聚焦車(chē)載高速串行總線(xiàn)，解析泰克GMSL/FPD-LINK 測試解決方案

GMSL是美信的車(chē)載SERDES總線(xiàn)，用于高性能攝像頭及高清視頻連接，可以同時(shí)在同軸及屏蔽雙絞線(xiàn)上進(jìn)行傳輸。對于車(chē)載ADAS攝像頭應用，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(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，低延遲對于安全非常關(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，同時(shí)增加系統通信能力，一直是保持系統競爭力的根本；

?   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：

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?？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。

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。

同軸GMSL系統頻帶使用方式

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。

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，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，它也是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.       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。

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。

汽車(chē)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(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：

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。

車(chē)內高速信號隨著(zhù)分辨率提高不斷演進(jìn)

泰克GMSL/FPD-LINK測試解決方案

客戶(hù)在進(jìn)行GMSL/FPD-LINK測試時(shí)面對了諸多的挑戰：

?   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。

?   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。

?   本身從事汽車(chē)行業(yè)的工程師團隊在高速串行總線(xiàn)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(gè)輸入通道，方便進(jìn)行混合總線(xiàn)的調試和分析，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50GS/s；

6.     內置了函數發(fā)生器、數字電壓表以及頻率計數器功能；

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

8.     標配了與通道數目一致的1GHz無(wú)源探頭；

9.     具備豐富的軟件包選件，覆蓋各種應用場(chǎng)景。

泰克車(chē)內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(chē)內SERDES測試經(jīng)驗，同時(shí)自定義LVDS軟件可以幫助工程師用最簡(jiǎn)單的方式，并且根據不同客戶(hù)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(jìn)度，使得產(chǎn)品能夠更快的投放到市場(chǎng)。