聚焦MIPI 系列之三：汽車SerDes – 實(shí)現(xiàn)更好的ADAS攝像頭傳感器

作者：是德科技 Hwee Yng Yeo

HDR 相機(jī)的世界不僅限于為您的手機(jī)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(jī)越來(lái)越多地應(yīng)用于現(xiàn)代先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 和自動(dòng)駕駛汽車 (AV) 領(lǐng)域。例如，Waymo 的第五代自動(dòng)駕駛汽車配備了至少29個(gè)攝像頭，此外還有五個(gè)激光雷達(dá)和六個(gè)雷達(dá)。

未來(lái)的自動(dòng)駕駛汽車需要支持總帶寬在 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(shù)據(jù)。

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

車載網(wǎng)絡(luò) - 區(qū)域架構(gòu)

這些不同的傳感器類型在背板中使用不同的數(shù)據(jù)速率，汽車工程師面臨的挑戰(zhàn)之一是如何通過(guò)區(qū)域架構(gòu)簡(jiǎn)化車載網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。下圖是區(qū)域架構(gòu)的簡(jiǎn)化表示：不同的傳感器類型聚合到不同的區(qū)域中，汽車以太網(wǎng)充當(dāng)每個(gè)區(qū)域或域之間的互連。

圖2.基于區(qū)域的車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的概念圖。

汽車SerDes的重要性日益增加

用于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(jì)運(yùn)行。開(kāi)發(fā)人員越來(lái)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），從而使用低成本電纜和連接器實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的更快通信。

目前，SerDes解決方案由各個(gè)供應(yīng)商使用封閉的專有標(biāo)準(zhǔn)提供，但這種情況將發(fā)生變化。業(yè)界認(rèn)識(shí)到，透明和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試要求將使芯片供應(yīng)商、汽車一級(jí)供應(yīng)商和汽車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(shè)備的互操作性。

業(yè)界已經(jīng)在通過(guò)SerDes車載網(wǎng)絡(luò)解決方案解決一些緊迫的挑戰(zhàn)，例如驗(yàn)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(jī)、互連和接收機(jī)性能的完整性。

系統(tǒng)對(duì)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(shè)備，必須經(jīng)過(guò)全面測(cè)試，以確保它們能夠在眾所周知的惡劣汽車環(huán)境中運(yùn)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(cè)試的一些示例。

發(fā)射機(jī)測(cè)試

在發(fā)射機(jī)的情況下，我們必須保證發(fā)射信號(hào)特性良好。

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

通道測(cè)試

在ADAS攝像頭系統(tǒng)中，連接攝像頭的電纜、連接器、夾具或線束稱為鏈路或通道。鏈路或信道測(cè)試對(duì)于確保發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間保持信號(hào)完整性至關(guān)重要。考慮到在惡劣的汽車環(huán)境中使用的電纜長(zhǎng)度，查看阻抗與頻率的關(guān)系至關(guān)重要，以預(yù)測(cè)通道在車輛內(nèi)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，線束負(fù)責(zé)傳輸控制和有效載荷數(shù)據(jù)，以及為遠(yuǎn)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。這需要查看布線系統(tǒng)、MDI 以及夾具和測(cè)試設(shè)置要求。實(shí)際的 MDI 連接器不是標(biāo)準(zhǔn)的，但有一些嚴(yán)格的規(guī)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以太網(wǎng)的 H-MTD 連接器示例，也可用于新興的 SerDes 標(biāo)準(zhǔn)。

圖4.帶有 H-MTD 和 SMA 的 MDI 連接器示例。

接收機(jī)測(cè)試

接收方負(fù)責(zé)理解通過(guò)鏈路發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后將其傳遞到ECU或顯示設(shè)備中進(jìn)行進(jìn)一步處理。接收器的位錯(cuò)誤將導(dǎo)致來(lái)自攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)等安全關(guān)鍵傳感器的數(shù)據(jù)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(dāng)通過(guò)暴露于許多同步噪聲源的長(zhǎng)信道發(fā)送時(shí)。為了表征接收機(jī)的能力，我們必須測(cè)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

瞬態(tài)

外來(lái)電纜束串?dāng)_

測(cè)量設(shè)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 DUT 的信號(hào)質(zhì)量寄存器，以驗(yàn)證接收器是否可以在存在噪聲的情況下正確解釋符號(hào)。接收機(jī)測(cè)試的重點(diǎn)是對(duì)接收機(jī)施加壓力，以確保它仍能保持BER率。

車載網(wǎng)絡(luò)測(cè)試變得至關(guān)重要

根據(jù)MarketsandMarkets 的數(shù)據(jù)，到 2028 年，全球汽車攝像頭市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將從 2023 年的 80 億美元增長(zhǎng)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(xiàn)自動(dòng)駕駛的發(fā)展，因此對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試以確?；ゲ僮餍圆M足其關(guān)鍵任務(wù)功能的性能標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。

內(nèi)容來(lái)源：是德科技

審核編輯 黃宇