【聚焦MIPI】系列之二：汽车SerDes实现更好的ADAS摄像头传感器

本文主要内容来源：是德科技



HDR 相机的世界不仅限于为您的手机或超高清电视屏幕提供令人惊艳的视觉效果。如今，高性能相机越来越多地应用于现代先进驾驶辅助系统 (ADAS) 和自动驾驶汽车 (AV) 领域。例如，Waymo 的第五代自动驾驶汽车配备了至少29个摄像头，此外还有五个激光雷达和六个雷达。

未来的自动驾驶汽车需要支持总带宽在 3 到 40 GBit/s（约 1.4 到 19 TB/h）之间，而摄像头将生成最多的数据。


图 1：在ADAS和AV传感器中，摄像头每秒产生的数据量最多。数据来源：Lucid Motors

车载网络 - 区域架构

这些不同的传感器类型在背板中使用不同的数据速率，汽车工程师面临的挑战之一是如何通过区域架构简化车载网络的复杂性。

图 2 是区域架构的简化表示：不同的传感器类型聚合到不同的区域中，汽车以太网充当每个区域或域之间的互连。


图2.基于区域的车载网络架构的概念图。

汽车SerDes的重要性日益增加

用于ADAS的摄像头传感器需要高数据速率和传输速度才能按设计运行。开发人员越来越多地转向串行器/解串器（SerDes）连接，将这些摄像头连接到车辆的图像处理电子控制单元（ECU），如图2中的浅橙色互连所示。这种SerDes 连接将并行数据转换为串行数据（反之亦然），从而使用低成本电缆和连接器实现设备之间的更快通信。

目前，SerDes解决方案由各个供应商使用封闭的专有标准提供，但这种情况将发生变化。业界认识到，透明和统一的标准和测试要求将使芯片供应商、汽车一级供应商和汽车制造商能够加快其开发周期、降低成本并提高与其他商用设备的互操作性。

业界已经在通过SerDes车载网络解决方案解决一些紧迫的挑战，例如验证：
        不同媒体相关接口（MDI）电缆和连接器之间的互操作性。
        发射机、互连和接收机性能的完整性。
        系统对各种电磁干扰 （EMI） 的鲁棒性。
        从物理层到整个协议栈的网络安全。

互操作性是一个真正的问题。收发器是敏感设备，必须经过全面测试，以确保它们能够在众所周知的恶劣汽车环境中运行，包括热、振动、静电放电 （ESD） 和 EMI。让我们看一下收发器测试的一些示例。

发射机测试

在发射机的情况下，我们必须保证发射信号特性良好。


图3.后视ADAS安全摄像头传输，带丢包。

图 3 是带有水平线的汽车倒车摄像头视图示例。这些线路是由传输中的间隙引起的，也称为丢包。驾驶员可能仍然能够看到掉落的几个数据包的图像，但是当一个孩子突然出现在倒车车辆后面时，变速器闪烁黑色将是灾难性的！

多个供应商都参与了启用此安全功能：相机制造商、电缆供应商和路由信号的交换机供应商，以及处理数据的 GPU 或 ECU，并且不要忘记最终需要停止汽车的制动器。我们可以理解为什么整体互操作性至关重要。

通道测试

在ADAS摄像头系统中，连接摄像头的电缆、连接器、夹具或线束称为链路或通道。链路或信道测试对于确保发射机和接收机之间保持信号完整性至关重要。考虑到在恶劣的汽车环境中使用的电缆长度，查看阻抗与频率的关系至关重要，以预测通道在车辆内的性能。

链路段由电缆和直插式连接器以及两端的配套连接器组成。最终，线束负责传输控制和有效载荷数据，以及为远程传感器提供直流电源。

SerDes链路的信道表征包括时域和频域分析。这需要查看布线系统、MDI 以及夹具和测试设置要求。

实际的 MDI 连接器不是标准的，但有一些严格的规范有助于确保 MDI 和电缆之间的不必要的交互最小化。图 4 提供了用于多千兆汽车以太网的 H-MTD 连接器示例，也可用于新兴的 SerDes 标准。


图4.带有 H-MTD 和 SMA 的 MDI 连接器示例。

接收机测试

接收方负责理解通过链路发送的数据，然后将其传递到ECU或显示设备中进行进一步处理。接收器的位错误将导致来自摄像头、雷达和激光雷达等安全关键传感器的数据丢失或损坏。
正确的接收器功能变得越来越困难，特别是当通过暴露于许多同步噪声源的长信道发送时。为了表征接收机的能力，我们必须测量存在多个噪声源时的误差水平，包括：
        窄带干扰
        大电流注入
        在线
        瞬态
        外来电缆束串扰

测量设置可以包括噪声源、放大器和耦合电路，允许将精确的噪声水平注入到有源SerDes链路上。然后查询 DUT 的信号质量寄存器，以验证接收器是否可以在存在噪声的情况下正确解释符号。接收机测试的重点是对接收机施加压力，以确保它仍能保持BER率。

车载网络测试变得至关重要

根据 MarketsandMarkets 的数据，到 2028 年，全球汽车摄像头市场规模预计将从 2023 年的 80 亿美元增长到 139 亿美元。由于需要更多的摄像头和其他传感器来确保更高的安全性并实现自动驾驶的发展，因此对车载网络进行测试以确保互操作性并满足其关键任务功能的性能标准至关重要。

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