智能汽車通信

隨著汽車智能化和自動駕駛技術的快速發展，車內通信系統的重要性日益凸顯。車內異步串行總線技術，如LVDS（Low-Voltage Differential Signaling）、GMSL（Gigabit Multimedia Serial Link）和FPD-LINK（Flat Panel Display Link），已成為實現高性能攝像頭、高清視頻傳輸和高級駕駛輔助系統（ADAS）的關鍵技術。本文將詳細介紹GMSL和FPD-LINK的技術特點、應用場景以及泰克公司提供的先進測試解決方案，幫助工程師應對高速信號完整性測試的挑戰，確保車內通信系統的可靠性和高性能。

GMSL

GMSL是ADI（曾經的美信）推出的車載SERDES總線，廣泛應用于高性能攝像頭和高清視頻連接。它支持在同軸電纜和屏蔽雙絞線上同時傳輸數據，具備高帶寬、低延遲、高可靠性和低功耗等關鍵特性。以130萬像素、18比特色彩深度和30fps幀率的廣角攝像頭為例，其帶寬需求已超過1Gbps。

GMSL還具備以下特點：

?帶寬，以備份輔助廣角攝像頭為例，130萬像素，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1Gbps。

?延遲，對于時速100公里的汽車來說，每秒行駛距離將達27.8m。考慮到乘客及交通安全，低延遲非常關鍵。

?可靠性，車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且增加系統通信能力一直是保持系統成本低廉且價格具備競爭力的根本。

?圖像質量，基于視覺的目標檢測依賴所需處理的圖片質量，高質量圖片是必須的。

GMSL代次對應的攝像頭及顯示分辨率如下圖：

圖：當前與下一代GMSL支持的攝像頭及顯示分辨率

圖：GMSL SERDES支持多播視頻示例

GMSL SERDES芯片自帶SSC功能，以降低鏈路的EMI干擾。考慮到附加的供電與地線要求，GMSL芯片也具備power-over-coaxial架構來應對降低車重的挑戰。具備雙向控制信道。為了降低系統成本減少設計時間，GMSL具備菊花鏈式連接多個攝像頭模組的能力。

圖：同軸GMSL系統頻帶使用方式

GMSL支持Power Over Coax（同軸供電）功能，要實現此功能，同軸內導體頻譜被分為三個頻段：供電、反向信道數據、前向信道數據，如下圖所示。通過濾波將確切的頻段分配至對應的電路。數據通道為AC耦合，通過收發機輸入端串聯電容實現。

直流供電采用串聯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。

圖：PoC示例

GMSL具備自適應均衡能力，伴隨著12個不同的補償等級，均衡器使得SERDES系統支持30m同軸及15m屏蔽雙絞線STP電纜長度。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鐘、總線寬度之前。

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全稱是Flat Panel Display Link，最早是由NI于1996年推出的高速數字視頻接口（現在屬于德州儀器TI），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序控制器。大多數筆記本電腦、平板電腦、平板顯示器和電視都在內部使用該接口。其也屬于LVDS標準第一個大規模應用的總線標準。

在車載應用中，FPD-LINK通常用于導航系統、車內娛樂、備份攝像頭以及高級輔助駕駛系統中。由于車載環境對于電子設備來說是最嚴苛的要求，當前主要的FPD-LINK II及III芯片都需要滿足或者超過AEC-Q100汽車可靠性標準，以及ISO 10605汽車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在同一對差分線上進行雙向的通信傳輸。除了時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通過消除用于I2C和CAN總線等控制通道的電纜，進一步降低了電纜成本。

2另一個新功能，FPD-Link III停止使用LVDS技術，僅使用CML處理串行化的高速信號。這使其能夠在長度超過10m的電纜上輕松地以超過3Gbit/s的數據速率工作。使用CML的另一個好處是同軸電纜驅動能力。CML技術在驅動同軸電纜中的單導體時效果很好。由于同軸電纜非常擅長控制阻抗和噪聲，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。

圖：典型的CML電路

3FPD-Link III 的另一個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。

汽車制造商差異化的方式之一是提供更先進的信息娛樂系統，一些豪華車型配備多達10到15個顯示面板以及更復雜的處理和功能。另一方面，入門級車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。在入門級車輛中提供功能齊全的信息娛樂系統的力度也越來越大，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多個顯示器。

圖：汽車座艙中的多屏顯示

而采用FPD-LINK III的串行器和解串器，可以靈活的通過一路或多路DSI接口，利用虛擬信道或者同步、異步的分割方式實現在多個顯示屏的輸出。如下圖所示：

圖：智能座艙中FPD-LINKIII多屏顯示應用，參考TI

隨著攝像頭及屏幕的分辨率不斷提高，也使得FPD-LINK以及GMSL等車內SERDES總線的速率在不斷推高，由此帶來的信號完整性問題也會使得測試更加復雜。

泰克GMSL/FPD-LINK測試解決方案

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，如果不能關閉反向控制信號或者在實際的應用環境中想驗證高速串行信號的諸如抖動和眼圖等信號質量，工程師在測試中往往還需要通過數字濾波器來濾除控制信號。但同時工程師還面臨著如何進行準確的信號采集、時鐘恢復設定以及S參數嵌入去嵌和均衡方式的設定等種種挑戰。

圖：車內高速信號隨著分辨率提高不斷演進

工程師可以利用泰克數學運算中引入數字濾波器的方式進行自定義的信號選擇，如下圖所示的GMSL Gen2的信號，其中疊加了187.5Mbps的反向控制信號。這個信號的存在使得高速串行信號的高低電平存在劇烈的波動：

圖：GMSL Gen2實際信號示例

而通過在泰克示波器中的Math通道應用自定義濾波器，可以將相對低速的控制信號濾除，從而得到需要分析的高速串行信號方便進行后續的抖動、眼圖模板等測試，如下圖中橙色的數學通道波形即為濾出的高速信號：

圖：濾除控制信號前后的GMSL Gen2信號對比

同時泰克在DPO/MSO70000系列示波器上還具備GMSL以及FPD-LINK的自動化測試軟件，其向導功能可以非常方便快捷引導工程師按步驟進行通道選擇、信號分析、模板選擇和編輯的設定，降低學習成本，增強工程師操作的信心：

圖：泰克GMSL/FPD-LINK示例軟件向導界面

并且軟件可以自動生成標準清晰的測試報告，支持在線和離線的波形分析，方便工程師在不同工作地點的協同測試和分析：

圖：泰克GMSL/FPDLINK測試結果示意圖

該測試方案的組成由泰克MSO/DPO70000系列示波器、探頭以及軟件構成：