【聚焦MIPI】系列之三：汽車(chē)SerDes – 實(shí)現更好的ADAS攝像頭傳感器

作者：是德科技 Hwee Yng Yeo

HDR 相機的世界不僅限于為您的手機或超高清電視屏幕提供令人驚艷的視覺(jué)效果。如今，高性能相機越來(lái)越多地應用于現代先進(jìn)駕駛輔助系統 (ADAS) 和自動(dòng)駕駛汽車(chē) (AV) 領(lǐng)域。例如，Waymo 的第五代自動(dòng)駕駛汽車(chē)配備了至少29個(gè)攝像頭，此外還有五個(gè)激光雷達和六個(gè)雷達。

未來(lái)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)需要支持總帶寬在 3 到 40 GBit/s（約 1.4 到 19 TB/h）之間，而攝像頭將生成最多的數據。

圖 1：在A(yíng)DAS和AV傳感器中，攝像頭每秒產(chǎn)生的數據量最多。數據來(lái)源：Lucid Motors）

這些不同的傳感器類(lèi)型在背板中使用不同的數據速率，汽車(chē)工程師面臨的挑戰之一是如何通過(guò)區域架構簡(jiǎn)化車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的復雜性。下圖是區域架構的簡(jiǎn)化表示：不同的傳感器類(lèi)型聚合到不同的區域中，汽車(chē)以太網(wǎng)充當每個(gè)區域或域之間的互連。

圖2.基于區域的車(chē)載網(wǎng)絡(luò )架構的概念圖。

用于A(yíng)DAS的攝像頭傳感器需要高數據速率和傳輸速度才能按設計運行。開(kāi)發(fā)人員越來(lái)越多地轉向串行器/解串器（SerDes）連接，將這些攝像頭連接到車(chē)輛的圖像處理電子控制單元（ECU），如圖2中的淺橙色互連所示。這種SerDes連接將并行數據轉換為串行數據（反之亦然），從而使用低成本電纜和連接器實(shí)現設備之間的更快通信。

目前，SerDes解決方案由各個(gè)供應商使用封閉的專(zhuān)有標準提供，但這種情況將發(fā)生變化。業(yè)界認識到，透明和統一的標準和測試要求將使芯片供應商、汽車(chē)一級供應商和汽車(chē)制造商能夠加快其開(kāi)發(fā)周期、降低成本并提高與其他商用設備的互操作性。

業(yè)界已經(jīng)在通過(guò)SerDes車(chē)載網(wǎng)絡(luò )解決方案解決一些緊迫的挑戰，例如驗證：

• 不同媒體相關(guān)接口（MDI）電纜和連接器之間的互操作性。

• 發(fā)射機、互連和接收機性能的完整性。

• 系統對各種電磁干擾 （EMI） 的魯棒性。

• 從物理層到整個(gè)協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò )安全。

互操作性是一個(gè)真正的問(wèn)題。收發(fā)器是敏感設備，必須經(jīng)過(guò)全面測試，以確保它們能夠在眾所周知的惡劣汽車(chē)環(huán)境中運行，包括熱、振動(dòng)、靜電放電（ESD） 和 EMI。讓我們看一下收發(fā)器測試的一些示例。

在發(fā)射機的情況下，我們必須保證發(fā)射信號特性良好。

圖3.后視ADAS安全攝像頭傳輸，帶丟包。圖 3 是帶有水平線(xiàn)的汽車(chē)倒車(chē)攝像頭視圖示例。這些線(xiàn)路是由傳輸中的間隙引起的，也稱(chēng)為丟包。駕駛員可能仍然能夠看到掉落的幾個(gè)數據包的圖像，但是當一個(gè)孩子突然出現在倒車(chē)車(chē)輛后面時(shí)，變速器閃爍黑色將是災難性的！多個(gè)供應商都參與了啟用此安全功能：相機制造商、電纜供應商和路由信號的交換機供應商，以及處理數據的 GPU 或 ECU，并且不要忘記最終需要停止汽車(chē)的制動(dòng)器。我們可以理解為什么整體互操作性至關(guān)重要。

在A(yíng)DAS攝像頭系統中，連接攝像頭的電纜、連接器、夾具或線(xiàn)束稱(chēng)為鏈路或通道。鏈路或信道測試對于確保發(fā)射機和接收機之間保持信號完整性至關(guān)重要?？紤]到在惡劣的汽車(chē)環(huán)境中使用的電纜長(cháng)度，查看阻抗與頻率的關(guān)系至關(guān)重要，以預測通道在車(chē)輛內的性能。鏈路段由電纜和直插式連接器以及兩端的配套連接器組成。最終，線(xiàn)束負責傳輸控制和有效載荷數據，以及為遠程傳感器提供直流電源。SerDes鏈路的信道表征包括時(shí)域和頻域分析。這需要查看布線(xiàn)系統、MDI 以及夾具和測試設置要求。實(shí)際的 MDI 連接器不是標準的，但有一些嚴格的規范有助于確保 MDI 和電纜之間的不必要的交互最小化。圖 4 提供了用于多千兆汽車(chē)以太網(wǎng)的 H-MTD 連接器示例，也可用于新興的 SerDes 標準。

圖4.帶有 H-MTD 和 SMA 的 MDI 連接器示例。

接收方負責理解通過(guò)鏈路發(fā)送的數據，然后將其傳遞到ECU或顯示設備中進(jìn)行進(jìn)一步處理。接收器的位錯誤將導致來(lái)自攝像頭、雷達和激光雷達等安全關(guān)鍵傳感器的數據丟失或損壞。正確的接收器功能變得越來(lái)越困難，特別是當通過(guò)暴露于許多同步噪聲源的長(cháng)信道發(fā)送時(shí)。為了表征接收機的能力，我們必須測量存在多個(gè)噪聲源時(shí)的誤差水平，包括：

• 窄帶干擾

• 大電流注入

• 在線(xiàn)

• 瞬態(tài)

• 外來(lái)電纜束串擾

測量設置可以包括噪聲源、放大器和耦合電路，允許將精確的噪聲水平注入到有源SerDes鏈路上。然后查詢(xún) DUT 的信號質(zhì)量寄存器，以驗證接收器是否可以在存在噪聲的情況下正確解釋符號。接收機測試的重點(diǎn)是對接收機施加壓力，以確保它仍能保持BER率。

根據MarketsandMarkets 的數據，到 2028 年，全球汽車(chē)攝像頭市場(chǎng)規模預計將從 2023 年的 80 億美元增長(cháng)到139 億美元。由于需要更多的攝像頭和其他傳感器來(lái)確保更高的安全性并實(shí)現自動(dòng)駕駛的發(fā)展，因此對車(chē)載網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行測試以確?；ゲ僮餍圆M(mǎn)足其關(guān)鍵任務(wù)功能的性能標準至關(guān)重要。

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