汽車串行器解串器SerDes：實現(xiàn)更好的ADAS攝像頭

無論是手機還是超高清電視屏幕，高動態(tài)范圍圖像（HDR）攝像頭不再局限于提供流行的視覺效果。越來越多的高性能攝像頭支持高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動駕駛車輛（AV）應(yīng)用。以Waymo為例，其第五代自動駕駛汽車上至少裝有29個攝像頭，另外還有5個激光雷達和6個雷達。

未來的自動駕駛汽車將需要支持3到40 GBit/s（約1.4到19 TB/h）的總帶寬，其中攝像頭生成的數(shù)據(jù)最多。

圖1：在ADAS和AV傳感器中，攝像頭每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量最大。數(shù)據(jù)來源：Lucid Motors

車載網(wǎng)絡(luò)-分域架構(gòu)

這些不同類型的傳感器在底板中使用不同的數(shù)據(jù)速率，汽車工程師面臨的挑戰(zhàn)之一是如何通過分域架構(gòu)降低車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。

圖2：基于域的車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)概念圖

圖2是分區(qū)架構(gòu)的簡略展示：不同類型的傳感器聚合到不同的分區(qū)中，汽車以太網(wǎng)充當各分區(qū)或域之間的互連。

汽車SerDes作用越發(fā)重要

ADAS的攝像頭傳感器需要高數(shù)據(jù)速率和傳輸速度才能按設(shè)計運行。開發(fā)人員越來越多地轉(zhuǎn)向串行器/解串器（SerDes）連接，將這些攝像頭連接到車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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)（反之亦然），從而能夠使用成本較低的電纜和連接器在設(shè)備之間實現(xiàn)更快的通信。

目前，SerDes解決方案由各供應(yīng)商使用封閉的專有標準交付，但這種情況即將改變。業(yè)界認識到，透明統(tǒng)一的標準和測試要求將促使芯片供應(yīng)商、汽車一級供應(yīng)商和汽車制造商加快開發(fā)周期、降低成本并提升與其他商用設(shè)備的互操作性。

行業(yè)已在解決SerDes在車輛聯(lián)網(wǎng)方面面臨的一些緊迫挑戰(zhàn)，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)送器、互連和接收器性能的完整性

•  系統(tǒng)對各種電磁干擾（EMI）的魯棒性

•  從物理層到整個協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)安全

互操作性是一個真正的問題。收發(fā)器是敏感設(shè)備，必須經(jīng)過仔細測試，以確保能在嚴峻汽車環(huán)境中工作，包括高溫、振動、靜電放電和電磁干擾。讓我們看一些收發(fā)器測試的例子。

發(fā)送器測試

就發(fā)送器而言，必須確保發(fā)射信號的特性良好。

圖3：有丟包情況的后視ADAS安全攝像頭

圖3是一個帶有水平線的汽車倒車攝像頭視圖示例。這些線路是由傳輸間隙造成的丟包。駕駛員可能仍然能夠看到丟失掉幾個數(shù)據(jù)包的圖像，但如果有小孩突然出現(xiàn)在倒車車輛后面時，傳輸出現(xiàn)黑閃閃爍，這將是災(zāi)難性的！

有多家供應(yīng)商參與了這一安全功能的實現(xiàn)：攝像頭制造商、電纜供應(yīng)商和發(fā)送信號的開關(guān)供應(yīng)商，以及處理數(shù)據(jù)的GPU或ECU，還有最終用來停車的制動器。我們可以看出為什么整體互操作性至關(guān)重要。

信道測試

鏈路或信道測試對于確保發(fā)送器和接收器之間的信號完整性至關(guān)重要。鑒于惡劣的汽車環(huán)境中使用的電纜長度，查看阻抗與頻率的關(guān)系對于預(yù)測信道在車內(nèi)的性能也是不可忽視的一環(huán)。

鏈路部分包括電纜和內(nèi)聯(lián)連接器，以及兩端的匹配連接器。最終，線束負責傳輸控制和有效負載數(shù)據(jù)，以及為遠程傳感器提供直流電源。

SerDes鏈路的信道特性包括時域和頻域分析。這需要查看布線系統(tǒng)、媒體相關(guān)接口（MDI）以及固定裝置和測試設(shè)置要求。

圖4：帶有H-MTD和SMA的媒體相關(guān)接口（MDI）連接器示例

實際的MDI連接器不是標準的，但是有一些嚴格的規(guī)范可以輔助確保最小化MDI和電纜之間不必要的相互作用。舉例來說，圖4提供了用于multi-Gig汽車以太網(wǎng)的H-MTD連接器示例，也可用于新興的SerDes標準。

在信道測試中，我們需要查找錯誤，例如：

•阻抗失配

•信號失真或缺陷

•電纜之間的串擾

接收器測試

接收器負責理解通過鏈路發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后將其傳遞給ECU或顯示設(shè)備進行進一步處理。接收器的誤碼將導(dǎo)致來自攝像頭、雷達和激光雷達等安全關(guān)鍵傳感器的數(shù)據(jù)丟失或損壞。

名副其實的接收器功能變得越來越困難，特別是當通過暴露于多個同時噪聲源的長信道發(fā)送時。為描述接收器的能力，必須測量存在多個噪聲源時的誤差水平，包括：

•窄帶干擾

•大電流注入

•即時瞬態(tài)

•外來電纜束串擾

測量裝置可以包括噪聲源、放大器和耦合電路，這些會將精確級別的噪聲導(dǎo)進有源SerDes鏈路。然后查詢待測器件(DUT)的信號質(zhì)量寄存器，以驗證接收器是否能夠在存在噪聲的情況下正確解釋信號。接收器測試的重點是對接收器施加壓力，以確保其仍能保持誤碼率。

車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)測試變得至關(guān)重要

根據(jù)MarketsandMarkets的數(shù)據(jù)，全球汽車攝像頭以及集成雷達和攝像頭市場規(guī)模預(yù)計將從2021年的61億美元增長到2026年的101億美元。

由于需要更多的攝像頭和其他傳感器來確保更高的安全性并推動自動駕駛，車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)測試成為不可忽視的環(huán)節(jié)，只有確?；ゲ僮餍砸约皾M足其關(guān)鍵任務(wù)功能的性能標準才能更好地推動自動駕駛。