干貨分享 | 車(chē)載GMSL/FPD-LINK總線測(cè)試挑戰(zhàn)及解決方案

■GMSL代次對(duì)應(yīng)的攝像頭及顯示分辨率如下圖：

當(dāng)前與下一代 GMSL支持的攝像頭及顯示分辨率^【2】

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(gòu)來(lái)應(yīng)對(duì)降低車(chē)重的挑戰(zhàn)。具備雙向控制信道。為了降低系統(tǒng)成本減少設(shè)計(jì)時(shí)間，GMSL具備菊花鏈?zhǔn)竭B接多個(gè)攝像頭模組的能力。

GMSL支持Power Over Coax（同軸供電）功能，要實(shí)現(xiàn)此功能，同軸內(nèi)導(dǎo)體頻譜被分為三個(gè)頻段：供電、反向信道數(shù)據(jù)、前向信道數(shù)據(jù)，如下圖所示。通過(guò)濾波將確切的頻段分配至對(duì)應(yīng)的電路。數(shù)據(jù)通道為AC耦合，通過(guò)收發(fā)機(jī)輸入端串聯(lián)電容實(shí)現(xiàn)。

同軸GMSL系統(tǒng)頻帶使用方式

PoC示例^【3】

直流供電采用串聯(lián)電感構(gòu)建濾波器的低通特性，并且反向信道和前向信道帶寬內(nèi)阻抗提升至1kΩ。由于數(shù)據(jù)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。

GMSL具備自適應(yīng)均衡能力，伴隨著12個(gè)不同的補(bǔ)償?shù)燃?jí)，均衡器使得SERDES系統(tǒng)支持30m同軸及15m屏蔽雙絞線STP電纜長(zhǎng)度。自適應(yīng)均衡可以周期性調(diào)整。

當(dāng)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(yīng)用中像素時(shí)鐘、總線寬度之前。在 新 一 代 的GMSL Gen2中， 芯 片 支 持MIPI D-PHY v1.2，高速率可至2Gbps，前向鏈路速率高達(dá)6Gbps，反向鏈路速率可達(dá)187.5Mbps。

FPD-LINK全稱(chēng)是Flat Panel Display Link， 最早是由NI于1996年推出的高速數(shù)字視頻接口（現(xiàn)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(shí)序控制器。大多數(shù)筆記本電腦、平板電腦、平板顯示器和電視都在內(nèi)部使用該接口。其也屬于LVDS標(biāo)準(zhǔn)第一個(gè)大規(guī)模應(yīng)用的總線標(biāo)準(zhǔn)。

在車(chē)載應(yīng)用中，F(xiàn)PD-LINK通常用于導(dǎo)航系統(tǒng)、車(chē)內(nèi)娛樂(lè)、備份攝像頭以及高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)中。由于車(chē)載環(huán)境對(duì)于電子設(shè)備來(lái)說(shuō)是最嚴(yán)苛的要求，當(dāng)前主要的FPD-LINK II及III芯片都需要滿足或者超過(guò)AEC-Q100汽車(chē)可靠性標(biāo)準(zhǔn)，以及ISO10605汽車(chē)ESD應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

FPD-LINK III標(biāo)準(zhǔn)最早在2010年引入，其相對(duì)于上一代FPD-LINK II的主要特征就是：

汽車(chē)制造商差異化的方式之一是提供更先進(jìn)的信息娛樂(lè)系統(tǒng)，一些豪華車(chē)型配備多達(dá)10到15個(gè)顯示面板以及更復(fù)雜的處理和功能。另一方面，入門(mén)級(jí)車(chē)型正在為駕駛員提供基本的中央信息顯示器 (CID) 和數(shù)字儀表盤(pán)。在入門(mén)級(jí)車(chē)輛中提供功能齊全的信息娛樂(lè)系統(tǒng)的力度也越來(lái)越大，該系統(tǒng)仍然可以使用復(fù)雜的數(shù)字處理器以成本和空間有效的方式驅(qū)動(dòng)多個(gè)顯示器。

汽車(chē)座艙中的多屏顯示，參考 MIPI.org

而采用FPD-LINK III的串行器和解串器，可以靈活的通過(guò)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(shí)現(xiàn)在多個(gè)顯示屏的輸出。^【3】如下圖所示：

智能座艙中FPD-LINKIII多屏顯示應(yīng)用，參考TI 【3】

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(chē)內(nèi)SERDES總線的速率在不斷推高，由此帶來(lái)的信號(hào)完整性問(wèn)題也會(huì)使得測(cè)試更加復(fù)雜。

車(chē)內(nèi)高速信號(hào)隨著分辨率提高不斷演進(jìn)

■客戶在進(jìn)行GMSL/FPD-LINK測(cè)試時(shí)面對(duì)了諸多的挑戰(zhàn)：

1. 由于GMSL/FPD-LINK采用了在高速串行信號(hào)中復(fù)用了反向控制信號(hào)，如果不能關(guān)閉反向控制信號(hào)或者在實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境中想驗(yàn)證高速串行信號(hào)的諸如抖動(dòng)和眼圖等信號(hào)質(zhì)量，工程師在測(cè)試中往往還需要通過(guò)數(shù)字濾波器來(lái)濾除控制信號(hào)

2. 工程師還面臨著如何進(jìn)行準(zhǔn)確的信號(hào)采集、時(shí)鐘恢復(fù)設(shè)定以及S參數(shù)嵌入去嵌和均衡方式的設(shè)定等種種挑戰(zhàn)

3. 本身從事汽車(chē)行業(yè)的工程師團(tuán)隊(duì)在高速串行總線的標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試上可能缺乏經(jīng)驗(yàn)

以GMSL為例，在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，工程師可以利用泰克數(shù)學(xué)運(yùn)算中引入數(shù)字濾波器的方式進(jìn)行自定義的信號(hào)選擇，如下圖所示的GMSL Gen2的信號(hào)，其中疊加了187.5Mbps的反向控制信號(hào)。這個(gè)信號(hào)的存在使得高速串行信號(hào)的高低電平存在劇烈的波動(dòng)：

GMSL Gen2實(shí)際信號(hào)示例

而通過(guò)在泰克示波器中的Math通道應(yīng)用自定義濾波器，可以將相對(duì)低速的控制信號(hào)濾除，從而得到需要分析的高速串行信號(hào)方便進(jìn)行后續(xù)的抖動(dòng)、眼圖模板等測(cè)試，如下圖中橙色的數(shù)學(xué)通道波形即為濾出的高速信號(hào)：

濾除控制信號(hào)前后的GMSL Gen2信號(hào)對(duì)比

同時(shí)泰克在MSO6B系列示波器上還具備定制化LVDS自動(dòng)化測(cè)試軟件，其向?qū)Чδ芸梢苑浅７奖憧旖菀龑?dǎo)工程師按步驟進(jìn)行通道選擇、信號(hào)分析、模板選擇和編輯的設(shè)定，降低學(xué)習(xí)成本，增強(qiáng)工程師操作的信心：

泰克GMSL/FPDLINK測(cè)試結(jié)果示意圖

并且軟件可以具備完備的測(cè)量項(xiàng)目，涵蓋通用信號(hào)測(cè)量，抖動(dòng)和眼圖分析，擴(kuò)頻時(shí)鐘分析等等：

泰克GMSL/FPD-LINK示例軟件向?qū)Ы缑?/p>

并且LVDS軟件還支持多種多樣自定義的時(shí)鐘恢復(fù)方式選擇，除了支持GMSL、FPDLINK外對(duì)于常規(guī)的LVDS信號(hào)都可以進(jìn)行選擇，并且針對(duì)各個(gè)廠家自定義標(biāo)準(zhǔn)，該軟件還支持方便直觀的自定義模板文件編訂，如下圖所示：

該測(cè)試方案的組成由泰克MSO6B系列示波器、探頭以及軟件構(gòu)成，MSO6B系列示波器具備優(yōu)異的性能：

■高達(dá)10GHz帶寬，應(yīng)對(duì)FPD-LINK/GMSL的測(cè)試帶寬需求

■高達(dá)12比特的ADC分辨率

■最高8個(gè)輸入通道，方便進(jìn)行混合總線的調(diào)試和分析，可支持多通道電源軌測(cè)量、多通道電源質(zhì)量測(cè)量

■優(yōu)異的噪聲性能：<55mV@1mV/div和1GHz

■采樣率高達(dá)50GS/s

■內(nèi)置了函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字電壓表以及頻率計(jì)數(shù)器功能

■15.6寸容性觸摸屏，分辨率高達(dá)1920x1080，以及簡(jiǎn)單直觀的全觸摸操作方式

■標(biāo)配了與通道數(shù)目一致的1GHz無(wú)源探頭

■具備豐富的軟件包選件，覆蓋各種應(yīng)用場(chǎng)景

泰克車(chē)內(nèi)SERDES測(cè)試方案不僅僅是測(cè)試本身，泰克工程師團(tuán)隊(duì)具備較豐富的車(chē)內(nèi)SERDES測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)自定義LVDS軟件可以幫助工程師用最簡(jiǎn)單的方式，并且根據(jù)不同客戶要求自己去定義測(cè)試的模板和限制，幫助工程師可以更快的熟悉測(cè)試的方法和設(shè)定，更快的完成項(xiàng)目測(cè)試進(jìn)度，使得產(chǎn)品能夠更快的投放到市場(chǎng)。

^【1】 GIGABIT MULTIMEDIA SERIAL LINKS FOR ADAS, Maxim

^【2】 Choosing the right high speed Serdes tech for ADAS and infotainment systems, Maxim

^【3】 3 ways to drive multiple displays in an integrated digital cockpit with FPD-Link III, TI

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