聚焦車載高速串行總線，解析泰克GMSL/FPD-LINK 測試解決方案

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(jìn)行傳輸。對于車載ADAS攝像頭應(yīng)用，需要考慮的關(guān)鍵點(diǎn)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(dá)27.8m，低延遲對于安全非常關(guān)鍵；

?   可靠性，車輛全生命周期的磨損適應(yīng)性都必須要考慮，并且具備檢測工作運(yùn)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(zhì)量，基于視覺的目標(biāo)檢測依賴所需處理的圖片質(zhì)量，高質(zhì)量圖片是必須的。

GMSL代次對應(yīng)的攝像頭及顯示分辨率如下圖：

當(dāng)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?？紤]到附加的供電與地線要求，GMSL芯片也具備power-over-coaxial架構(gòu)來應(yīng)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(shè)計(jì)時間，GMSL具備菊花鏈?zhǔn)竭B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(shí)現(xiàn)此功能，同軸內(nèi)導(dǎo)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(yīng)的電路。數(shù)據(jù)通道為AC耦合，通過收發(fā)機(jī)輸入端串聯(lián)電容實(shí)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(gòu)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(yīng)均衡能力，伴隨著12個不同的補(bǔ)償?shù)燃墸馄魇沟肧ERDES系統(tǒng)支持30m同軸及15m屏蔽雙絞線STP電纜長度。自適應(yīng)均衡可以周期性調(diào)整。當(dāng)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(yīng)用中像素時鐘、總線寬度之前。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(dá)6Gbps，反向鏈路速率可達(dá)187.5Mbps。

FPD-LINK

FPD-LINK全稱是Flat Panel Display Link，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(biāo)準(zhǔn)第一個大規(guī)模應(yīng)用的總線標(biāo)準(zhǔn)。

在車載應(yīng)用中，F(xiàn)PD-LINK通常用于導(dǎo)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(shè)備來說是最嚴(yán)苛的要求，當(dāng)前主要的FPD-LINK II及III芯片都需要滿足或者超過AEC-Q100汽車可靠性標(biāo)準(zhǔn)，以及ISO 10605 汽車ESD應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

FPD-LINK III標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(biāo)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(jìn)一步降低了電纜成本。

2.       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。這使其能夠在長度超過 10 m 的電纜上輕松地以超過 3 Gbit/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(qū)動能力。CML 技術(shù)在驅(qū)動同軸電纜中的單導(dǎo)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(yīng)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(yīng)均衡器可以感知較差的信號并將其恢復(fù)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(jìn)的信息娛樂系統(tǒng)，一些豪華車型配備多達(dá) 10 到 15 個顯示面板以及更復(fù)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(fù)雜的數(shù)字處理器以成本和空間有效的方式驅(qū)動多個顯示器。

汽車座艙中的多屏顯示，參考MIPI.org

而采用FPD-LINK III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(shí)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(yīng)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(fù)雜。

車內(nèi)高速信號隨著分辨率提高不斷演進(jìn)

泰克GMSL/FPD-LINK測試解決方案

客戶在進(jìn)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(fù)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(yīng)用環(huán)境中想驗(yàn)證高速串行信號的諸如抖動和眼圖等信號質(zhì)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(jìn)行準(zhǔn)確的信號采集、時鐘恢復(fù)設(shè)定以及S參數(shù)嵌入去嵌和均衡方式的設(shè)定等種種挑戰(zhàn)。

?   本身從事汽車行業(yè)的工程師團(tuán)隊(duì)在高速串行總線的標(biāo)準(zhǔn)和測試上可能缺乏經(jīng)驗(yàn)

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

1.      高達(dá)10GHz帶寬，應(yīng)對FPD-LINK/GMSL的測試帶寬需求；

2.     高達(dá)12比特的ADC分辨率；

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

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

5.     采樣率最高可達(dá)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(jì)數(shù)器功能；

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

8.     標(biāo)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(yīng)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(tuán)隊(duì)具備較豐富的車內(nèi)SERDES測試經(jīng)驗(yàn)，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(shè)定，更快的完成項(xiàng)目測試進(jìn)度，使得產(chǎn)品能夠更快的投放到市場。