基于LVDS為汽車應(yīng)用提供可靠的視頻接口

新型汽車電子信號(hào)格式變化最快的是視頻，幾年以前，車載設(shè)備中的視頻顯示還僅限于導(dǎo)航系統(tǒng)的小尺寸顯示屏，確切地說(shuō)，它只是一個(gè)導(dǎo)航電子裝置，有些豪華型汽車借助同一顯示器播放電視信號(hào)。視頻信號(hào)從電視接收機(jī)到顯示器輸出需要傳輸相當(dāng)長(zhǎng)的距離，圖像格式是稱為復(fù)合視頻基帶信號(hào)(CVBS)的模擬信號(hào)。

近幾年，隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)視頻源、顯示設(shè)備和視頻傳輸線的開發(fā)取得了較大進(jìn)展，本文討論了相關(guān)的發(fā)展趨勢(shì)。

把導(dǎo)航顯示器與電子系統(tǒng)分離開，使顯示器可以安裝在便于駕駛者觀察的位置，這種分離需要添加視頻傳輸線?，F(xiàn)在，由于汽車上安裝了越來(lái)越多的顯示設(shè)備，包括用于顯示速度、轉(zhuǎn)速、汽車狀態(tài)的電子儀表盤，后排座多媒體播放器(乘客能夠觀看電視或DVD等)，各個(gè)顯示器都需要視頻傳輸線。

新一代汽車還可能配置各種攝像機(jī)用于輔助駕駛，例如后視鏡攝像機(jī)、夜視鏡以及路標(biāo)識(shí)別攝像機(jī)，而每個(gè)攝像機(jī)都需要通過視頻傳輸線連接到顯示設(shè)備。

車體內(nèi)部迅速增加的傳輸線，特別是這些傳輸線越來(lái)越長(zhǎng)，使得模擬CVBS信號(hào)的傳輸非常困難。這些信號(hào)格式不能承受汽車的電磁干擾，同時(shí)，大屏幕顯示與越來(lái)越高的分辨率進(jìn)一步加劇了視頻干擾(如多徑干擾)。

減小視頻干擾的一種方案是用數(shù)字信號(hào)取代模擬信號(hào)，視頻信號(hào)線本身不能產(chǎn)生干擾。已經(jīng)證明，低壓差分信號(hào)(LVDS)能夠?yàn)閿?shù)字視頻傳輸提供最合理的連接。小信號(hào)幅度(0.35V)、差分結(jié)構(gòu)使LVDS傳輸線具有最小的電磁輻射。

第一代LVDS傳輸器件(如MAX9213/MAX9214)已經(jīng)安裝在汽車上，可提供一路時(shí)鐘輸出和三路數(shù)據(jù)，利用LVDS發(fā)送/接收器連接導(dǎo)航顯示屏(圖1)。三路并行輸出需要達(dá)到圖像傳輸所要求的速率，時(shí)鐘用于同步傳輸。

圖1. 第一代LVDS收發(fā)器有8路輸出

第一代LVDS器件的缺陷是需要四對(duì)兒雙絞線(8路輸出)達(dá)到所要求的數(shù)據(jù)傳輸速率，8條數(shù)據(jù)線使機(jī)械結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，難以安裝，與一對(duì)兒傳輸線相比成本要高得多。第二代LVDS器件對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)，例如MAX9247/MAX9248(圖2)，采用一對(duì)兒雙絞線同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和時(shí)鐘。

圖2.第二代LVDS收發(fā)器有2路輸出

第二代芯片組的一個(gè)重要功能是可以選擇電容輸出耦合方式，LVDS器件通常不具備該功能。利用這種耦合方式可以避免發(fā)送器與接收器之間的地電位偏差問題。采用直流耦合時(shí)，這一潛在的電位差可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法傳輸，甚至產(chǎn)生過大的電流損壞器件。

使用電容去耦時(shí)，需保證發(fā)送數(shù)據(jù)不要沿著一個(gè)方向長(zhǎng)時(shí)間地為電容充電，例如，在發(fā)送一長(zhǎng)串“1”時(shí)即可出現(xiàn)這種情況。第二代器件，例如：MAX9247或MAX9248采用“直流均衡”技術(shù)解決了上述問題。當(dāng)檢測(cè)到發(fā)送數(shù)據(jù)中存在一長(zhǎng)串1或0時(shí)，將對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行反相后發(fā)送。當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)接收器時(shí)，對(duì)這部分?jǐn)?shù)據(jù)再次反相，恢復(fù)到原來(lái)的格式。利用這種方式可以避免對(duì)電容的過度充電，發(fā)送器會(huì)通知接收器每一批數(shù)據(jù)是按照正常格式還是反相格式發(fā)送的。

第二代器件的速度能夠達(dá)到42MHz，數(shù)據(jù)速率高達(dá)1.15Gb。時(shí)鐘頻率的提高導(dǎo)致更強(qiáng)的電磁輻射，可利用擴(kuò)頻傳輸技術(shù)減小EMI。擴(kuò)頻技術(shù)在時(shí)鐘頻率中加入抖動(dòng)，將原來(lái)的EMI峰值能量擴(kuò)散在較寬頻帶。由于能量不變，EMI的最大峰值被減小(圖3)。

圖3.擴(kuò)頻技術(shù)降低EMI

第二代LVDS數(shù)據(jù)傳輸器件主要為大屏幕應(yīng)用設(shè)計(jì)。汽車內(nèi)部各種攝像機(jī)的連接并不需要很高的傳輸速度，針對(duì)這種應(yīng)用，Maxim的第三代LVDS器件采用低時(shí)鐘速率，并減少了并行數(shù)據(jù)總線的寬度。

第三代器件用于控制數(shù)據(jù)的傳輸(主要用于攝像機(jī)的連接，也可用于顯示器)，用來(lái)設(shè)置顯示器亮度和對(duì)比度，或攝像機(jī)的靈敏度。目前系統(tǒng)中使用的是CAN、LIN或UART傳輸總線，這些方案需要更多的器件、電纜，占用更大的空間，成本較高。第三代器件將用LVDS接口傳輸控制數(shù)據(jù)，避免使用其它接口。