汽車 SerDes 賦能下一代車載 ADAS 攝像頭的發(fā)展

隨著市場需求的增長，下一代先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）對攝像頭和雷達系統(tǒng)分辨率的要求越來越高。這意味著傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)、交換機和連接器需要具有更高的速度和更大帶寬。汽車技術(shù)的創(chuàng)新速度日益加快，采用了更先進的汽車技術(shù)，在現(xiàn)有電纜連接基礎(chǔ)設(shè)施上的數(shù)據(jù)速率超過了 1 Gbps。更大帶寬和更短延遲的網(wǎng)絡(luò)，將為會引入時間敏感且復(fù)雜的未來汽車技術(shù)奠定堅實基礎(chǔ)。車載以太網(wǎng)擁有高達10 Gbps 的帶寬，是滿足這些要求的理想選擇。如果汽車需要配備帶寬高達 3,500 Mbps 的攝像頭，我們還必須考慮使用其他技術(shù)來傳輸這些數(shù)據(jù)。

SerDes 簡介

在當(dāng)今的信息娛樂系統(tǒng)中，車載攝像頭和顯示器一般是通過 SerDes（串行器/解串器）連接到圖像處理電子控制單元（ECU）。個別供應(yīng)商的產(chǎn)品使用了閉源的專有技術(shù)。在擴展 SerDes 鏈路的覆蓋范圍時，可能需要以較低的波特率和更高階的調(diào)制方案（例如 PAM-4）運行。此外還需要使用更大帶寬的車載以太網(wǎng)鏈路作為區(qū)域之間的主要互連，并且需要采用支持高達10 Gbps 吞吐量的 802.3ch 標(biāo)準(zhǔn)。新興的 SerDes 標(biāo)準(zhǔn)，如移動產(chǎn)業(yè)處理器接口（MIPI）A-PHY 和汽車 SerDes 聯(lián)盟（ASA），成為許多芯片供應(yīng)商的關(guān)注重點。市場競爭將會推動成本降低，同時還會創(chuàng)造出更多專用功能。業(yè)界希望在整個生態(tài)系統(tǒng)中建立標(biāo)準(zhǔn)化的測試方法，以滿足互操作性要求。對于實施者和測試供應(yīng)商來說，這樣可以統(tǒng)一對芯片供應(yīng)商、一級供應(yīng)商和原始設(shè)備制造商（OEM）的要求。統(tǒng)一測試要求有助于芯片供應(yīng)商、一級供應(yīng)商和 OEM 加快產(chǎn)品開發(fā)速度，降低成本并提高與其他商用器件的互操作性。圖 2 顯示了車載顯示器的使用場景。圖片來自MIPI 聯(lián)盟，參考了新發(fā)布的 A-PHY 標(biāo)準(zhǔn)。

下一代 SerDes 的一些功能（包括協(xié)議隧道和自適應(yīng)功能）支持未來面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)，使新興的SerDes標(biāo)準(zhǔn)能夠通過菊花鏈?zhǔn)芥溌穼鹘y(tǒng)的汽車協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的 ECU 或橋接器件。如果主鏈路發(fā)生故障，數(shù)據(jù)流復(fù)制功能允許安全關(guān)鍵型系統(tǒng)進行自我復(fù)制。菊花鏈?zhǔn)苟鄠€ SerDes 端口可以背對背連接，先將數(shù)據(jù)聚合到鏈路上，再傳送至 ECU。最后，下一代 SerDes 提供了符合 ISO 26262 的端到端保護機制， 可確保功能的安全性。

這些功能在開發(fā)下一代 ADAS/AV 汽車時深受歡迎。當(dāng)然，工程師仍然需要克服許多挑戰(zhàn)，包括不同的介質(zhì)相關(guān)接口（MDI）電纜和連接器、網(wǎng)絡(luò)安全、與其他供應(yīng)商產(chǎn)品的互操作性，以及在 PAM-N 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)射機測試中確保線性度和 PSD 等技術(shù)問題。工程師還需要驗證接收機抵抗電磁干擾（EMI）的能力，以確保它可以在惡劣的汽車環(huán)境中正常運行。這種復(fù)雜的測量需要向 SerDes 接收機中注入預(yù)定義且經(jīng)過校準(zhǔn)的噪聲電平，同時監(jiān)測其在可接受的誤差限制內(nèi)對符號進行計時的能力。

1.物理層測試

互操作性是一個極其重要的問題。收發(fā)信機是非常靈敏的器件，工程師必須測試它在極其惡劣的汽車環(huán)境中能否保持正常運行，不受高溫、振動、靜電放電（ESD）和電磁干擾（EMI）等條件的影響。

我們將測試分為三個不同的領(lǐng)域。傳輸測試旨在確保發(fā)送的信號符合預(yù)期。接收機功能測試旨在確定您的器件（網(wǎng)關(guān)、模塊、交換機或 PHY）接收正確信號的可靠性。最后是鏈路測試，旨在驗證收發(fā)信機之間無源互連的性能。物理層驗證包括所有這三種測試。所有這些測試的目的是確保來自不同供應(yīng)商的器件保持互操作性。一輛汽車可能有 100 多家零部件供應(yīng)商，還需要遵守多個標(biāo)準(zhǔn)組織制定的規(guī)范。這些應(yīng)用軟件可以根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)對車載器件進行評測，確保實現(xiàn)良好的數(shù)據(jù)完整性。

2.傳輸測試

就發(fā)射機而言，我們希望確保信號特性良好。因此，我們使用一個工具充當(dāng)接收機——在本例中為示波器。將被測設(shè)備（DUT）設(shè)置為一系列已知狀態(tài)，而接收機確定信號是“有效的”。

圖 3. 汽車倒車影像視圖，顯示傳輸中存在間隙圖 3 是含有線條的倒車影像示例。這些線條表示傳輸過程中存在間隙，即丟失了數(shù)據(jù)包。我們?nèi)匀豢梢钥吹揭粌蓚€圖像，但當(dāng)有兒童在汽車后面時，我們絕對不希望屏幕閃爍變黑。不同的供應(yīng)商分別負責(zé)制造攝像頭、電纜、用于路由信號的開關(guān)、用于處理數(shù)據(jù)的 GPU 或 ECU，以及制動器。供應(yīng)商必須共同合作，因此互操作性至關(guān)重要。此外，新興標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)速率比 CAN 快 100 倍到 1000 倍，而且信號速度越快，傳輸系統(tǒng)就越復(fù)雜。調(diào)制類型也變得越來越復(fù)雜。CAN 等傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)使用的是 NRZ 或 PAM-2，而車載以太網(wǎng)和汽車 SerDes 則使用 PAM-3 或 PAM-4。因此，這些發(fā)射機測試還需要檢查數(shù)據(jù)完整性，其中包括：

? 抖動測試，因為時鐘錯誤可能會導(dǎo)致發(fā)射機出現(xiàn)抖動。

? 功率譜密度可以表征一定頻率范圍內(nèi)的噪聲（使用快速傅立葉變換（FFT）或頻譜分析儀），因為 PCB 走線在高頻狀態(tài)下可變成天線。

? 線性測試可表征由反射引起的失真，這些失真會導(dǎo)致發(fā)射機誤碼和比特誤碼。

3.通道測試

連接這些器件的電纜、連接器、夾具或線束稱為鏈路或通道。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）可以表征通道對信號的影響，確保在發(fā)射機和接收機之間保持良好的信號完整性?？紤]到在惡劣的汽車環(huán)境中包含大量電纜，如果您需要預(yù)測通道在車輛中的性能表現(xiàn)，必須嚴(yán)密監(jiān)控阻抗隨頻率的變化。一個鏈路段由電纜、內(nèi)聯(lián)連接器以及兩端相配套的連接器組成。最終，線束負責(zé)傳輸控制數(shù)據(jù)和靜荷數(shù) 據(jù)，并為遠程傳感器提供直流電源。SerDes 鏈路的通道表征包括時域和頻域分析。工程師需要查看線纜連接系統(tǒng)、MDI、夾具和測試系統(tǒng)要求。目前還沒有針對 MDI 連接器的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但已經(jīng)出臺了一些嚴(yán)格的規(guī)范，這有助于減少 MDI 和電纜之間的相互作用。圖4 是一個 H-MTD 連接器示例，這個連接器可用于多千兆車載以太網(wǎng)，也可用于新興 的 SerDes 標(biāo)準(zhǔn)。

圖 4. 配有 H-MTD 和 SMA 接口的 MDI 連接器示例我們在進行通道測試時，需要查看是否有以下錯誤：? 阻抗失配? 信號失真或缺陷? 電纜之間的串?dāng)_

4.接收機測試

接收機負責(zé)解碼通過鏈路發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后將其傳送給 ECU 或顯示設(shè)備做進一步處理。接收機一旦出現(xiàn)誤碼，會導(dǎo)致來自安全關(guān)鍵型傳感器（如攝像頭、雷達和激光雷達）的數(shù)據(jù)丟失或損壞。傳統(tǒng)的接收機功能越來越不適應(yīng) PAM-4 等復(fù)雜的調(diào)制方案，特別是通過長信道傳輸信號、受到多種噪聲源同時干擾的情況。為了表征接收機的性能，工程師必須測量其在受到多個噪聲源干擾時的誤碼水平，包括：? 窄帶干擾? 大電流注入 ? 在線瞬變? 線外串?dāng)_測量系統(tǒng)可以包括噪聲源、放大器和耦合電路，以便向有源 SerDes 鏈路注入精確的噪聲電平。接收機必須在受到噪聲干擾的情況下也能正確解釋符號。接收機測試的重點在于，確保接收機在受到干擾時仍能保持較低的比特誤碼率（BER）。

5.未來預(yù)測

未來汽車將會配備更多的攝像頭、連接和傳感器，它們將更準(zhǔn)確、更輕盈、更安全。毫無疑問，要應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，必須在汽車中部署一個車載網(wǎng)絡(luò)。這些車載網(wǎng)絡(luò)必須具有良好的互操作性，安全可靠。

內(nèi)容來源：是德科技
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審核編輯 黃宇