汽車SerDes實現更好的ADAS攝像頭傳感器

HDR 相機的世界不僅限于為您的手機或超高清電視屏幕提供令人驚艷的視覺效果。如今，高性能相機越來越多地應用于現代先進駕駛輔助系統 (ADAS) 和自動駕駛汽車 (AV) 領域。例如，Waymo 的第五代自動駕駛汽車配備了至少29個攝像頭，此外還有五個激光雷達和六個雷達。

未來的自動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據。

圖1 在ADAS和AV傳感器中，攝像頭每秒產生的數據量最多 數據來源：Lucid Motors

車載網絡-區域架構

這些不同的傳感器類型在背板中使用不同的數據速率，汽車工程師面臨的挑戰之一是如何通過區域架構簡化車載網絡的復雜性。

圖 2 是區域架構的簡化表示：不同的傳感器類型聚合到不同的區域中，汽車以太網充當每個區域或域之間的互連。

圖2 基于區域的車載網絡架構的概念圖

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據速率和傳輸速度才能按設計運行。開發人員越來越多地轉向串行器/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 連接將并行數據轉換為串行數據（反之亦然），從而使用低成本電纜和連接器實現設備之間的更快通信。

目前，SerDes解決方案由各個供應商使用封閉的專有標準提供，但這種情況將發生變化。業界認識到，透明和統一的標準和測試要求將使芯片供應商、汽車一級供應商和汽車制造商能夠加快其開發周期、降低成本并提高與其他商用設備的互操作性。

業界已經在通過SerDes車載網絡解決方案解決一些緊迫的挑戰，例如驗證：

●   不同媒體相關接口（MDI）電纜和連接器之間的互操作性。

●   發射機、互連和接收機性能的完整性。

●   系統對各種電磁干擾 （EMI） 的魯棒性。

●   從物理層到整個協議棧的網絡安全。

互操作性是一個真正的問題。收發器是敏感設備，必須經過全面測試，以確保它們能夠在眾所周知的惡劣汽車環境中運行，包括熱、振動、靜電放電 （ESD） 和 EMI。讓我們看一下收發器測試的一些示例。

發射機測試

在發射機的情況下，我們必須保證發射信號特性良好。

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數據包的圖像，但是當一個孩子突然出現在倒車車輛后面時，變速器閃爍黑色將是災難性的！

多個供應商都參與了啟用此安全功能：相機制造商、電纜供應商和路由信號的交換機供應商，以及處理數據的 GPU 或 ECU，并且不要忘記最終需要停止汽車的制動器。我們可以理解為什么整體互操作性至關重要。

通道測試

在ADAS攝像頭系統中，連接攝像頭的電纜、連接器、夾具或線束稱為鏈路或通道。鏈路或信道測試對于確保發射機和接收機之間保持信號完整性至關重要?？紤]到在惡劣的汽車環境中使用的電纜長度，查看阻抗與頻率的關系至關重要，以預測通道在車輛內的性能。

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，線束負責傳輸控制和有效載荷數據，以及為遠程傳感器提供直流電源。

SerDes鏈路的信道表征包括時域和頻域分析。這需要查看布線系統、MDI 以及夾具和測試設置要求。

實際的 MDI 連接器不是標準的，但有一些嚴格的規范有助于確保 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的 H-MTD 連接器示例，也可用于新興的 SerDes 標準。

圖4 帶有H-MTD和SMA的MDI連接器示例

接收機測試

接收方負責理解通過鏈路發送的數據，然后將其傳遞到ECU或顯示設備中進行進一步處理。接收器的位錯誤將導致來自攝像頭、雷達和激光雷達等安全關鍵傳感器的數據丟失或損壞。

正確的接收器功能變得越來越困難，特別是當通過暴露于許多同步噪聲源的長信道發送時。為了表征接收機的能力，我們必須測量存在多個噪聲源時的誤差水平，包括：

●   窄帶干擾

●   大電流注入

●   在線

●   瞬態

●   外來電纜束串擾

測量設置可以包括噪聲源、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 的信號質量寄存器，以驗證接收器是否可以在存在噪聲的情況下正確解釋符號。接收機測試的重點是對接收機施加壓力，以確保它仍能保持BER率。

車載網絡測試變得至關重要

根據 MarketsandMarkets 的數據，到 2028 年，全球汽車攝像頭市場規模預計將從 2023 年的 80 億美元增長到 139 億美元。由于需要更多的攝像頭和其他傳感器來確保更高的安全性并實現自動駕駛的發展，因此對車載網絡進行測試以確保互操作性并滿足其關鍵任務功能的性能標準至關重要。

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