车载摄像头 - Serializer 篇

        在车载摄像头里，一幅图像数据经过 ISP 处理完成后，接下来就是考虑以怎样的方式传输出去。像环视、倒车后视摄像头等，其在车上安装的位置往往与中央处理器相隔少则数十厘米，长则数米的距离，考虑到信号稳定性和线束成本等因素，决定了摄像头必须采用串行传输的方式，那么常用的有哪些 Serializer 串行器方案？下面让我们一起去了解下。

        当摄像头开始应用在汽车上做倒车影像功能时，使用 CVBS（Composite Video Broadcast Signal）接口传输的方式居多，它以模拟波形来传输数据（PAL 或 NTSC 制式），支持的摄像头像素在 41W 以下，是早期常用的串行传输方案之一，像 Sensor OV7955就支持 NTSC 的格式输出。

        随着人类与功能应用对影像分辨率的要求提高，高清影像的传输方案急需被提出，当前在汽车上常见的传输方案，除了采用模拟信号方式传输的 AHD，还有采用数字信号方式传输的 GMSL、FPD-Link、V-by-One 等。

        1、AHD（Analog High Definition）

        基于 AHD 协议，能够在已有的模拟传输线上实现超长距离高清视频信号的传输。

        AHD 有三大格式：

        ① AHD-L：清晰度远高于模拟 960H，略低于高清 720P；

        ② AHD-M：清晰度等同于高清 720P；

        ③ AHD-H：清晰度等同于 1080P 的全高清。

        技术特点：

• 基于不使用高频的子载波频率（sub-carrier）的算法，并使用了防止在信号传输过程中发生的信号衰减技术 - Pseudo Y/C Color Separation，使图像清晰度更高，图像还原性更好；
• 采用普通同轴 75-3 线最远传输距离可达 500 米；
• 全实时，前端数据未经过编码压缩传到后端；
• 兼容好，兼容普通 D1/960H，兼容模拟外围设备（含分配器、矩阵等）；
• 开放标准，兼容所有支持 AHD 协议的产品。

        在汽车上，AHD 的方案以 Nextchip 的使用居多，其产品可以做到 1080P@30fps 的传输能力。

图 1 AHD 方案应用

        2、GMSL（Gigabit Multimedia Serial Links）

        GMSL 是 Maxim 公司推出的一种高速串行接口，适用于视频、音频和控制信号的传输，使用 50Ω 同轴电缆或 100Ω 屏蔽双绞线（STP）电缆时的距离可达 15m 或更长。

        Maxim 的方案分为 GMSL（一代）以及 GMSL2。GMSL2 跟 GMSL（一代）是兼容的。所以在 Maxim 的 Camera SerDes 方案中，收发器之间是可以随意搭配。

        以 MAX96705 为例，其产品关键特性如下：

• 支持低成本 50Ω 同轴或 100Ω STP 电缆；
• 视频/控制数据检错：

            高抗扰性模式，支持可靠的控制通道 EMC 容限；

            检测到错误时重发控制数据；

• 同类中最佳供电电流：93mA（最大）；
• 预加重/去加重，全速模式下电缆可长达 15m；
• 高速串行转换数据，支持百万像素摄像头，串行码率高达 74Gbps；
• 支持6kbps 至 1Mbps 控制通道，UART、I²C（时钟展宽）或 UART 至 I²C 模式；
• 可编程输出扩频；
• 支持同轴电缆供电（PoC）；
• 7V 至 3.6V I/O 电源；
• 专用 GPIO，用于摄像头帧同步触发和其他用途；
• 远端/本地休眠模式唤醒；
• 满足 AEC-Q100 汽车规范；
• ±8kV 接触放电 ESD 保护和 ±15kV 气隙放电保护，满足 IEC 61000-4-2 和 ISO 10605 标准的 ESD 保护要求。

图 2 GMSL 方案应用

       3、FPD-Link（Flat Panel Display Link）

       FPD-Link 是 TI 公司的串行总线方案，与 GMSL 一样，可使用 50Ω 同轴电缆或 100Ω 屏蔽双绞线（STP）电缆以低延迟传输未压缩的视频、控制数据。

       FPD-Link 发展至今已经到了第三代 FPD-Link III，要注意的是 FPD-Link III 跟早期的 FPD-Link I、FPD-Link II 是不兼容的，所以不同系列的不能互相收发。

       以常用的 DS90UB933-Q1 为例，其产品关键特性如下：

• 符合面向汽车应用的 AEC-Q100 标准；
• 支持5MHz 至 100MHz 输入像素时钟；
• 支持同轴电缆供电（PoC）；
• 可编程数据有效载荷：

           10 位有效载荷，高达 100MHz；

           12 位有效载荷，高达 100MHz；

• 连续低延迟双向控制接口通道，带有 I2C 接口，支持 400kHz 传输速率；
• 具有直流均衡编码的嵌入式时钟，支持交流耦合互连；
• 能够驱动长达 15m 的同轴或屏蔽双绞线（STP）电缆；
• 4 个专用通用输入/输出（GPIO）；
• 串行器上提供8V、2.8V 或 3.3V 兼容并行输入；
• 8V 单电源；
• 符合 ISO 10605 和 IEC 61000-4-2 ESD 标准。

图 3 FPD-Link 方案应用

       4、V-by-One® HS

       V-by-One® HS 是日本 THine 电子独立开发的专用于视频信号传输的 Gb 级串行化接口技术，与 GMSL、FPD-Link 一样，可使用低成本电缆以低延迟传输未压缩的视频、控制数据。

       V-by-One® HS 技术的特点：

• 无时钟传输：

           通过时钟信号回复技术（CDR）解决了信号线之间时滞问题带来的烦恼；

           降低因时钟信号的重复性所导致的 EMI 干扰问题；

• 高速并行/串行信号转换：

           最高达到 40:1 的串行转换率使得传输线等系统成本大幅下降；

• 可扩展性：

           与 LVDS 接口相同，通过增加链路数量可以轻松实现更高的分辨率；

• 无需软件控制：

           无需通过寄存器控制，可以自动追踪输入信号的变化；

• 灵活的数据线选择：

           支持 50Ω 同轴和差分阻抗为 100Ω STP 线；

           THine 车规级上的产品有 THCV241A，其产品关键特性如下：

• MIPI® CSI-2 to V-by-One® HS 的转换；
• MIPI® CSI-2 输入：

           1lane 最大 1.2 Gbps；

           1，2，or 4lane；

• V-by-One® HS 输出：

           1lane 最大 4.0Gbps（实测 3.2Gbps）；

           1 or 2lane；

• 内置扩频时脉生成器（SSCG）；
• 电源电压：7V-3.6V、1.1V-1.3V；
• 双向通信 CH“Sub-Link"：

            I2C/GPIO（最大 4 根）；

• 包装：QFN40；
• 工作温度范围：-40 to 105℃；

图 4 V-by-One 方案应用

        以上跟大家介绍了目前在车载摄像头上比较常见的视频串行传输的方案，应对未来 Sensor 更高像素的要求，采用数字信号方式传输的 GMSL、FPD-Link、V-by-One 等方案将会成为主流。

        经过这三期对车载摄像头里的 Sensor、ISP、Serializer 三大核心电子器件的介绍，希望能让大家对车载摄像头有了更深入的了解，未来我会持续跟大家分享更多汽车相关的知识，感谢您们的关注，下一篇我们再会！

 

附录：参考文献

[1] THCV241A 产品介绍，https://www.thine.co.jp/zh_cn/products/num_details/THCV241A.html

[2] MAX96705 产品介绍 https://www.maximintegrated.com/cn/products/interface/high-speed-signaling/MAX96705.html

[3] DS90UB933-Q1 产品介绍 https://www.ti.com.cn/product/cn/DS90UB933-Q1?keyMatch=DS90UB933&tisearch=Search-CN-everything&usecase=GPN

[4] Nextchip 官网，http://www.nextchip.com/ch/products/ahd_main.asp