個(gè)不同的補償等級，均衡器使得SERDES系統支持30m同軸及15m屏蔽雙絞線(xiàn)STP電纜長(cháng)度。自適應均衡可以周期性調整。 當前GMSL采用了8b/10b編碼保證直流平衡，位于決定諸如攝像頭應用中像素時(shí)鐘、總線(xiàn)寬度之前。 在新一代的GMSL Gen2中，芯片支持MIPI D-PHY v1.2，最高速率可至2Gbps，前向鏈路速率最高可達6Gbps，反向鏈路速率可達187.5Mbps。 FPD-LINK FPD-LINK全稱(chēng)是Flat Panel Display Link，最早是由NI于1996年推出的高速數字視頻接口（現在屬于德州儀器TI），用于將筆記本電腦、平板電腦、平板顯示器或 LCD 電視中圖形處理單元的輸出連接到顯示面板的時(shí)序控制器。 大多數筆記本電腦、平板電腦、平板顯示器和電視都在內部使用該接口。其也屬于LVDS標準第一個(gè)大規模應用的總線(xiàn)標準。 在車(chē)載應用中，FPD-LINK通常用于導航系統、車(chē)內娛樂(lè )、備份攝像頭以及高級輔助駕駛系統中。由于車(chē)載環(huán)境對于電子設備來(lái)說(shuō)是最嚴苛的要求，當前主要的FPD-LINK II及III芯片都需要滿(mǎn)足或者超過(guò)AEC-Q100汽車(chē)可靠性標準，以及ISO 10605 汽車(chē)ESD應用標準。 FPD-LINK III標準最早在2010年引入，其相對于上一代FPD-LINK II的主要特征就是： 1) 在同一對差分線(xiàn)上進(jìn)行雙向的通信傳輸。除了時(shí)鐘和流視頻數據之外，該雙向通道還可以在源和目標之間傳輸控制信號。 因此，FPD-Link III 通過(guò)消除用于 I2C 和 CAN 總線(xiàn)等控制通道的電纜，進(jìn)一步降低了電纜成本。 2) 另一個(gè)新功能，FPD-Link III 停止使用 LVDS 技術(shù)，僅使用 CML 處理串行化的高速信號。 這使其能夠在長(cháng)度超過(guò) 10 m 的電纜上輕松地以超過(guò) 3 Gbit/s 的數據速率工作。 使用 CML 的另一個(gè)好處是同軸電纜驅動(dòng)能力。 CML 技術(shù)在驅動(dòng)同軸電纜中的單導體時(shí)效果很好。 由于同軸電纜非常擅長(cháng)控制阻抗和噪聲，因此它們減少了對差分信號的需求，從而更好地容忍阻抗不連續性和噪聲干擾。
圖：典型的CML電路 3) FPD-Link III 的另一個(gè)額外好處是解串器中內置的自適應均衡。 解串器的輸入信號通常具有降低的完整性。 這通常是由電纜損耗引起的符號間干擾 (ISI) 造成的。 自適應均衡器可以感知較差的信號并將其恢復到原始的完整性。 汽車(chē)制造商差異化的方式之一是提供更先進(jìn)的信息娛樂(lè )系統，一些豪華車(chē)型配備多達 10 到 15 個(gè)顯示面板以及更復雜的處理和功能。 另一方面，入門(mén)級車(chē)型正在為駕駛員提供基本的中央信息顯示器 (CID) 和數字儀表盤(pán)。 在入門(mén)級車(chē)輛中提供功能齊全的信息娛樂(lè )系統的力度也越來(lái)越大，該系統仍然可以使用復雜的數字處理器以成本和空間有效的方式驅動(dòng)多個(gè)顯示器。
圖：汽車(chē)座艙中的多屏顯示 而采用FPD-LINK III的串行器和解串器，可以靈活的通過(guò)一路或多路DSI接口，利用虛擬信道或者同步、異步的分割方式實(shí)現在多個(gè)顯示屏的輸出。 如下圖所示：
圖：智能座艙中FPD-LINKIII多屏顯示應用，參考TI 隨著(zhù)攝像頭及屏幕的分辨率不斷提高，也使得FPD-LINK以及GMSL等車(chē)內SERDES總線(xiàn)的速率在不斷推高，由此帶來(lái)的信號完整性問(wèn)題也會(huì )使得測試更加復雜。 泰克GMSL/FPD-LINK測試解決方案 由于GMSL/FPD-LINK采用了在高速串行信號中復用了反向控制信號，如果不能關(guān)閉反向控制信號或者在實(shí)際的應用環(huán)境中想驗證高速串行信號的諸如抖動(dòng)和眼圖等信號質(zhì)量，工程師在測試中往往還需要通過(guò)數字濾波器來(lái)濾除控制信號。但同時(shí)工程師還面臨著(zhù)如何進(jìn)行準確的信號采集、時(shí)鐘恢復設定以及S參數嵌入去嵌和均衡方式的設定等種種挑戰。
圖：車(chē)內高速信號隨著(zhù)分辨率提高不斷演進(jìn) 工程師可以利用泰克數學(xué)運算中引入數字濾波器的方式進(jìn)行自定義的信號選擇，如下圖所示的GMSL Gen2的信號，其中疊加了187.5Mbps的反向控制信號。這個(gè)信號的存在使得高速串行信號的高低電平存在劇烈的波動(dòng)：
圖：GMSL Gen2 實(shí)際信號示例 而通過(guò)在泰克示波器中的Math通道應用自定義濾波器，可以將相對低速的控制信號濾除，從而得到需要分析的高速串行信號方便進(jìn)行后續的抖動(dòng)、眼圖模板等測試，如下圖中橙色的數學(xué)通道波形即為濾出的高速信號：
圖：濾除控制信號前后的GMSL Gen2信號對比 同時(shí)泰克在DPO/MSO70000系列示波器上還具備GMSL以及FPD-LINK的自動(dòng)化測試軟件，其向導功能可以非常方便快捷引導工程師按步驟進(jìn)行通道選擇、信號分析、模板選擇和編輯的設定，降低學(xué)習成本，增強工程師操作的信心：
圖：泰克GMSL/FPD-LINK示例軟件向導界面 并且軟件可以自動(dòng)生成標準清晰的測試報告，支持在線(xiàn)和離線(xiàn)的波形分析，方便工程師在不同工作地點(diǎn)的協(xié)同測試和分析：
圖：泰克GMSL/FPDLINK測試結果示意圖 該測試方案的組成由泰克MSO/DPO70000系列示波器、探頭以及軟件構成：
| |||||||||||||
