千兆位多媒体串行链路SerDes IC推动汽车安全和信息娱乐系统发展

近年来，车载应用种类繁多，处理的数据量也迅速增加。在处理视频数据的应用中，即使仅限于车载摄像头，也存在两个趋势性要求：更高的图像质量和更多的摄像头，如下图 (图1) 分别为它们的趋势图。

此外，信息娱乐系统对更多和更高分辨率车载显示屏的需求也在快速增长，高级驾驶辅助系统 (ADAS)，如电子镜、驾驶员状态监视器、泊车辅助系统和传输视频数据的行车记录仪的应用也在增加。基于面临的这些挑战，ADI 推出了千兆多媒体串行链路 (GMSL) SerDes IC，本文将为大家介绍其功能及相关产品。

图1 车载摄像头的分辨率趋势



图2 每辆车上安装的摄像头增加数量趋势

什么是 SerDes？

SerDes 是由串行器 (Serializer) 和反串行器 (De-serializer) 的首字母组合而成的术语，一般指执行高速串行传输的集成电路。十多年前，当所处理的分辨率为 SD (标准清晰度)，如 VGA 或 NTSC 同等分辨率的传输，8 位并行数字传输已经足够。

但近年来，随着所需的分辨率提高到高清 (HD，1280x720)、全高清 (Full-HD，1920x1080) 和 4K2K，并行数字传输变得更加困难。并且随着并行比特数的增加，出现了如电路板面积、电缆形状、长布线等方面的各种限制。此外传输速率 (时钟频率 ) 的提高也增加了确保时序约束 (建立/保持) 的难度，从而增加了设计的难度，这就是开发 SerDes IC 的原因，下图 (图3) 为 SerDes IC：

图3 SerDes IC

由于数据是在串行器和反串行器之间串行传输的，因此可以在不占用电路板空间或电缆空间的情况下传输大量高分辨率视频数据。除此以外，将时钟嵌入串行传输数据并进行传输的“时钟嵌入法”解决了时序限制 (建立/保持) 问题，预计 SerDes 将成为未来在设备间传输高分辨率数据的应用中不可或缺的技术元素。

什么是 GMSL？

GMSL 是千兆位多媒体串行链路 SerDes IC 的统称，由 ADI 合并前的 Maxim Integrated 开发，前 Maxim 于 2003 年率先发布了 GMSL SerDes IC，此后近 20 年一直处于行业领先地位。GMSL SerDes IC 的主要功能如下：

GMSL 串行器和反串器之间具有互操作性，可在链路两端使用不同的接口

可通过同轴 (Coax) 或 STP (屏蔽双绞线) 电缆传输，最长可达 15 米

GMSL 链路诊断功能 (电池短路、GND 短路、开路检测)

通过扩频功能提高 SerDes 链路的电磁干扰 (EMI) 性能

链路两端可使用不同接口

GMSL 串行器集成电路的接收端和 GMSL 反串器集成电路的发送端可使用不同接口的集成电路，这样就可以通过 GMSL 链路连接各种集成电路/系统。

串行器产品选择指南

型号	输入	接口	速度 (Mbps)	尺寸 (mm²)	HDCP	应用
MAX96707	14	CMOS/LVDS	1740	16.8		1.74Gbps 紧凑型摄像头
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 摄像头/显示器
MAX9273	22	CMOS/LVDS	1500	37.2
MAX9249	4	LVDS	2500	50.4		2.5Gbps 摄像头/显示器
MAX9259	30	CML	2500	65.6
MAX9293	-	HDMI	3120	65.6	〇	3.12Gbps 显示器
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 串行器产品选择指南 

反串行器产品选择指南

型号	输入	接口	速度 (Mbps)	尺寸 (mm²)	HDCP	应用
MAX96796	14	CMOS/LVCMOS	1740	26		1.74Gbps 紧凑型摄像头
MAX96708	14	CMOS/LVCMOS	1740	26
MAX9272A	28	CMOS/LVCMOS	1500	50.4		1.5Gbps 摄像头/显示器
MAX9264	30	CMOS/LVCMOS	2500	65.6	〇	2.5Gbps 摄像头/显示器
MAX9268	4	LVDS	2500	50.4
MAX9260	30	CMOS/LVCMOS	2500	65.6
MAX9278A	4	LVDS	3210	50.4		3.12Gbps 显示器
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		用于摄像头的四通道 SER 输入

表2 反串行器产品选择指南

如上所示，GMSL SerDes IC 具有 CMOS/LVCMOS、LVDS、HDMI 和 MIPI CSI-2 等各种接口，另外，以上表格仅展示了部分产品系列，GMSL 还有多种产品线可供选择。

GMSL 链路诊断功能 (电池短路、GND 短路、开路检测)

某些 GMSL IC 具有内置的 GMSL 链路诊断功能 (线路故障检测)：通过在 GMSL 链路和 LMN0/LMN1 引脚之间添加一个外部电阻网络，并在 1.5V 至 1.7V 范围内加入一个参考电压，系统就能自动检测 GMSL 的物理状态。

如果检测到 OPEN (电缆断开)、Short to Battery (电池短路) 或 Short to GND (接地短路)，则可使用可选硬件引脚 (LFLTB/GPIO1) 进行标记，两个线路故障监控终端 (LMN0 和 LMN1) 可与同轴和屏蔽双绞线 (STP) 电缆一起使用，LMN0/LMN1 引脚的正常工作阈值为 0.57 V 至 1.07V。如下图 (图4) 所示，如果电缆与接地短路，线路电压会降至该阈值以下；如果电缆断开，线路电压将上升至 1.5V 至 1.7V 范围内的参考电压；如果电缆与电池短路，线路电压将升至 2.5V 以上。

图4 STP 电缆 (左) 和同轴电缆 (右) 的线路故障检测

扩频功能

GMSL SerDes IC 具有扩频功能，这改善了 GMSL 链路的电磁干扰 (EMI) 性能。下表 (表3) 为使用扩频功能的设置，GMSL 串行器 MAX96707 数据表中的像素时钟频率图如下图 (图5) 所示。要在 MAX96707 上使用扩频功能，需要设置专用寄存器 (SS 寄存器)。设置 SS 寄存器可确保能量不会集中在像素时钟的某个特定频率上，通过手动设置 SDIV 寄存器，用户还可以根据 PCLKIN 频率设置调制频率 (通常为 20kHz)，这样减少导致无线电干扰 (EMI) 的特定频率上的能量集中。

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 使用扩频功能的设置

图5 扩频效果 左：像素时钟=20MHz，右：像素时钟=50MHz

应用实例

ADAS (高级驾驶辅助系统)

信息娱乐系统

审核编辑：刘清