透過汽車 SerDes 打造下一代汽車 ADAS 系統所需的攝影機和感測器

白皮書 所需的攝影機和感AD測A器S系統 透打過造汽下車一代Se汽rD車es 建立車載網路標準化測試方法的使用案例 2到3年，則開始呈現指數級的爆炸性成長。 汽了車最產近業近來的技術創新速度，已到了令人驚嘆的地步。汽車電氣化歷經了長達20年的緩步線性發展，到 法專心開車。上述功能皆需仰賴感測器、攝影機和網路來維持運作。 乎過每去一，輛汽新車出是從廠甲的地汽到車乙都地配的有交倒通車工顯具影。、停我車們輔可助以和確死定角，監今控日等和功未能來，的新有車些絕還對提供令人36耳0目度一環新景。輔助今系天統，。幾其些他功功能能甚包至括可：偵即測時駕交駛通是流否量分更心新或，疲以勞及。可另顯外示，潛駕在駛危有險時、會用過路度人陶、醉車於輛資或訊行娛人樂資系訊統的提行供動的通影訊音連娛接樂。，無有 隨要著更需高求的不速斷度攀和升頻，寬下，一來代支先援進汽駕車駛網輔路助、系交統換（器A和D傳A輸S）資需料配的備連更接高。解為析符度合的先攝進影技機術和的雷要達求系，統汽，車因產而業需飛網快路加，速是創因新應，未而來這汽些車技之術時需效在性現和有複的雜布技線術基挑礎戰設的施關上鍵，。以高於1Gbps的資料速率運作。高頻寬和低延遲 Mbps的傳輸速度，因此我們必須思考是否能使用其他技術，來傳輸如此大量的資料。 頻寬高達10Gbps的汽車乙太網路，已足以應付大部分的需求。然而，有些攝影機開始要求高達3,500 頻寬要求 為了更充分地了解頻寬要求，您可使用以下的公式，來計算視訊串流的近似位元速率： 畫面尺寸=解析度x色彩深度 位元率=畫面尺寸x畫面速率 因此，以24位元色深和30fps速率，擷取ADAS攝影機的1080p影像時，所需的位元速率應為： 畫面尺寸=1920x1080x24=49,766,400 位元率=49,766,400x30=1,493Mbps 下表顯示，自動駕駛汽車中，不同感測器的典型資料量： 感測器位元率/感測器 5003,500Mbps 20100Mbps 0.15Mbps 0.01Mbps 表1：來自不同感測器的典型資料量 產業要求 推動汽車市場發展的因素很多。其中幾個最具影響力的驅動因素包括： 高頻寬和輕質材料的需求不斷增加 駕駛輔助系統的需求迅速上升 豪華車的需求增加 可因應未來變化的技術 汽車產（業開始追逐高頻寬技術和輕質材料，以便將燃油（或電池）效率最大化。為符合ADAS和自動駕駛 增強的資料安全性 示器和副AV駕）駛技顯術示的器要，求甚，至許還多安新裝車了配資有訊用娛於樂倒系車統顯。影、停車和車道變換輔助的感測器，以及新型的抬頭顯 AV和ADAS功能接管了汽車駕駛操作，乘客安全成了備受關注的焦點。 此達外10，至網1路5架年構。師互還連需解了決解方，案如可何提隨供著額技外術的的頻進寬步。，在全此面情提況升下汽，車工性程能師。可今能天現，在人就們要期開望始汽進車行使設用計壽，命以可便在多汽車生命週期中提供客戶需要的ADAS/AV功能。當然，安全性是汽車設計的另一重要訴求。當越來越 區域架構 工程師一直在努力降低複雜性，包括車載網路的複雜性。 圖想像1是這一些個技使術用和背標板準上如多何種協資同料運速作率。的抽象汽車版本。雖然有點過度簡化，但這樣的討論，可以幫助我們 圖1：汽車網路架構的區域概念圖。 閘道器，連接到各個感測器和設備，因此區域架構可提供更出ce色nt的ral擴c充om性pu，ti以ng及co更m高pl的ex可）靠需性透和過功連能網性區。域 太網路則可將各個區域或領域互連。由於中央運算複合體（ domain-based不論是區域或領域，這類架構都可匯集攝影機和感測器資料，而汽 汽構車，區轉域變架為構一可對整一合的多菊個鏈輸架入構，。以上便圖降顯低示布一線個線基束於的區複域雜（性zo、ne成-b本as和ed重）量的，架進構而，將有原些本工的程「師多則對開一始」構架思基於領域（）的架構。車乙 SerDes簡簡 ECU）。而各家供應商分別使用封閉的專屬技術來開發解決方案。 它如需欲要延頻伸寬Se更rD高e的s鏈汽路車的乙距太離網，路則鏈路Se，rD以es作需為在區較域低之波間特的率主和要較互高連階；調變（例如PAM-4）下運作。此外， 控在制當單今元的（資訊娛樂系統中，車載攝影機和顯示器通常透過串列器/解串列器（SerDes）連接到圖像處理電子 傳輸速率。 802.3ch或許可支援高達10Gbps的 能於。對晶整片個、生一態級系（統都希望建立標準化的測試方法，以因應互通性要求。對於部署和測試業者而言，這有助 多標家準晶。片這供樣應有商助尤於其提關高注市行場動競產爭業態處勢理，器讓介汽面車（製M造IP商I）能A獲-P得H成Y本和更汽低車的Se元rD件e，s聯來盟提（供A特S定A）應等用新所興需的Se功rDes OEM廠商，則可縮短開發週期、降低成本，並提高與其他商用裝置的互通性。 供應商和 Tier1）供應商，以及原始設備製造商（OEM）提出統一的要求，而晶片供應商、Tier1 圖2是汽車顯示器使用案例。圖片來源是MIPI聯盟，圖中參考了新發布的A-PHY標準。 圖2：使用MIPIA-PHY技術的汽車顯示器範例。 菊鏈，您可將多個 streamduplication）功能，在主要鏈路故障時進行自我複製。透過 外，安全關鍵型系Se統rD可e利s標用準串能流夠複沿製著（菊鏈鍊路，將傳統汽車協定，轉送至適當的ECU或橋接裝置。此 ISO26262標準的端對端保護機制，您可解決各種功能安全問題。 能下，一使代得Se新rD興e的s將提供可支援未來服務導向式架構（ServiceOrientedArchitecture）的協定穿隧和調整功 它關們介是面下（一代ADAS/AV汽車的必備功能。與此同時，汽車業者需克服不少挑戰，包括林林總總的媒體相 後，藉由採用符合SerDes埠進行背對背連接，以便在資料到達ECU之前，聚合鏈路上的所有資料。最 確保MDI）纜線和連接器、網路安全防護、與其他供應商的互通性，以及發射器測試的技術問題，以 的雜訊位準，並同時在可接受的誤差限制範圍內，監視其符碼時脈S對erD齊e的s接能收力端。注入預先定義、經過校驗 在惡劣PA的M汽-N車網環路境的中線運性作度。和為P執SD行。這驗項證複接雜收的器量是測否，能工夠程抗師電需磁在干擾（EMI）也至關重要，確保接收器能 實體層測試 ESD）和EMI。 互放通電性（是個關鍵問題。收發器是極為敏感的元件，必須在嚴苛的汽車環境中運作，包括高溫、震動、靜電 完整性。 效能。實體層驗證同時涵蓋這三個項目。 我器們、將模收組發、器交測換試器分、為實三體個層項）目是：否能傳夠輸可–靠確地保接傳收送正的確信的號信符號合。預期最。後是接鏈收路器功–亦能即–收決發定器您之的間裝的置被（動閘互道連這供些應測商試投的入最研終發目，標而，標是準確組保織不則同負裝責置制供定應相商關的規產格品。能這彼些此應互用通軟。體單可單根一據輛已汽知車標，準可進能行就評需估要，超以過確保10資0料家 發射器測試 DUT）會進入一系列已知狀態，而接收器則負責確認信號是「有效」的。 測器試。發待射測器裝的置主（要用意是確保良好的信號特性。因此，我們需使用可當作接收器的工具，在本例中是示波 圖3：汽車的倒車顯影畫面清楚顯示間隙。 複此雜外度，也當會資隨料之傳大輸幅速提率高從。比調CA變N類快型1只00會倍變，得一越下來子越提複高雜到。快1,000倍，而且信號傳輸速度也變得更快時， 圖訊，3是我包們含仍線可條看的到倒圖車像顯，影但畫如面果範車例後。方有這個些小線孩條，相您當絕於對傳不輸希中望的畫間面隙整，個即變遭黑到。丟棄的封包。一次或兩次斷置這等輛等汽，車全配都備由的不攝同影廠機商、生纜產線製、造負。責路有由鑑信於號此的，交供換應器商，必以須及通處力理合資作料，的而這GP就U是或互E通CU性，如還此有重汽要車的剎原車因裝。 CAN等舊式標準使用NRZ或PAM-2信令，汽 車性乙，太包網括路：和汽車SerDes則使用PAM-3或PAM-4信令。因此，您還需檢查這些發射器的測試資料完整 抖動測試，因為時脈誤差會導致發射器抖動。 功率頻譜密度是指在一定頻率範圍內進行的雜訊量測（使用快速傅立葉轉換（FFT）或頻譜分析儀），因為在高速下，PCB軌跡可當作天線使用。 您可藉由進行線性測試，來找出任何由反射引起的失真，避免出現發射器誤差和位元誤差。 通道測試 用於將這些裝置連接的纜線、連接器、測試夾具或線束，形成了鏈路或通道。 表現至關重要。 夾對具Se和rD測e試s鏈配路置進要行求通。道實特際性的分析時，需執行時域和頻域分析，因此您需檢視布線系統、MDI，以及測試 向環量境網中路，分纜析線儀長（度V對N於A信）號可完分整析性通影道響對甚信鉅號，的因影此響嚴，密確監保測發阻射抗器與和頻接率收的器關之係間，的對信於號預完測整通性道。在在汽惡車劣中汽的車此載鏈資路料區，段並由為纜遠線端和感測In器lin提e連供接直器流，電以源及。兩端相匹配的連接器所組成。最後，布線線束負責傳輸控制和酬 SerDes標準。 MDI連接器並非符合標準的配置，但有一些嚴格的規格，可將MDI和纜線之 間的交互作用降到最低。圖4顯示H-MTD連接器範例，可用於多Gigabit汽車乙太網路，也可用於新興的 圖4：具H-MTD和SMA介面的MDI連接器。 檢視通道測試結果時，請留意一些誤差，例如： 阻抗不匹配 信號失真或缺陷 纜線之間的串擾 接收器測試 接出收現器位負元責誤分差析，透將過導鏈致路來傳自送攝的影資機料、，雷然達後和將光其達傳等遞安給全感EC測U器或的顯資示料裝遺置失，或以損進壞行。進一步的處理。接收器如時接。收器為越了來分越析難接以收提器供的像功是能，PA您M必-4須這在樣具複有雜多的個調雜變訊功源能的，情特況別下是量在測暴誤露差於位大準量，雜包訊括源：的長通道上傳送信號 窄頻干擾 大電流注入 暫態在線 外部纜線束串擾 它能維持所需的誤碼率（BER）速率。 接所收需器的必量須測能配置夠應在包充括斥雜訊源的、情放況大下器正和確耦解合讀電符路碼，。以接便收將器精測確試的的雜重訊點位是準，，對注接入收使器用進中行的應力Se測rD試es，鏈確路保。 未來發展預測 和安全性。 隨的著要攝求影，車機、載網路必連須接能，夠以平及穩感地測處器理的這數些量要激求增，並加克上服汽伴車隨駕而駛來人的對挑準戰確。度、這重些量車以載及網安路全必性須，具有備更互嚴通苛性 詳細資訊 擊如以欲下深連入結了：解是德科技如何因應車載網路技術的需求，例如汽車乙太網路和汽車SerDes，請點www.keysight.com/find/autonomous-driving 是德科技致力於協助創新者快速解決設計、模擬和測試挑戰，以突破工程設計的極 限，進而建立最卓越的產品體驗。請上網至www.keysight.com，展開您的創新之旅。本文件資訊如有修改，恕不另行通知。©KeysightTechnologies,2023, PublishedinUSA,July20,2023,3123-1528.ZHTW