千兆位多媒體串行鏈路SerDes IC推動汽車安全和信息娛樂系統發展
近年來，車載應用種類繁多，處理的數據量也迅速增加。在處理視頻數據的應用中，即使僅限于車載攝像頭，也存在兩個趨勢性要求：更高的圖像質量和更多的攝像頭，如下圖 (圖1) 分別為它們的趨勢圖。
此外，信息娛樂系統對更多和更高分辨率車載顯示屏的需求也在快速增長，高級駕駛輔助系統 (ADAS)，如電子鏡、駕駛員狀態監視器、泊車輔助系統和傳輸視頻數據的行車記錄儀的應用也在增加。基于面臨的這些挑戰，ADI 推出了千兆多媒體串行鏈路 (GMSL) SerDes IC，本文將為大家介紹其功能及相關產品。
圖1 車載攝像頭的分辨率趨勢
圖2 每輛車上安裝的攝像頭增加數量趨勢
什么是 SerDes？
SerDes 是由串行器 (Serializer) 和反串行器 (De-serializer) 的首字母組合而成的術語，一般指執行高速串行傳輸的集成電路。十多年前，當所處理的分辨率為 SD (標準清晰度)，如 VGA 或 NTSC 同等分辨率的傳輸，8 位并行數字傳輸已經足夠。
但近年來，隨著所需的分辨率提高到高清 (HD，1280x720)、全高清 (Full-HD，1920x1080) 和 4K2K，并行數字傳輸變得更加困難。并且隨著并行比特數的增加，出現了如電路板面積、電纜形狀、長布線等方面的各種限制。此外傳輸速率 (時鐘頻率 ) 的提高也增加了確保時序約束 (建立/保持)的難度，從而增加了設計的難度，這就是開發 SerDes IC 的原因，下圖 (圖3) 為 SerDes IC：
圖3 SerDes IC
由于數據是在串行器和反串行器之間串行傳輸的，因此可以在不占用電路板空間或電纜空間的情況下傳輸大量高分辨率視頻數據。除此以外，將時鐘嵌入串行傳輸數據并進行傳輸的“時鐘嵌入法”解決了時序限制 (建立/保持)問題，預計 SerDes 將成為未來在設備間傳輸高分辨率數據的應用中不可或缺的技術元素。
什么是 GMSL？
GMSL 是千兆位多媒體串行鏈路 SerDes IC 的統稱，由 ADI 合并前的 Maxim Integrated 開發，前 Maxim 于 2003 年率先發布了 GMSL SerDes IC，此后近 20 年一直處于行業領先地位。GMSL SerDes IC 的主要功能如下：
GMSL 串行器和反串器之間具有互操作性，可在鏈路兩端使用不同的接口
可通過同軸 (Coax) 或 STP (屏蔽雙絞線) 電纜傳輸，最長可達 15 米
GMSL 鏈路診斷功能 (電池短路、GND 短路、開路檢測)
通過擴頻功能提高 SerDes 鏈路的電磁干擾 (EMI) 性能
鏈路兩端可使用不同接口
GMSL 串行器集成電路的接收端和 GMSL 反串器集成電路的發送端可使用不同接口的集成電路，這樣就可以通過 GMSL 鏈路連接各種集成電路/系統。
串行器產品選擇指南
| 型號 | 輸入 | 接口 | 速度 (Mbps) | 尺寸 (mm2) | HDCP | 應用 |
| MAX96707 | 14 | CMOS/LVDS | 1740 | 16.8 | 1.74Gbps 緊湊型攝像頭 | |
| MAX96709 | 14 | CMOS/LVDS | 1740 | 16.8 | ||
| MAX96705 | 16 | CMOS/LVDS | 1740 | 26 | ||
| MAX96711 | 14 | CMOS/LVDS | 1740 | 26 | ||
| MAX9271 | 16 | CMOS/LVDS | 1500 | 26 | 1.5Gbps 攝像頭/顯示器 | |
| MAX9273 | 22 | CMOS/LVDS | 1500 | 37.2 | ||
| MAX9249 | 4 | LVDS | 2500 | 50.4 | 2.5Gbps 攝像頭/顯示器 | |
| MAX9259 | 30 | CML | 2500 | 65.6 | ||
| MAX9293 | - | HDMI | 3120 | 65.6 | 〇 | 3.12Gbps 顯示器 |
| MAX9277 | 4 | LVDS | 2800 | 50.4 | ||
| MAX9281 | 4 | LVDS | 2800 | 50.4 | 〇 | |
| MAX9275 | 30 | LVCMOS | 2800 | 65.6 | ||
| MAX9279 | 30 | LVCMOS | 2800 | 65.6 | ||
| MAX9291 | - | HDMI | 3120 | 65.6 |
表1串行器產品選擇指南
反串行器產品選擇指南
| 型號 | 輸入 | 接口 | 速度 (Mbps) | 尺寸 (mm2) | HDCP | 應用 |
| MAX96796 | 14 | CMOS/LVCMOS | 1740 | 26 | 1.74Gbps 緊湊型攝像頭 | |
| MAX96708 | 14 | CMOS/LVCMOS | 1740 | 26 | ||
| MAX9272A | 28 | CMOS/LVCMOS | 1500 | 50.4 | 1.5Gbps 攝像頭/顯示器 | |
| MAX9264 | 30 | CMOS/LVCMOS | 2500 | 65.6 | 〇 | 2.5Gbps 攝像頭/顯示器 |
| MAX9268 | 4 | LVDS | 2500 | 50.4 | ||
| MAX9260 | 30 | CMOS/LVCMOS | 2500 | 65.6 | ||
| MAX9278A | 4 | LVDS | 3210 | 50.4 | 3.12Gbps 顯示器 | |
| MAX9282A | 4 | LVDS | 3210 | 50.4 | 〇 | |
| MAX9276A | 32 | CMOS/LVCMOS | 3210 | 65.6 | ||
| MAX9280A | 32 | CMOS/LVCMOS | 3210 | 65.6 | 〇 | |
| MAX9288 | 4 | CSI-2 | 3210 | 50.4 | ||
| MAX9278 | 4 | LVDS | 3210 | 50.4 | ||
| MAX9286 | 4 | CSI-2 | 1500 | 65.6 | 用于攝像頭的四通道 SER 輸入 |
表2 反串行器產品選擇指南
如上所示，GMSL SerDes IC 具有 CMOS/LVCMOS、LVDS、HDMI 和 MIPI CSI-2 等各種接口，另外，以上表格僅展示了部分產品系列，GMSL 還有多種產品線可供選擇。
GMSL 鏈路診斷功能 (電池短路、GND 短路、開路檢測)
某些 GMSL IC 具有內置的 GMSL 鏈路診斷功能 (線路故障檢測)：通過在 GMSL 鏈路和 LMN0/LMN1 引腳之間添加一個外部電阻網絡，并在 1.5V 至 1.7V 范圍內加入一個參考電壓，系統就能自動檢測 GMSL 的物理狀態。
如果檢測到 OPEN (電纜斷開)、Short to Battery (電池短路) 或 Short to GND (接地短路)，則可使用可選硬件引腳 (LFLTB/GPIO1) 進行標記，兩個線路故障監控終端 (LMN0 和 LMN1) 可與同軸和屏蔽雙絞線 (STP) 電纜一起使用，LMN0/LMN1 引腳的正常工作閾值為 0.57 V 至 1.07V。如下圖 (圖4) 所示，如果電纜與接地短路，線路電壓會降至該閾值以下；如果電纜斷開，線路電壓將上升至 1.5V 至 1.7V 范圍內的參考電壓；如果電纜與電池短路，線路電壓將升至 2.5V 以上。
圖4 STP 電纜 (左) 和同軸電纜 (右) 的線路故障檢測
擴頻功能
GMSL SerDes IC 具有擴頻功能，這改善了 GMSL 鏈路的電磁干擾 (EMI) 性能。下表 (表3) 為使用擴頻功能的設置，GMSL 串行器 MAX96707 數據表中的像素時鐘頻率圖如下圖 (圖5) 所示。要在 MAX96707 上使用擴頻功能，需要設置專用寄存器 (SS 寄存器)。設置 SS 寄存器可確保能量不會集中在像素時鐘的某個特定頻率上，通過手動設置 SDIV 寄存器，用戶還可以根據 PCLKIN 頻率設置調制頻率 (通常為 20kHz)，這樣減少導致無線電干擾 (EMI) 的特定頻率上的能量集中。
| SS | SPREAD (%) |
| 000 | Power-up default (no spread spectrum) |
| 001 | ±0.5% spread spectrum |
| 010 | ±1.5% spread spectrum |
| 011 | ±2% spread spectrum |
| 100 | No spread spectrum |
| 101 | ±1% spread spectrum |
| 110 | ±3% spread spectrum |
| 111 | ±4% spread spectrum |
表3 使用擴頻功能的設置
圖5 擴頻效果 左：像素時鐘=20MHz，右：像素時鐘=50MHz
應用實例
ADAS (高級駕駛輔助系統)
信息娛樂系統
審核編輯：劉清
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原文標題：千兆位多媒體串行鏈路 (GMSL) SerDes IC 推動了未來汽車的安全和信息娛樂系統的發展
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