淺談車載SerDes芯片的線纜檢測功能

隨著汽車電動化和智能化時代的到來，車載攝像頭和顯示屏的數量越來越多。作為車載高清視頻傳輸的主流方案，車載SerDes通過同軸線纜或差分線纜，在車內幾米至十幾米的距離內，傳輸每秒Gbit量級的數據，因此車載SerDes使用的線纜往往質量要求較高，布設方式更為嚴苛，旨在盡可能減少線纜上信號的衰減并降低故障率。

說到線纜故障，對于傳輸低頻信號而言，其故障往往是信號線與其它線路短路或者發(fā)生斷路。但對于車載SerDes線纜，建立物理連接形成電流通路只是基本前提，為保證傳輸的穩(wěn)定和可靠，高頻信號傳輸特性決定了傳輸線纜阻抗連續(xù)且接頭連接緊密，所以車載SerDes線纜的故障表現更復雜，例如，連接器接頭氧化導致接觸電阻變大；布線時彎折角度過大或絕緣層損壞導致局部線纜阻抗突變;以及線纜本身制作工藝控制不嚴格導致的阻抗不連續(xù)等，都會導致SerDes信號衰減，其載SerDes常用同軸線纜為例，原則上要求特征阻抗為載SerDes常用同軸線纜為例，原則上要求特征阻抗為50Ω土10% (或者50Ω土5Ω),一旦線纜特征阻抗超出此范園，都可視為發(fā)生故障。

雖然車載SerDes對信號衰減存在容忍度，特征阻抗即使超出上述要求，視頻未必看出異常，卻會成為風險點。當疊加其它負面影響，例如EMC干擾信號影響或高低溫導致元器件性能下降，就有可能導致偶發(fā)性的視頻異常;此外肉眼觀察并不能分辨像素級的偶發(fā)錯誤，然而對于智駕應用必定難以接受。

工程技術人員解決線纜故障問題的方法無非更換根線纜，看似簡單，但存在隱患。首先，故障現象在某一路攝像頭畫面不顯示時，難以直接判斷，故障出在線材還是設備?為此就得先拆設備交叉測試。如排除設備問題，確定是線材問題，還要具體確定是哪段線?畢竟車載主機到攝像頭連線往往由多段線纜級聯，不宜全換。即便換完后開機畫面正常，看似解決而余量多大未知，更難避免小概率問題重現，排查線纜故障問題耗費人力和時間成本。

解決車載SerDes線纜故障過程包含三個層面的分析:第一、明確故障是線材還是設備;第二、快速準確定位線材故障點;第三、預判風險。由此評估線纜檢測方案優(yōu)劣。

縱觀當今市場上主流車載SerDes方案，GMSL/FPD-LINK依靠外加電阻并結合芯片內部電壓/電流檢測電路，通過讀取相關寄存器可判斷同軸電纜芯線是否存在對地短路、對電源短路、斷路，且如果使用POC供電只能檢測是否對地短路(圖1是不帶有POC功能的GMSL檢測原理，圖2是帶有POC功能的GMSL檢測原理，圖片均來自其官網)。ASA標準中沒有介紹檢測原理，但也有相關寄存器描述，可檢測線纜是否存在斷路、線間短路、對電源短路; APHY標準中沒有涉及線纜故障問題的處理。因此，上述方 案對完成前文提到三個分析只能提供有限信息，通常并不能讓問題的解決過程簡化。

圖1

圖2

圖片來源：https://www.analog.com/en/resources/design-notes/how-to-use-gmsl-linefault- . detection-for-power-over-coax.html

新近發(fā)布的“國產”HSMT標準可提供很好的線纜故障檢測方案令人振奮。HSMT除要求能檢測線纜開路、短路，還要求能定位故障位置，誤差1米以下，性能指標易于聯想到車載以太網。車載以太網領域相關標準文檔中，就提到采用基于TDR故障檢測技術，并因成熟可靠得到產業(yè)應用，已有廠商推出手持式檢測儀，支持通過TDR的檢測方式評估線纜質量。

以天津瑞發(fā)科半導體為代表的芯片廠商，已量產支持HSMT標準的車載SerDes芯片組，其中集成TDR檢測電路(如圖3所示)，SerDes發(fā)送特定幅值激勵信號，通過測量反射信號的幅值及時延，可判斷鏈路上是否存在發(fā)生阻抗突變的故障點。這樣不僅可以檢測到信號線對地短路、對電源短路、信號線斷路、線纜接觸不良等故障，而且可以測量故障點到信號源的距離。無需額外增加檢測設備尤為重要，甚至可以不拆解線纜和相關零件，使問題的排查和定位變得非常簡單。

圖3

通過下面的表格對比HSMT和GMSL方案線纜故障檢測的功能差異( APHY標準未涉及線纜故障檢測，ASA尚未有量產型號推出，未列入對比)。

進而車載SerDes中集成TDR檢測電路，還可用于線纜的品質檢驗。畢竟,車載SerDes線纜供應商出貨時，不會逐條線纜都做阻抗-致性的檢測。 車輛組裝完成后，可以“順便”測-下線纜是否存在風險。

總之，車載SerDes芯片中集成基于TDR的線纜故障檢測功能，對于車廠而言，無論是作為售后的維修的排查手段，還是作為出貨時的一種質量管控手段，都具有很好的實用價值。

（本文來源于《EEPW》202407）