美信半導(dǎo)體在車載攝像頭解串行芯片領(lǐng)域有一席之地

視頻傳輸界面IC內(nèi)部接口主要是LVDS、eDP和VBO，外部接口主要是HDMI、MIPI DSI和LVDS。視頻輸入目前主要是MIPI，MIPI發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，D-PHY之后的C-PHY將更高帶寬，更少接線。A-PHY將主打遠(yuǎn)距離傳輸，最終目標(biāo)是取代橋接芯片，本文由布谷鳥科技-產(chǎn)研首席分析師周彥武老師編寫。

界面IC是混合IC，包含有模擬和數(shù)字。眾所周知，模擬IC處理的信號(hào)都具有連續(xù)性，可以轉(zhuǎn)換為正弦波研究，而數(shù)字IC處理的是非連續(xù)性信號(hào)，都是脈沖方波。模擬電路比較注重經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)門檻高，學(xué)習(xí)周期10-15年，數(shù)字電路則有EDA工具輔助，學(xué)習(xí)周期3-5年。模擬IC強(qiáng)調(diào)的是高信噪比、低失真、低耗電、高可靠性和穩(wěn)定性。產(chǎn)品一旦達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)就具備長(zhǎng)久的生命力，生命周期長(zhǎng)達(dá)10年以上的模擬IC產(chǎn)品也不在少數(shù)。如音頻運(yùn)算放大器NE5532，生命周期超過(guò)50年，現(xiàn)在還在用。數(shù)字IC多采用CMOS工藝，而模擬IC少采用CMOS工藝。因?yàn)槟MIC通常要輸出高電壓或者大電流來(lái)驅(qū)動(dòng)其他元件，而CMOS工藝的驅(qū)動(dòng)能力很差。此外，模擬IC最關(guān)鍵的是低失真和高信噪比，這兩者都是在高電壓下比較容易做到的。而CMOS工藝主要用在5V以下的低電壓環(huán)境，并且持續(xù)朝低電壓方向發(fā)展。對(duì)于數(shù)字電路來(lái)說(shuō)是沒有噪音和失真的，數(shù)字電路設(shè)計(jì)者完全不用考慮這些因素。此外由于工藝技術(shù)的限制，模擬電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量少用或不用電阻和電容，特別是高阻值電阻和大容量電容，只有這樣才能提高集成度和降低成本。某些射頻IC在電路板的布局也必須考慮在內(nèi)，而這些是數(shù)字IC設(shè)計(jì)所不用考慮的。因此模擬IC的設(shè)計(jì)者必須熟悉幾乎所有的電子元器件。

另一個(gè)門檻是CDR，即時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)，對(duì)于高速的串行總線來(lái)說(shuō)，一般情況下都是通過(guò)數(shù)據(jù)編碼把時(shí)鐘信息嵌入到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流里，然后在接收端通過(guò)時(shí)鐘恢復(fù)把時(shí)鐘信息提取出來(lái)，并用這個(gè)恢復(fù)出來(lái)的時(shí)鐘對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，因此時(shí)鐘恢復(fù)電路對(duì)于高速串行信號(hào)的傳輸和接收至關(guān)重要。對(duì)于高速的串行總線來(lái)說(shuō)，一般情況下都是通過(guò)數(shù)據(jù)編碼把時(shí)鐘信息嵌入到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流里，然后在接收端通過(guò)時(shí)鐘恢復(fù)把時(shí)鐘信息提取出來(lái)，并用這個(gè)恢復(fù)出來(lái)的時(shí)鐘對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，因此時(shí)鐘恢復(fù)電路對(duì)于高速串行信號(hào)的傳輸和接收至關(guān)重要。CDR接口的主要設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是抖動(dòng)，即實(shí)際數(shù)據(jù)傳送位置相對(duì)于所期望位置的偏移。總抖動(dòng)（TJ）由確定性抖動(dòng)和隨機(jī)抖動(dòng)組成。大多數(shù)抖動(dòng)是確定的，其分量包括碼間干擾、串?dāng)_、占空失真和周期抖動(dòng)（例如來(lái)自開關(guān)電源的干擾）。而通常隨機(jī)抖動(dòng)是半導(dǎo)體發(fā)熱問題的副產(chǎn)品，且很難預(yù)測(cè)。傳送參考時(shí)鐘、傳送PLL、串化器和高速輸出緩沖器都對(duì)會(huì)傳送抖動(dòng)造成影響。一般來(lái)說(shuō)對(duì)低頻的抖動(dòng)容忍度很高，PLL電路能夠很好地跟蹤，恢復(fù)出來(lái)的時(shí)鐘和被測(cè)信號(hào)一起抖動(dòng)。高頻比較麻煩，要設(shè)置PLL電路過(guò)濾掉，如何設(shè)置，沒有電腦輔助，全靠經(jīng)驗(yàn)，沒有10年左右的經(jīng)驗(yàn)是做不好的。

這也使得界面IC的護(hù)城河非常寬闊，可以允許非常小的廠家存在，它可能只有一款產(chǎn)品，但生命力異常頑強(qiáng)。界面IC廠家的歷史都非常悠遠(yuǎn)，最少都在10年以上，大部分超過(guò)20年。中國(guó)極少這種廠家。

最早的視頻傳輸是模擬的，也就是VGA界面，VGA（Video Graphics Array）視頻圖形陣列是IBM于1987年提出的一個(gè)使用模擬信號(hào)的電腦顯示標(biāo)準(zhǔn)。VGA接口即電腦采用VGA標(biāo)準(zhǔn)輸出數(shù)據(jù)的專用接口。VGA接口共有15針，分成3排，每排5個(gè)孔，顯卡上應(yīng)用最為廣泛的接口類型，絕大多數(shù)顯卡都帶有此種接口。它傳輸紅、綠、藍(lán)模擬信號(hào)以及同步信號(hào)（水平和垂直信號(hào)）。至今在電腦和投影機(jī)領(lǐng)域仍然廣泛使用。

進(jìn)入液晶時(shí)代后，視頻傳輸分為內(nèi)部和外部?jī)纱箢?，外部的?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/dvi/" target="_blank">DVI、HDMI、DP、MIPI DSI，內(nèi)部則有TTL、LVDS、eDP、VBO。內(nèi)部是指沒有加裝控制PCB板的液晶面板（Panel），只有驅(qū)動(dòng)IC。車載SoC視頻輸出通常有三種，即LVDS、MIPI DSI、DP/eDP/HDMI。

除HDMI外，MIPI/eDP/VBO/LVDS格式轉(zhuǎn)換市場(chǎng)比HDMI要好一些，其中VBO/MIPI市場(chǎng)前景最廣闊，日本廠家東芝和松下實(shí)力較強(qiáng)。

MIPI橋接芯片國(guó)內(nèi)則有晶門科技、北方集創(chuàng)、龍訊半導(dǎo)體。集創(chuàng)北方主要產(chǎn)品線包括全尺寸面板驅(qū)動(dòng)（LCD/AMOLED Driver）、觸控（Touch）、指紋識(shí)別芯片、電源管理芯片（PowerIC）、信號(hào)轉(zhuǎn)換（Convertor）、時(shí)序控制（Timing Controller; TCON）及LED顯示驅(qū)動(dòng)。2019 年集創(chuàng)北方整體公司營(yíng)收15億人民幣，其中LED驅(qū)動(dòng)IC的營(yíng)收貢獻(xiàn) 8億人民幣，且年出貨達(dá)到3200KK。相較于2018年6億人民幣的營(yíng)收規(guī)模來(lái)說(shuō)，大幅增長(zhǎng)34%。AMOLED大屏驅(qū)動(dòng)、電源管理和時(shí)序控制收入大約5個(gè)億。MIPI橋接所占收入比例極低。晶門科技是香港上市企業(yè)，代碼2878。2019年收入大約1.1億美元，其產(chǎn)品線主要是PMOLED驅(qū)動(dòng)IC，主要用于便攜與可穿戴領(lǐng)域。還有就是大屏AMOLED驅(qū)動(dòng)IC。MIPI橋接IC所占收入比例極低。 內(nèi)部接口方面，最早出現(xiàn)的是TTL，在HUD接口上大多仍然使用TTL接口。又稱為RGB接口，在小尺寸LCD面板上仍有采用，在車內(nèi)HUD上有使用，比如常見的TFT W型HUD其顯示屏一般是JDI的ACK453AKC-E，1.8英寸大小，分辨率480*240，6比特RGB接口。

這之后是LVDS，LVDS只是傳輸協(xié)議，跟物理連接無(wú)關(guān)。LVDS，即Low Voltage Differential Signaling，是一種低壓差分信號(hào)技術(shù)接口。它是美國(guó)NS公司（美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司）為克服以TTL電平方式傳輸寬帶高碼率數(shù)據(jù)時(shí)功耗大、EMI電磁干擾大等缺點(diǎn)而研制的一種數(shù)字視頻信號(hào)傳輸方式。LVDS就分成單通道與雙通道兩種扁排線，前者負(fù)責(zé)傳輸視頻信號(hào)的電線只有8條，后者就有16條，單通道LVDS最高只支持到1366×768的分辨率，若要支持1440×900（含）以上高分辨率的LCD屏，就一定要雙通道LVDS的扁排線。分辨率越高，排線越密集，成本很高，體積很大。同時(shí)排線之間容易干擾。因此LVDS傳輸距離一般不超過(guò)30厘米。大部分小屏幕設(shè)備視頻輸出都是HDMI或MIPI，需要轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS信號(hào)。車內(nèi)顯示屏基本都是LVDS接口。

eDP，Embedded DisplayPort它是一種基于DisplayPort架構(gòu)和協(xié)議的一種內(nèi)部數(shù)字接口，。主要在新式筆記本電腦、工業(yè)電腦和工控機(jī)上使用。英特爾從Haswell（搭配8系列芯片組）平臺(tái)之后，芯片組就取消LVDS接口的支持，只保留直接由CPU直接輸出的eDP信號(hào)。4條線就可以傳輸2K視頻，LVDS需要32條以上。微封包結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)多數(shù)據(jù)的同時(shí)傳輸，較大的傳輸速率，4lanes高達(dá)21.6Gbps，較小的尺寸，寬26.3mm，高1.1mm，利于產(chǎn)品的輕薄化，無(wú)需LVDS轉(zhuǎn)換電路，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，eDP通過(guò)數(shù)據(jù)加干擾可以取得較小的EMI（電磁干擾）。

LVDS只能傳輸圖像數(shù)據(jù)信號(hào)，eDP使用類似通訊協(xié)議的封包傳輸，也可以傳輸控制信號(hào)。同時(shí)LVDS電壓較高，現(xiàn)在的圖像處理系統(tǒng)芯片都是0.11微米以下工藝，這種工藝無(wú)法做到高電壓，eDP是低電壓工藝，可以使用先進(jìn)制程，LVDS無(wú)法支持4K，即使2K的成本也高于eDP，LVDS正在向eDP遷移，市場(chǎng)需求正在飛速增加。

還有一種LVDS的升級(jí)接口V-by-One，性能與eDP相當(dāng)，但改動(dòng)更少，LVDS幾乎可以無(wú)縫過(guò)渡到V-by-One，在超大尺寸車載和顯示器領(lǐng)域也有一席之地，如京東方為拜騰生產(chǎn)的28英寸超大車載屏。V-by-One HS是THine（哉英電子）獨(dú)立開發(fā)的專用于視頻信號(hào)傳輸?shù)腉b級(jí)串行化接口技術(shù)，Thine（哉英電子）通過(guò)將40bit/像素的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一對(duì)差分信號(hào)，使其每對(duì)傳輸線的最大傳輸速度可以達(dá)到4Gbps，結(jié)合上獨(dú)家的均衡器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)品質(zhì)優(yōu)良的數(shù)據(jù)傳輸性能。

外部接口方面，HDMI已經(jīng)為大家熟知，未來(lái)變化也不大，無(wú)需贅言。DVI和DP都是用在電腦領(lǐng)域，車載領(lǐng)域極為罕見。唯一需要多說(shuō)的是MIPI，這種原本為手機(jī)攝像頭和顯示屏開發(fā)的近距距離傳輸標(biāo)準(zhǔn)，目前越來(lái)越強(qiáng)大，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。MIPI CSI針對(duì)攝像頭，已經(jīng)取得業(yè)內(nèi)主流地位，DSI針對(duì)顯示。兩者的核心都是基于D-PHY，未來(lái)將會(huì)有C-PHY和A-PHY。

未來(lái)C-PHY也將進(jìn)入市場(chǎng)，與D-PHY相比，它少了一條Lane，但傳輸帶寬更高。目前最高的4lane10線帶寬為18Gbps，單Lane有4.5Gbps。C-PHY單Lane就可達(dá)到13.7Gbps。3Lane達(dá)41.1Gbps。控制總線也改為MIPI I3C，帶寬達(dá)33Mbps。

C-PHY針對(duì)10K120級(jí)顯示和1600萬(wàn)像素和3300萬(wàn)像素輸入。

MIPI聯(lián)盟最雄心勃勃的是A-PHY，這是專為長(zhǎng)距離傳輸設(shè)計(jì)的PHY，意圖取代目前熱門的SerDes串行橋接芯片。按照MIPI聯(lián)盟的設(shè)想，第一步把A-PHY嵌入在橋接芯片內(nèi)部，待時(shí)機(jī)成熟，把A-PHY嵌入傳感器內(nèi)部。無(wú)需使用任何橋接芯片，即可長(zhǎng)距離傳送數(shù)據(jù)。

信號(hào)傳輸分為并行與串行兩種，在高速狀態(tài)下，并行口的幾根數(shù)據(jù)線之間存在串?dāng)_，而并行口需要信號(hào)同時(shí)發(fā)送同時(shí)接收，任何一根數(shù)據(jù)線的延遲都會(huì)引起問題。而串行只有一根數(shù)據(jù)線，不存在信號(hào)線之間的串?dāng)_，而且串行還可以采用低壓差分信號(hào)，可以大大提高它的抗干擾性，所以可以實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率，盡管并行可以一次傳多個(gè)數(shù)據(jù)位，但是時(shí)鐘遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于串行，所以目前串行傳輸是高速傳輸?shù)氖走x。不過(guò)相同頻率下，并行傳輸?shù)男瘦^高，因此在近距離高速傳輸中，并行更常見。像筆記本電腦屏幕與主板的LVDS傳輸，電腦內(nèi)部的硬盤與主板，芯片內(nèi)部的PCIe都是并行。

在車載領(lǐng)域，傳輸線要求一根電纜最好，通常都是一根同軸電纜，這樣即降低成本、又提高可靠性、又降低EMI電磁干擾，這就必須用采用串行形式，但有些數(shù)據(jù)格式是并行的如MIPI，這就需要解串行的形式，在傳輸前將數(shù)據(jù)格式整形為串行，在接收后將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為并行，這就是SerDes。通常是MIPICSI或MIPI DSI轉(zhuǎn)LVDS。德州儀器是車載顯示解串行芯片的主要廠家，幾乎壟斷市場(chǎng)，美信半導(dǎo)體在車載攝像頭解串行芯片領(lǐng)域則有一席之地。

目前在高像素方面，美信比德州儀器更強(qiáng)，MAX9296可以對(duì)應(yīng)兩個(gè)800萬(wàn)像素?cái)z像頭。在360全景領(lǐng)域，MAX9286也有壓倒性優(yōu)勢(shì)。

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布谷鳥科技，領(lǐng)先的汽車及泛工業(yè)計(jì)算平臺(tái)解決方案商，致力于提供卓越的汽車及泛工業(yè)高性能計(jì)算平臺(tái)（計(jì)算系統(tǒng)、操作系統(tǒng)）解決方案，助力并加速智能物聯(lián)網(wǎng)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車等領(lǐng)域的產(chǎn)品研發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新。

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