淺談車(chē)載SerDes芯片的線(xiàn)纜檢測功能

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

說(shuō)到線(xiàn)纜故障，對于傳輸低頻信號而言，其故障往往是信號線(xiàn)與其它線(xiàn)路短路或者發(fā)生斷路。但對于車(chē)載SerDes線(xiàn)纜，建立物理連接形成電流通路只是基本前提，為保證傳輸的穩定和可靠，高頻信號傳輸特性決定了傳輸線(xiàn)纜阻抗連續且接頭連接緊密，所以車(chē)載SerDes線(xiàn)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(xiàn)時(shí)彎折角度過(guò)大或絕緣層損壞導致局部線(xiàn)纜阻抗突變;以及線(xiàn)纜本身制作工藝控制不嚴格導致的阻抗不連續等，都會(huì )導致SerDes信號衰減，其載SerDes常用同軸線(xiàn)纜為例，原則上要求特征阻抗為載SerDes常用同軸線(xiàn)纜為例，原則上要求特征阻抗為50Ω土10% (或者50Ω土5Ω),一旦線(xiàn)纜特征阻抗超出此范園，都可視為發(fā)生故障。

雖然車(chē)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(huì )成為風(fēng)險點(diǎn)。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(guān)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(shù)人員解決線(xiàn)纜故障問(wèn)題的方法無(wú)非更換根線(xiàn)纜，看似簡(jiǎn)單，但存在隱患。首先，故障現象在某一路攝像頭畫(huà)面不顯示時(shí)，難以直接判斷，故障出在線(xiàn)材還是設備?為此就得先拆設備交叉測試。如排除設備問(wèn)題，確定是線(xiàn)材問(wèn)題，還要具體確定是哪段線(xiàn)?畢竟車(chē)載主機到攝像頭連線(xiàn)往往由多段線(xiàn)纜級聯(lián)，不宜全換。即便換完后開(kāi)機畫(huà)面正常，看似解決而余量多大未知，更難避免小概率問(wèn)題重現，排查線(xiàn)纜故障問(wèn)題耗費人力和時(shí)間成本。

解決車(chē)載SerDes線(xiàn)纜故障過(guò)程包含三個(gè)層面的分析:第一、明確故障是線(xiàn)材還是設備;第二、快速準確定位線(xiàn)材故障點(diǎn);第三、預判風(fēng)險。由此評估線(xiàn)纜檢測方案優(yōu)劣。

縱觀(guān)當今市場(chǎng)上主流車(chē)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(guò)讀取相關(guān)寄存器可判斷同軸電纜芯線(xiàn)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(lái)自其官網(wǎng))。ASA標準中沒(méi)有介紹檢測原理，但也有相關(guān)寄存器描述，可檢測線(xiàn)纜是否存在斷路、線(xiàn)間短路、對電源短路; APHY標準中沒(méi)有涉及線(xiàn)纜故障問(wèn)題的處理。因此，上述方 案對完成前文提到三個(gè)分析只能提供有限信息，通常并不能讓問(wèn)題的解決過(guò)程簡(jiǎn)化。

圖1

圖2

圖片來(lái)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(chǎn)”HSMT標準可提供很好的線(xiàn)纜故障檢測方案令人振奮。HSMT除要求能檢測線(xiàn)纜開(kāi)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(lián)想到車(chē)載以太網(wǎng)。車(chē)載以太網(wǎng)領(lǐng)域相關(guān)標準文檔中，就提到采用基于TDR故障檢測技術(shù)，并因成熟可靠得到產(chǎn)業(yè)應用，已有廠(chǎng)商推出手持式檢測儀，支持通過(guò)TDR的檢測方式評估線(xiàn)纜質(zhì)量。

以天津瑞發(fā)科半導體為代表的芯片廠(chǎng)商，已量產(chǎn)支持HSMT標準的車(chē)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(guò)測量反射信號的幅值及時(shí)延，可判斷鏈路上是否存在發(fā)生阻抗突變的故障點(diǎn)。這樣不僅可以檢測到信號線(xiàn)對地短路、對電源短路、信號線(xiàn)斷路、線(xiàn)纜接觸不良等故障，而且可以測量故障點(diǎn)到信號源的距離。無(wú)需額外增加檢測設備尤為重要，甚至可以不拆解線(xiàn)纜和相關(guān)零件，使問(wèn)題的排查和定位變得非常簡(jiǎn)單。

圖3

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

進(jìn)而車(chē)載SerDes中集成TDR檢測電路，還可用于線(xiàn)纜的品質(zhì)檢驗。畢竟,車(chē)載SerDes線(xiàn)纜供應商出貨時(shí)，不會(huì )逐條線(xiàn)纜都做阻抗-致性的檢測。 車(chē)輛組裝完成后，可以“順便”測-下線(xiàn)纜是否存在風(fēng)險。

總之，車(chē)載SerDes芯片中集成基于TDR的線(xiàn)纜故障檢測功能，對于車(chē)廠(chǎng)而言，無(wú)論是作為售后的維修的排查手段，還是作為出貨時(shí)的一種質(zhì)量管控手段，都具有很好的實(shí)用價(jià)值。

（本文來(lái)源于《EEPW》202407）