隨著汽車智能駕駛等級的逐步提升，對攝像頭的需求更是呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。目前，汽車攝像頭通訊總線市場主要被德州儀器（TI）的 FPD - Link III 和美信的 GMSL2 協(xié)議所壟斷。接下來，我們將深入介紹這兩個(gè)通信協(xié)議。
車載 SerDes 作為一種高帶寬、低延時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸方案，在滿足別自動(dòng)駕駛對攝像頭數(shù)據(jù)傳輸需求以及座艙屏幕高分辨率視頻傳輸?shù)确矫婢哂酗@著優(yōu)勢，并且正朝著更高傳輸速率（12Gbps 及以上）的方向發(fā)展。
SerDes 是串行器（Serializer）和解串器（Deserializer）的縮寫，是一種高速串行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，主要由發(fā)射端（Tx）、接收端（Rx）、時(shí)鐘模塊（PLL）以及傳輸信道四大模塊組成。發(fā)射端的串行器會把多路低速的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一路高速的串行數(shù)據(jù)，通過高帶寬高線性度的驅(qū)動(dòng)器（Driver）將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號并發(fā)射出去，同時(shí)借助前饋均衡器 FFE 對信道造成的發(fā)送端信號衰減予以補(bǔ)償，經(jīng)由信道傳輸?shù)浇邮斩?。接收端接收串行信號后，信號均衡模塊（連續(xù)時(shí)間線性均衡 CTLE、判決反饋均衡 DFE）會提升信噪比，時(shí)鐘恢復(fù)電路（CDR）則會消除數(shù)據(jù)傳輸過程引入的數(shù)據(jù)抖動(dòng)，終由解串器處理成并行信號，并把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。時(shí)鐘模塊在發(fā)射端提供低抖動(dòng)的時(shí)鐘，在接收端通過 CDR 從接收到的數(shù)據(jù)信號中提取時(shí)鐘信息。
對于不同類型的數(shù)據(jù)傳輸，選擇的協(xié)議也有所不同。高分辨率攝像頭數(shù)據(jù)傳輸，需選擇支持至少 6Gbps 的 GMSL 或 MIPI DSI，以確保數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)傳輸而不會丟失；雷達(dá)數(shù)據(jù)對帶寬要求較低，F(xiàn)PD - Link 或 Ethernet AVB，數(shù)據(jù)速率在 1Gbps 左右足以滿足需求。
FPD - LINK 全稱是 Flat Panel Display Link，早由 NI 于 1996 年推出，現(xiàn)在屬于德州儀器（TI），是一種高速數(shù)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(shí)序控制器，也是 LVDS 標(biāo)準(zhǔn)個(gè)大規(guī)模應(yīng)用的總線標(biāo)準(zhǔn)。在車載應(yīng)用中，F(xiàn)PD - LINK 常用于導(dǎo)航系統(tǒng)、車內(nèi)娛樂、備份攝像頭以及輔助駕駛系統(tǒng)等。由于車載環(huán)境對電子設(shè)備要求嚴(yán)苛，當(dāng)前主要的 FPD - LINK II 及 III 芯片都需要滿足或超過 AEC - Q100 汽車可靠性標(biāo)準(zhǔn)，以及 ISO10605 汽車 ESD 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。
FPD - Link III 標(biāo)準(zhǔn)于 2010 年引入，相較于上一代 FPD - Link II，具有以下主要特征：
- 雙向通信傳輸：可在同一對差分線上進(jìn)行雙向通信傳輸，除時(shí)鐘和流視頻數(shù)據(jù)外，還能在源和目標(biāo)之間傳輸控制信號，通過消除用于 I2C 和 CAN 總線等控制通道的電纜，進(jìn)一步降低了電纜成本。
- 采用 CML 技術(shù)：停止使用 LVDS 技術(shù)，僅使用 CML 處理串行化的高速信號，能夠在長度超過 10m 的電纜上輕松地以超過 3Gbit/s 的數(shù)據(jù)速率工作。CML 技術(shù)在驅(qū)動(dòng)同軸電纜中的單導(dǎo)體時(shí)效果良好，同軸電纜能有效控制阻抗和噪聲，減少了對差分信號的需求，更好地容忍阻抗不連續(xù)性和噪聲干擾。
- 內(nèi)置自適應(yīng)均衡：解串器中內(nèi)置的自適應(yīng)均衡器可以感知較差的信號并將其恢復(fù)到原始的完整性，解決了因電纜損耗引起的符號間干擾（ISI）問題。
GMSL 全稱 Gigabit Multimedia Serial Links，是美信的車載 SERDES 總線，用于高性能攝像頭及高清視頻連接，可同時(shí)在同軸及屏蔽雙絞線上進(jìn)行傳輸，適用于汽車領(lǐng)域和工業(yè)應(yīng)用，支持高達(dá) 6.0Gbit/s 的高清視頻、音頻和控制數(shù)據(jù)傳輸速率。GMSL2 具有良好的抗干擾能力和長距離傳輸特性，常用于惡劣環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸場合，如汽車攝像頭系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人和無人駕駛車輛等。
GMSL SERDES 芯片具有以下特點(diǎn)：
- 降低 EMI 干擾：自帶 SSC 功能，可降低鏈路的 EMI 干擾。
- 同軸供電架構(gòu)：具備 power - over - coaxial 架構(gòu)，可應(yīng)對降低車重的挑戰(zhàn)，同時(shí)具備雙向控制信道。
- 菊花鏈?zhǔn)竭B接：具備菊花鏈?zhǔn)竭B接多個(gè)攝像頭模組的能力，可降低系統(tǒng)成本并減少設(shè)計(jì)時(shí)間。
- Power Over Coax 功能：支持 Power Over Coax（同軸供電）功能，同軸內(nèi)導(dǎo)體頻譜被分為供電、反向信道數(shù)據(jù)、前向信道數(shù)據(jù)三個(gè)頻段，通過濾波將確切的頻段分配至對應(yīng)的電路。數(shù)據(jù)通道為 AC 耦合，通過收發(fā)機(jī)輸入端串聯(lián)電容實(shí)現(xiàn)；直流供電采用串聯(lián)電感構(gòu)建濾波器的低通特性，反向信道和前向信道帶寬內(nèi)阻抗提升至 1kΩ，可耦合直流電壓且濾除高頻成分。
- 自適應(yīng)均衡能力：具備自適應(yīng)均衡能力，有 12 個(gè)不同的補(bǔ)償?shù)燃墸馄魇沟?SERDES 系統(tǒng)支持 30m 同軸及 15m 屏蔽雙絞線 STP 電纜長度，且自適應(yīng)均衡可以周期性調(diào)整。
- 編碼及速率：當(dāng)前 GMSL 采用 8b/10b 編碼保證直流平衡，新一代的 GMSL Gen2 中，芯片支持 MIPI D - PHY v1.2，高速率可至 2Gbps，前向鏈路速率高達(dá) 6Gbps，反向鏈路速率可達(dá) 187.5Mbps。
- 速度和范圍：FPD - Link III 和 GMSL2 均支持高速數(shù)據(jù)傳輸，對于高分辨率工業(yè)視覺應(yīng)用至關(guān)重要。兩者都支持 4K 數(shù)據(jù)傳輸，但 GMSL2 在支持 8K 分辨率方面表現(xiàn)更優(yōu)，能在視覺任務(wù)中提供更高的精度。在傳輸距離上，GMSL2 可以支持更長的電纜長度，在汽車環(huán)境中具有明顯優(yōu)勢。
- 穩(wěn)定性和抗干擾性：FPD - Link III 和 GMSL2 都具備錯(cuò)誤檢測和校正機(jī)制，這是在工業(yè)環(huán)境中保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性的關(guān)鍵功能。在可靠性方面，GMSL2 可能更具優(yōu)勢。
- 系統(tǒng)集成：為實(shí)現(xiàn)長達(dá) 15 米的電纜長度，攝像頭需連接到一個(gè)串行器，該串行器接收所有必要的信號作為并行輸入。要實(shí)現(xiàn)與 GMSL 或 FPD - Link 的連接，需要額外的電子設(shè)備，如靠近攝像頭的串行器 PCB 和連接到主機(jī)的反串行器 PCB。由于流行的嵌入式平臺沒有反串行器和必要的連接器，因此需要為反串行化額外配備接口板，這種硬件通常稱為反串行器板，可定制或由第三方供應(yīng)商提供，并在板上具有所需的反串行器和連接器。此外，如果一個(gè)系統(tǒng)打算使用 GMSL 進(jìn)行定制設(shè)計(jì)，則需要與 Analog Devices 簽署保密協(xié)議（NDA），以獲得所需的技術(shù)文檔和支持。
