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聚焦車載高速串行總線，解析泰克GMSL/FPD-LINK測試解決方案

時間：2023-08-07 18:46:32

關鍵字：測試測量汽車電子

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[導讀]GMSL是美信的車載SERDES總線，用于高性能攝像頭及高清視頻連接，可以同時在同軸及屏蔽雙絞線上進行傳輸。

GMSL是美信的車載SERDES總線，用于高性能攝像頭及高清視頻連接，可以同時在同軸及屏蔽雙絞線上進行傳輸。對于車載ADAS攝像頭應用，需要考慮的關鍵點包括：

? 帶寬，以備份輔助廣角攝像頭為例，130萬像素、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1Gbps；

? 延遲，對于時速100公里的汽車來說，每秒行駛距離將達27.8m，低延遲對于安全非常關鍵；

? 可靠性，車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(shù)量，同時增加系統(tǒng)通信能力，一直是保持系統(tǒng)競爭力的根本；

? 圖像質量，基于視覺的目標檢測依賴所需處理的圖片質量，高質量圖片是必須的。

GMSL代次對應的攝像頭及顯示分辨率，如下圖所示：

▲當前與下一代GMSL支持的攝像頭及顯示分辨率

GMSL SERDES芯片自帶SSC功能，以降低鏈路的EMI干擾。考慮到附加的供電與地線要求，GMSL芯片也具備power-over-coaxial架構來應對降低車重的挑戰(zhàn)，具備雙向控制信道。為了降低系統(tǒng)成本減少設計時間，GMSL具備菊花鏈式連接多個攝像頭模組的能力。

GMSL支持Power Over Coax（同軸供電）功能，要實現(xiàn)此功能，同軸內(nèi)導體頻譜被分為三個頻段：供電、反向信道數(shù)據(jù)、前向信道數(shù)據(jù)，如下圖所示。通過濾波將確切的頻段分配至對應的電路。數(shù)據(jù)通道為AC耦合，通過收發(fā)機輸入端串聯(lián)電容實現(xiàn)。

▲同軸GMSL系統(tǒng)頻帶使用方式

▲PoC示例

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(nèi)阻抗提升至1kΩ。由于數(shù)據(jù)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。

GMSL具備自適應均衡能力，伴隨著12個不同的補償?shù)燃?，均衡器使得SERDES系統(tǒng)支持30m同軸及15m屏蔽雙絞線STP電纜長度。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鐘、總線寬度之前。在新一代的GMSLGen2中，芯片支持MIPID-PHYv1.2，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全稱是FlatPanelDisplayLink，最早是由NI于1996年推出的高速數(shù)字視頻接口，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序控制器，它也是LVDS標準第一個大規(guī)模應用的總線標準。

在車載應用中，F(xiàn)PD-LINK通常用于導航系統(tǒng)、車內(nèi)娛樂、備份攝像頭以及高級輔助駕駛系統(tǒng)中。由于車載環(huán)境對于電子設備來說是最嚴苛的要求，當前主要的FPD-LINKII及III芯片都需要滿足或者超過AEC-Q100汽車可靠性標準，以及ISO 10605汽車ESD應用標準。

FPD-LINKIII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）在同一對差分線上進行雙向的通信傳輸。除了時鐘和流視頻數(shù)據(jù)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，F(xiàn)PD-Link III通過消除用于I2C和CAN總線等控制通道的電纜，進一步降低了電纜成本。

（2）FPD-Link III停止使用LVDS技術，僅使用CML處理串行化的高速信號。這使其能夠在長度超過10m的電纜上輕松地以超過3Gbit/s的數(shù)據(jù)速率工作。使用CML的另一個好處是同軸電纜驅動能力。CML技術在驅動同軸電纜中的單導體時效果很好。由于同軸電纜非常擅長控制阻抗和噪聲，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(xù)性和噪聲干擾。

（3）FPD-Link III的另一個額外好處是解串器中內(nèi)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。

汽車制造商差異化的方式之一是提供更先進的信息娛樂系統(tǒng)，一些豪華車型配備多達10到15個顯示面板以及更復雜的處理和功能。另一方面，入門級車型正在為駕駛員提供基本的中央信息顯示器（CID）和數(shù)字儀表盤。在入門級車輛中提供功能齊全的信息娛樂系統(tǒng)的力度也越來越大，該系統(tǒng)仍然可以使用復雜的數(shù)字處理器以成本和空間有效的方式驅動多個顯示器。

▲汽車座艙中的多屏顯示，參考MIPI.org

而采用FPD-LINKIII的串行器和解串器，可以靈活的通過一路或多路DSI接口，利用虛擬信道或者同步、異步的分割方式實現(xiàn)在多個顯示屏的輸出，如下圖所示：

▲智能座艙中FPD-LINKIII多屏顯示應用，參考TI

隨著攝像頭及屏幕的分辨率不斷提高，也使得FPD-LINK以及GMSL等車內(nèi)SERDES總線的速率在不斷推高，由此帶來的信號完整性問題也會使得測試更加復雜。

▲車內(nèi)高速信號隨著分辨率提高不斷演進

泰克GMSL/FPD-LINK測試解決方案

客戶在進行GMSL/FPD-LINK測試時面對了諸多的挑戰(zhàn)：

? 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，如果不能關閉反向控制信號或者在實際的應用環(huán)境中想驗證高速串行信號的諸如抖動和眼圖等信號質量，工程師在測試中往往還需要通過數(shù)字濾波器來濾除控制信號。

? 工程師還面臨著如何進行準確的信號采集、時鐘恢復設定以及S參數(shù)嵌入去嵌和均衡方式的設定等種種挑戰(zhàn)。

? 本身從事汽車行業(yè)的工程師團隊在高速串行總線的標準和測試上可能缺乏經(jīng)驗。

該測試方案的組成由泰克MSO6B系列示波器、探頭以及軟件構成，MSO6B系列示波器具備優(yōu)異的性能：

（1）高達10GHz帶寬，應對FPD-LINK/GMSL的測試帶寬需求；

（2）高達12比特的ADC分辨率；

（3）最高8個輸入通道，方便進行混合總線的調試和分析，可支持多通道電源軌測量、多通道電源質量測量；

（4）最優(yōu)異的噪聲性能：< 55μV @ 1mV/div和1GHz；

（5）采樣率最高可達50GS/s；

（6）內(nèi)置了函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字電壓表以及頻率計數(shù)器功能；

（7）15.6寸容性觸摸屏，分辨率高達1920x1080，以及簡單直觀的全觸摸操作方式；

（8）標配了與通道數(shù)目一致的1GHz無源探頭；

（9）具備豐富的軟件包選件，覆蓋各種應用場景。

泰克車內(nèi)SERDES測試方案不僅僅是測試本身，泰克工程師團隊具備較豐富的車內(nèi)SERDES測試經(jīng)驗，同時自定義LVDS軟件可以幫助工程師用最簡單的方式，并且根據(jù)不同客戶要求自己去定義測試的模板和限制，幫助工程師可以更快的熟悉測試的方法和設定，更快的完成項目測試進度，使得產(chǎn)品能夠更快的投放到市場。