一、車載Serdes芯片的重要性
汽車智能駕駛時代,特別是輔助駕駛/自動駕駛的普及,環境感知已成為汽車行業中一個新興的關鍵技術領域,車載攝像頭的數量、分辨率快速增加;大量數據需要高速率、高寬帶的傳輸,使得高性能車載Serdes芯片成為核心零部件之一,如下圖是自動駕駛架構框圖,Serdes/MIPI A-PHY承擔了自動駕駛ADAS芯片與攝像頭之間的高速數據互聯。
圖:ADAS系統與攝像頭互聯示意圖
目前,從車載攝像頭到車載顯示器、ADAS域控制器、座艙域控制器等都在使用車載通信Serdes芯片,以實現視頻信號和實時數據傳輸。
二、車載Serdes主流技術標準概況
目前車載Serdes的標準眾多,私有協議包括TI德州儀器的FPD-Link標準,ADI(美信)的GMSL,Inova Semiconductors的APIX,以及羅姆的Clockless Link等。
公開標準目前主要是3個,MIPI A-PHY和ASA,以及中國的HSMT標準。
MIPI A-PHY的陣營的參與者包括寶馬、豐田、博世、電裝、采埃孚、英特爾、微軟、松下、高通等。2018年,MIPI AWG(Automotive Working Group)成立,旨在引入名為MASS(MIPI Automotive SERDES Standard)的通用通信框架鋪平道路。2021年,MIPI聯盟Z近發布了MIPI A-PHY v1.0,這是首-個汽車長距離串行器/解串器(Serdes)物理層接口規范。
目前MIPI A-PHY的最新標準版本是MIPI A-PHY® v1.1.1 (May 2023)。
三、MIPI A-PHY CTS V1.0標準解讀
高等駕駛輔助系統(ADAS)的首要目標,是確保車內駕乘人員和周邊行人的安全。只有在接收機以合格的比特誤碼率運行時,子系統才能正常工作。值得注意的是,接收機測試已經納入MIPI A-PHY所涉各種相關規范的合規性測試規范(CTS)。在測試Serdes物理層(PHY)信號時,了解它以什么方式發送消息,然后在另一端以什么方式接收消息至關重要。基于最新的CTS v1.0,我們可以涵蓋整個物理層測試一致性測試,首先是信號完整性測試,目的是消除來自其他源頭的失真、反射、衰減和/或耦合噪聲。其次,要在更高層級驗證被測器件(DUT)的功能以 及 PHY與 ECU之間的信號傳輸,了解信號傳輸是否劃分了正確的優先級。Z后,您需要將DUT放到一系列壓力環境中,并識別它在哪個階段發生故障,這對整個系統的測試都至關重要。
四、Serdes/A-PHY 測試概覽與關鍵
Serdes芯片的測試,一般可以歸納為:發射機測試,接收機測試與鏈路測試3類,下面我們分別就幾類測試與關鍵的測試點,做一個詳細的介紹。
1、支持的標準包括:
(1)MIPI A-PHY 1.0 CTS version 0.9
(2)ASA 1.1 CTS version 0.2
(3)GMSL2
2、Serdes/A-PHY發射機測試
Serdes/A-PHY的發射機Tx測試,主要利用示波器配合是德科技的專有軟件完成,如下圖是一個典型的差分SMA連接的發射機測試框圖。
圖:差分連接的發射機Tx測試框圖
采用UXR系列示波器作為信號接收,以得到優異的底噪和抖動性能,配合Keysight AE2010T 汽車 Serdes 發射機測試應用軟件,測試時能夠自動配置示波器,并提供詳盡的測試結果,其中包含裕量和統計分析結果,一般的測試項如下:
圖:MIPI A-PHY 1.0 CTS 第 0.9 版測試項
圖:ASA 1.1 CTS 第0.2版測試項
圖:GMSL2測試項
(一)發射機測試關鍵測試點包括:
可以執行基于Serdes協議(含 MIPI A-PHY和 ASA)的驗證測試,以及如下的測試項
(1)頻率
(2)失真
(3)抖動
(4)壓降
(5)MDI回波損耗
3、Serdes/A-PHY接收機測試:
Serdes/A-PHY的接收機Rx測試,相對比較復雜,需要借助高速任意波形發生器來完成,測試項也相對較多,如下是一個典型的Rx測試框圖,借助M8195A任意波形發生器,產生帶壓力的信號,通過AE2090B夾具加噪聲,控制軟件AE2010R單獨在PC上運行。
圖:接收機Rx測試框圖
(二)關鍵測試點包括:
接收機負責解碼通過鏈路發送的數據,然后將其傳送給 ECU 或顯示設備做進一步處理。接收機一旦出現誤碼,會導致來自安全關鍵型傳感器(如攝像頭、雷達和激光雷達)的數據丟失或損壞。
傳統的接收機功能越來越不適應 PAM-4 等復雜的調制方案,特別是通過長信道傳輸信號、受到多種噪聲源同時干擾的情況。為了表征接收機的性能,工程師必須測量其在受到多個噪聲源干擾時的誤碼水平,包括:
(1)窄帶干擾
(2)大電流注入
(3)在線瞬變
(4)線外串擾
測量系統可以包括噪聲源、放大器和耦合電路,以便向有源 Serdes 鏈路注入精準的噪聲電平。接收機必須在受到噪聲干擾的情況下也能正確解釋符號。接收機測試的重點在于,確保接收機在受到干擾時仍能保持較低的比特誤碼率(BER)。
4、Serdes/A-PHY鏈路測試
Serdes的鏈路測試包括了連接器,電纜,轉接頭等的測試,通常是用網絡分析儀配合一系列的轉接頭等來完成,下圖是典型的Serdes傳輸通道示意圖:
圖:Serdes/MIPI A-PHY傳輸通道示意圖
可以看到,不同的ECU之間,通過高速的電纜連接,而不同廠家可以采用不同的轉接和電纜的標準,鏈路測試需要全面的評測端到端的鏈路性能,符合Serdes/MIPI A-PHY的標準要求。
鏈路測試,可以采用AE2000L鏈路一致性測試系統來完成,可以根據需求來需求來選擇不同類型的網絡儀,包括高性能的ENA系列,多端口的PXI模塊以及高性價比的USB網絡分析儀組建測試系統,配合AE2010L自動化測試軟件,能夠很容易的完成鏈路測試從校準到報告輸出的過程。
關鍵測試點包括:
Serdes 鏈路的通道表征包括時域和頻域分析。工程師需要查看線纜連接系統、MDI、夾具和測試系統要求。目前還沒有針對 MDI 連接器的統一標準,但已經出臺了一些嚴格的規范,這有助于減少 MDI 和電纜之間的相互作用。
我們在進行通道測試時,需要查看是否有以下錯誤:
(1)阻抗失配
(2)信號失真或缺陷
(3)電纜之間的串擾