汽車(chē) SerDes 賦能下一代車(chē)載 ADAS 攝像頭的發(fā)展

隨著(zhù)市場(chǎng)需求的增長(cháng)，下一代先進(jìn)駕駛輔助系統（ADAS）對攝像頭和雷達系統分辨率的要求越來(lái)越高。這意味著(zhù)傳輸數據的網(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(chē)技術(shù)的創(chuàng )新速度日益加快，采用了更先進(jìn)的汽車(chē)技術(shù)，在現有電纜連接基礎設施上的數據速率超過(guò)了 1 Gbps。更大帶寬和更短延遲的網(wǎng)絡(luò )，將為會(huì )引入時(shí)間敏感且復雜的未來(lái)汽車(chē)技術(shù)奠定堅實(shí)基礎。車(chē)載以太網(wǎng)擁有高達10 Gbps 的帶寬，是滿(mǎn)足這些要求的理想選擇。如果汽車(chē)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(lái)傳輸這些數據。

圖1.下一代先進(jìn)駕駛輔助系統（ADAS）

SerDes 簡(jiǎn)介

在當今的信息娛樂(lè )系統中，車(chē)載攝像頭和顯示器一般是通過(guò) SerDes（串行器/解串器）連接到圖像處理電子控制單元（ECU）。個(gè)別供應商的產(chǎn)品使用了閉源的專(zhuān)有技術(shù)。在擴展 SerDes 鏈路的覆蓋范圍時(shí)，可能需要以較低的波特率和更高階的調制方案（例如 PAM-4）運行。此外還需要使用更大帶寬的車(chē)載以太網(wǎng)鏈路作為區域之間的主要互連，并且需要采用支持高達10 Gbps 吞吐量的 802.3ch 標準。新興的 SerDes 標準，如移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口（MIPI）A-PHY 和汽車(chē) SerDes 聯(lián)盟（ASA），成為許多芯片供應商的關(guān)注重點(diǎn)。市場(chǎng)競爭將會(huì )推動(dòng)成本降低，同時(shí)還會(huì )創(chuàng )造出更多專(zhuān)用功能。業(yè)界希望在整個(gè)生態(tài)系統中建立標準化的測試方法，以滿(mǎn)足互操作性要求。對于實(shí)施者和測試供應商來(lái)說(shuō)，這樣可以統一對芯片供應商、一級供應商和原始設備制造商（OEM）的要求。統一測試要求有助于芯片供應商、一級供應商和 OEM 加快產(chǎn)品開(kāi)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(chē)載顯示器的使用場(chǎng)景。圖片來(lái)自MIPI 聯(lián)盟，參考了新發(fā)布的 A-PHY 標準。

圖 2. 使用了 MIPI A-PHY 技術(shù)的車(chē)載顯示器示例

下一代 SerDes 的一些功能（包括協(xié)議隧道和自適應功能）支持未來(lái)面向服務(wù)的體系結構，使新興的SerDes標準能夠通過(guò)菊花鏈式鏈路將傳統的汽車(chē)協(xié)議轉發(fā)到相應的 ECU 或橋接器件。如果主鏈路發(fā)生故障，數據流復制功能允許安全關(guān)鍵型系統進(jìn)行自我復制。菊花鏈使多個(gè) SerDes 端口可以背對背連接，先將數據聚合到鏈路上，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(kāi)發(fā)下一代 ADAS/AV 汽車(chē)時(shí)深受歡迎。當然，工程師仍然需要克服許多挑戰，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、與其他供應商產(chǎn)品的互操作性，以及在 PAM-N 網(wǎng)絡(luò )的****機測試中確保線(xiàn)性度和 PSD 等技術(shù)問(wèn)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(chē)環(huán)境中正常運行。這種復雜的測量需要向 SerDes 接收機中注入預定義且經(jīng)過(guò)校準的噪聲電平，同時(shí)監測其在可接受的誤差限制內對符號進(jìn)行計時(shí)的能力。

1.物理層測試

互操作性是一個(gè)極其重要的問(wèn)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(chē)環(huán)境中能否保持正常運行，不受高溫、振動(dòng)、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(gè)不同的領(lǐng)域。傳輸測試旨在確保發(fā)送的信號符合預期。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(wú)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(lái)自不同供應商的器件保持互操作性。一輛汽車(chē)可能有 100 多家零部件供應商，還需要遵守多個(gè)標準組織制定的規范。這些應用軟件可以根據現有標準對車(chē)載器件進(jìn)行評測，確保實(shí)現良好的數據完整性。

2.傳輸測試

就****機而言，我們希望確保信號特性良好。因此，我們使用一個(gè)工具充當接收機——在本例中為示波器。將被測設備（DUT）設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(chē)倒車(chē)影像視圖，顯示傳輸中存在間隙圖 3 是含有線(xiàn)條的倒車(chē)影像示例。這些線(xiàn)條表示傳輸過(guò)程中存在間隙，即丟失了數據包。我們仍然可以看到一兩個(gè)圖像，但當有兒童在汽車(chē)后面時(shí)，我們絕對不希望屏幕閃爍變黑。不同的供應商分別負責制造攝像頭、電纜、用于路由信號的開(kāi)關(guān)、用于處理數據的 GPU 或 ECU，以及制動(dòng)器。供應商必須共同合作，因此互操作性至關(guān)重要。此外，新興標準的數據速率比 CAN 快 100 倍到 1000 倍，而且信號速度越快，傳輸系統就越復雜。調制類(lèi)型也變得越來(lái)越復雜。CAN 等傳統標準使用的是 NRZ 或 PAM-2，而車(chē)載以太網(wǎng)和汽車(chē) SerDes 則使用 PAM-3 或 PAM-4。因此，這些****機測試還需要檢查數據完整性，其中包括：

? 抖動(dòng)測試，因為時(shí)鐘錯誤可能會(huì )導致****機出現抖動(dòng)。

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

? 線(xiàn)性測試可表征由反射引起的失真，這些失真會(huì )導致****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(xiàn)束稱(chēng)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****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(chē)環(huán)境中包含大量電纜，如果您需要預測通道在車(chē)輛中的性能表現，必須嚴密監控阻抗隨頻率的變化。一個(gè)鏈路段由電纜、內聯(lián)連接器以及兩端相配套的連接器組成。最終，線(xiàn)束負責傳輸控制數據和靜荷數 據，并為遠程傳感器提供直流電源。SerDes 鏈路的通道表征包括時(shí)域和頻域分析。工程師需要查看線(xiàn)纜連接系統、MDI、夾具和測試系統要求。目前還沒(méi)有針對 MDI 連接器的統一標準，但已經(jīng)出臺了一些嚴格的規范，這有助于減少 MDI 和電纜之間的相互作用。圖4 是一個(gè) H-MTD 連接器示例，這個(gè)連接器可用于多千兆車(chē)載以太網(wǎng)，也可用于新興 的 SerDes 標準。

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

4.接收機測試

接收機負責解碼通過(guò)鏈路發(fā)送的數據，然后將其傳送給 ECU 或顯示設備做進(jìn)一步處理。接收機一旦出現誤碼，會(huì )導致來(lái)自安全關(guān)鍵型傳感器（如攝像頭、雷達和激光雷達）的數據丟失或損壞。傳統的接收機功能越來(lái)越不適應 PAM-4 等復雜的調制方案，特別是通過(guò)長(cháng)信道傳輸信號、受到多種噪聲源同時(shí)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(gè)噪聲源干擾時(shí)的誤碼水平，包括：? 窄帶干擾? 大電流注入 ? 在線(xiàn)瞬變? 線(xiàn)外串擾測量系統可以包括噪聲源、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(diǎn)在于，確保接收機在受到干擾時(shí)仍能保持較低的比特誤碼率（BER）。

5.未來(lái)預測

未來(lái)汽車(chē)將會(huì )配備更多的攝像頭、連接和傳感器，它們將更準確、更輕盈、更安全。毫無(wú)疑問(wèn)，要應對這些挑戰，必須在汽車(chē)中部署一個(gè)車(chē)載網(wǎng)絡(luò )。這些車(chē)載網(wǎng)絡(luò )必須具有良好的互操作性，安全可靠。

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