汽车电子需要更快、更智能的接口和连接器

日益增加的汽车复杂性需要新的车内连接方法，尤其是将传感器和显示器连接到其相关电子控制单元的物理层接口。

在汽车行业，先进的驾驶辅助系统 (ADAS)、互联车载信息娱乐 (IVI) 和新兴的自动驾驶系统 (ADS) 等功能比以往任何时候都更加重要，它们使车辆更安全并改善了驾驶体验。然而，他们也在创造新的要求，这些要求增加了复杂性，使产品开发更加昂贵和耗时。

汽车制造商面临着在包含最新功能的同时控制成本、最大限度地降低功耗并确保电子系统在车辆使用寿命内可靠、安全和可靠的压力。满足这些期望需要新的车内连接方法，尤其是连接传感器和显示器与其相关电子控制单元 (ECU) 的物理层接口。 

让我们来看看这些趋势、它们产生的需求以及满足这些需求的方法。

更多摄像头、更多显示器、更多数据

2021 年，研究公司 Canalys 估计，在美国、欧洲、日本和中国等主要市场销售的新车中，约有三分之一具有 ADAS 功能。它还预测，到 2030 年，道路上的所有汽车中有一半将启用 ADAS。

 

图 1：配备 ADAS 或 ADS 的车辆配备了广泛的摄像头和传感器，可实现 360 度可视性，从而对车内连接提出了新的要求。（来源：MIPI 联盟）

先进的 ADAS 平台可以使用多达 12 个或更多的摄像头，以及雷达、激光雷达和超声波传感器，以实现 360 度能见度、车道保持辅助、交通标志识别和自动紧急制动等安全功能。许多车辆还配备内部摄像头来监控驾驶员的警觉性。自动驾驶汽车配备了更多的传感器，对分辨率和性能的要求也在全面增长。

新的电子功能还需要更多、更大和更高分辨率的显示器。带有电子仪表组、平视显示器和使用车外摄像头的虚拟镜子的数字驾驶舱已经很普遍。中央堆栈、乘客侧和后座显示器正在不断改进，以利用不断增长的基于云的娱乐、导航和本地信息资源。

研究公司 IHS Markit 预测，到 2026 年，34.1% 的新乘用车将配备数字仪表组，41% 的中央堆栈显示器将达到 9 英寸或更大。IVI 显示器的尺寸通常超过 12 英寸，分辨率高达 3840×2160 像素并且还在不断增加。

技术进步增加了要求

这些组件的激增引发了围绕网络性能、复杂性和安全性的问题。

将更多组件连接到处理器——通过可能跨越整个车辆的链接——增加了网络的复杂性。传统上，每个传感器或显示单元都有自己的接线到其相关的 ECU，增加了线束的重量和制造成本。同时，提高图像捕获和显示的分辨率和帧速率对 OEM 提出了挑战，即在不增加布线的情况下在每个链路上提供更多带宽。

随着安全关键用例的增长，汽车接口需要功能安全特性来满足行业要求，例如符合 ISO 26262 标准以达到汽车安全完整性等级 (ASIL) B 到 D。车载传感器和 ECU 之间的连接需要在车辆的整个生命周期内的所有条件下都受到保护，以防止错误或丢失的数据导致驾驶员或车辆出错。从 ECU 到应用程序中使用的显示器的链接也是如此，例如来自备用和停车辅助摄像头的视频馈送。

标准化的力量

传感器和显示器连接的标准化方法可以帮助制造商满足这些要求。它可以消除昂贵、耗时的专有解决方案集成和测试，这可能会延迟新功能的引入。基于标准接口的互操作性也让更多的新玩家进入市场，让OEM厂商有更多的供应商可供选择。

MIPI 联盟通过MIPI 汽车 SerDes 解决方案(MASS)提供了这种方法，这是一个端到端框架，用于具有内置功能安全（以及正在开发的安全性）的可靠、高性能链接。MASS 允许 OEM 通过 A-PHY（第一个标准化的非对称长距离 SerDes 物理层接口）在车辆上实施通用汽车接口协议，从而降低了复杂性。

作为 MASS 框架的基础，A-PHY提供了更高的性能和灵活性，以及安全关键型应用所需的可靠性和弹性。其最大下行链路数据速率已从 A-PHY v1.0 中的 16 Gbps 增加到今年早些时候推出的 A-PHY v1.1 中的每链路 32 Gbps，路线图为 64 Gbps 及更高。在 v1.1 中，最大上行链路数据速率也翻了一番，从 100 Mbps 提高到 200 Mbps。10 -19的超低数据包错误率和高抗噪性可在车辆的整个生命周期内提供可靠的通信。

诸如 A-PHY 之类的标准化接口可达 15 m，可以简化集成并降低各种架构的网络成本和复杂性。它允许在车辆任何地方的边缘组件和 ECU 之间建立链接，从而无需在短距离接口（例如 MIPI C-PHY 或 MIPI D-PHY）和专有的长距离接口之间使用“桥接”处理器。A-PHY 还允许制造商通过一根电缆将多个设备以菊花链方式连接到一个 ECU。

A-PHY v1.1 具有更大的灵活性

A-PHY 通过适配层支持多种现有接口协议，并且可以在各种拓扑和配置中实现。A-PHY v1.1 增加了这种灵活性以支持更多类型的实现。

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图 2：A-PHY v1.1 增加了 A-PHY 的灵活性，支持 Star Quad (STQ) 电缆。通过三个新的配置选项，OEM 可以通过更多方式满足连接要求。（来源 MIPI 联盟）

在 A-PHY v1.1 中增加了对 Star Quad (STQ) 电缆的支持，这是一种带有两个差分对的屏蔽电缆，允许三种新配置：

 

（来源 MIPI 联盟）

双下行链路配置使用 STQ 电缆上的两对导体来创建 32 Gbps 的下行链路速度。

具有 16 Gbps 下行链路和 4 Gbps 反向下行链路的非对称选项可实现双向高速数据传输，因此一根电缆可以服务于成对的设备，例如共置摄像头和显示器。

对称配置通过一根 STQ 电缆提供 16 Gbps 下行链路和 16 Gbps 反向下行链路。

A-PHY v1.1 还允许制造商使用现有平台上的传统电缆或新平台上的低成本电缆类型迁移到 A-PHY，方法是使 PAM4 编码（支持低带宽、低于 1 GHz 的操作）可用于低速齿轮。

A-PHY 具有多种内置功能安全特性，包括循环冗余校验 (CRC)、用于检测数据包丢失的 8 位消息计数器和用于检测通信丢失的超时监视器。此外，其独特的重传方案 (RTS) 可恢复损坏的数据包以实现稳定的连接，从而提高抗噪能力并最大限度地减少数据包错误。MASS 框架还包括协议栈上层功能安全的附加功能。

机会的时代

MIPI A-PHY 等标准化接口将继续以更高的带宽和更大的灵活性向前发展，使制造商能够在满足未来互联、自主、共享和电动汽车模型的新要求的同时，拥抱这些可能性。