聚焦車載高速串行總線，解析泰克GMSL/FPD-LINK 測試解決方案

GMSL是美信的車載SERDES總線，用于高性能攝像頭及高清視頻連接，可以同時在同軸及屏蔽雙絞線上進行傳輸。對于車載ADAS攝像頭應用，需要考慮的關鍵點包括：

?   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，低延遲對于安全非常關鍵；

?   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，同時增加系統通信能力，一直是保持系統競爭力的根本；

?   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：

當前與下一代GMSL支持的攝像頭及顯示分辨率

GMSL SERDES芯片自帶SSC功能，以降低鏈路的EMI干擾?？紤]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。

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。

同軸GMSL系統頻帶使用方式

PoC示例

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。

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，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，它也是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.       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 10 m 的電纜上輕松地以超過 3 Gbit/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。

3.       FPD-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。

汽車座艙中的多屏顯示，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：

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。

車內高速信號隨著分辨率提高不斷演進

泰克GMSL/FPD-LINK測試解決方案

客戶在進行GMSL/FPD-LINK測試時面對了諸多的挑戰：

?   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。

?   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。

?   本身從事汽車行業的工程師團隊在高速串行總線的標準和測試上可能缺乏經驗

該測試方案的組成由泰克MSO6B系列示波器、探頭以及軟件構成，MSO6B系列示波器具備優異的性能：

1.      高達10GHz帶寬，應對FPD-LINK/GMSL的測試帶寬需求；

2.     高達12比特的ADC分辨率；

3.     最高8個輸入通道，方便進行混合總線的調試和分析，可支持多通道電源軌測量、多通道電源質量測量；

4.     最優異的噪聲性能：< 55 μV @ 1mV/div和1 GHz；

5.     采樣率最高可達50GS/s；

6.     內置了函數發生器、數字電壓表以及頻率計數器功能；

7.     15.6寸容性觸摸屏，分辨率高達1920x1080，以及簡單直觀的全觸摸操作方式；

8.     標配了與通道數目一致的1GHz無源探頭；

9.     具備豐富的軟件包選件，覆蓋各種應用場景。

泰克車內SERDES測試方案不僅僅是測試本身，泰克工程師團隊具備較豐富的車內SERDES測試經驗，同時自定義LVDS軟件可以幫助工程師用最簡單的方式，并且根據不同客戶要求自己去定義測試的模板和限制，幫助工程師可以更快的熟悉測試的方法和設定，更快的完成項目測試進度，使得產品能夠更快的投放到市場。