MAX96707：汽车摄像头应用的理想之选

在汽车摄像头应用领域，对于数据传输和处理的要求日益严苛，需要一款能够高效、稳定地进行数据传输和处理的设备。MAX96707作为一款专为汽车摄像头应用设计的14位GMSL串行器，无疑是一个理想的选择。下面，我们就来详细了解一下这款产品。

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一、产品概述

MAX96707采用4mm x 4mm TQFN封装，体积小巧，特别适合汽车摄像头应用。在高带宽模式下，对于12位线性或组合HDR数据类型，并行时钟最大值可达116MHz。其嵌入式控制通道在I2C模式下的工作速率为9.6kbps至1Mbps，能够独立于视频时序对串行器、解串器（SerDes）和摄像头寄存器进行编程。为了支持更长距离的电缆驱动，该IC具备可编程的预加重/去加重功能，并且在串行输出端提供可编程的扩频功能。串行输出符合ISO 10605和IEC 61000 - 4 - 2 ESD标准，电源电压范围为1.7V至1.9V。它采用24引脚TQFN封装，引脚间距为0.5mm，工作温度范围为 - 40°C至 + 115°C。

二、产品优势与特性

2.1 安全摄像头应用的理想之选

• 低成本电缆兼容性：可与低成本的50Ω同轴电缆（100Ω STP电缆）配合使用，降低了系统成本。
• 错误检测功能：能够对视频和控制数据进行错误检测，提高了数据传输的可靠性。
• 高抗干扰模式：具备高抗干扰模式，增强了控制通道的EMC耐受性，确保在复杂电磁环境下的稳定通信。
• 数据重传机制：当检测到错误时，能够对控制数据进行重传，进一步提高了数据传输的准确性。
• 低功耗设计：拥有同类产品中最佳的电源电流，最大仅为88mA，有助于降低系统功耗。
• 长距离传输能力：通过预加重/去加重功能，可支持15m电缆的全速传输。
• 紧凑封装：24引脚（4mm x 4mm）TQFN封装，引脚间距为0.5mm，节省了PCB空间。

2.2 高速数据序列化能力

• 高数据速率：串行比特率最高可达1.74Gbps，能够满足高清视频数据的快速传输需求。
• 多种数据速率选择：支持12.5MHz至87MHz x 12位 + H/V数据，以及36.66MHz至116MHz x 12位 + H/V数据（通过内部编码），提供了灵活的数据传输速率选择。

2.3 系统灵活性

• 多模式控制通道：I2C模式下的控制通道速率为9.6kbps至1Mbps（带有时钟拉伸功能），能够适应不同的应用需求。
• 交叉点开关：交叉点开关可接受任何输入位图，实现了灵活的数据路由。
• 编码同步信号模式：支持编码VSYNC和HSYNC模式，方便与各种摄像头和显示设备进行接口。

2.4 降低EMI和屏蔽要求

• 可编程输出扩频：通过可编程的输出扩频功能，降低了时钟频率峰值的发射水平，减少了电磁干扰。
• 跟踪输入扩频：串行器和解串器能够跟踪输入的扩频时钟，无需多个扩频时钟，简化了系统设计。

2.5 摄像头电源启动和验证的外围特性

• 内置PRBS发生器：用于误码率（BER）测试，方便对链路质量进行评估和优化。
• 专用GPO引脚：可用于摄像头帧同步触发等其他用途。
• 远程/本地唤醒功能：支持从睡眠模式进行远程或本地唤醒，提高了系统的节能性能。

2.6 符合汽车规格要求

• 宽温度范围：工作温度范围为 - 40°C至 + 115°C，能够适应汽车复杂的工作环境。
• ESD保护：具备 ± 8kV接触和 ± 15kV空气的IEC 61000 - 4 - 2和ISO 10605 ESD保护，提高了设备的抗静电能力。

三、工作模式与原理

3.1 串行链路信号和数据格式

串行器会对输入的并行数据进行加扰处理，并将其与前向控制数据相结合。然后，对这些数据进行编码，以几倍于输入字速率（取决于总线宽度）的速度输出为单个序列化的位流。解串器接收串行数据并恢复时钟信号，接着对数据进行反序列化、解码和解扰处理，最终输出并行数据和前向控制数据。

3.2 工作模式

GMSL设备可根据应用需求配置为多种工作模式，以更高效地利用串行带宽。大多数设置在系统设计阶段确定，并通过寄存器位进行配置。

3.3 视频/配置链路

在正常工作时，串行器以视频链路模式运行（串行器 (SEREN = 1) ），通过串行链路传输视频数据和控制数据。当 (SEREN = 0) 时，串行器停止序列化操作。串行器上电后默认进入视频链路模式，并且需要有效的PCLK才能正常工作。此外，还提供了配置链路，当PCLK不可用时，可用于设置串行器、解串器和外设。通过设置 (SEREN = 0) 和 (CLINK = 1) 可启用配置链路（ (SEREN = 1) 会强制串行器进入视频链路模式）。一旦PCLK建立，可将 (SEREN) 设置为1以开启视频链路。默认情况下，视频链路模式需要有效的PCLK才能工作。通过设置 (AUTO_CLINK) 位为1和 (SEREN = 1) ，设备可在PCLK不存在时自动在视频链路和配置链路之间切换。

3.4 单/双模式

单/双模式操作可将1.74Gbps的带宽配置为多种宽度和字速率。单模式操作与所有GMSL设备和串行器兼容，每个串行字对应一个并行字。双模式则为每个串行字序列化两个半宽度的并行字，使并行字速率范围比单模式提高了2倍。通过设置 (DBL = 0) 可选择单模式操作，设置 (DBL = 1) 可选择双模式操作。

3.5 HS/VS编码

默认情况下，GMSL会为HSYNC、VSYNC和DE（如果使用）分配视频位槽。通过HS/VS编码，设备会对同步信号进行特殊编码，以释放额外的视频位槽。当设备处于高带宽模式（ (HIBW = 1) ）时，HS/VS编码默认开启。只有当 (HIBW = 1) 且 (DE_EN = 1) 时，DE才会被编码。当 (HIBW = 0) 时，可通过设置 (HVEN = 1) 开启HS/VS编码（如果启用DE，会占用一个视频位）。HS/VS编码要求HSYNC、VSYNC和DE（如果使用）在有效视频期间保持高电平，在消隐期间保持低电平。当使用反极性同步信号时，可使用HS/VS反相功能。

3.6 错误检测

串行链路采用8b/10b编码/解码和1位奇偶校验来检测串行链路上发生的位错误。此外，还提供了可选的6位CRC校验，但会占用6个视频位（当 (HIBW = 0) 时）。要激活6位CRC模式，需先在远程端设备设置 (PXL_CRC = 1) ，然后在本地端设备设置。使用6位CRC模式时，单输入模式（ (DBL = 0) ）下可用的内部总线宽度会减少6位，双输入模式（ (DBL = 1) ）下会减少3位。需要注意的是，由于串行器或解串器的引脚可用性，输入总线宽度可能已经减少，因此CRC导致的带宽减少可能不明显。另外，通过设置 (LINE_CRC_EN = 1) 可启用32位视频行CRC校验。启用后，串行器会计算视频行的32位CRC，并在消隐期间发送该信息。解串器会将接收到的CRC与视频行数据进行比较，当检测到CRC错误时，解串器的 (LINE_CRC_ERR) 位会锁存，读取后该位会清除。

3.7 总线宽度

串行链路有多种总线宽度设置，可确定并行总线宽度和相应的并行字速率。串行链路的最大串行比特率为1.74Gbps。 (BWS) 位决定每个串行数据包是30位还是40位长，当 (BWS = 0) 或1时，对应的最大串行数据包速率（以及相应的最大并行字速率）分别为58MHz或43.5MHz。编码将24、27或32位并行数据转换为30位或40位串行数据包。其中一位用于奇偶校验，另一位保留用于控制通道。在可选的6位CRC模式下，还会额外使用6位。此外，如果使用双模式，剩余的字大小会减半，剩余的位可用于视频位（如果不使用H/V编码，则减去任何同步位）。具体的内部总线宽度模式如下：

• 24位模式：当 (BWS = 0) 且 (HIBW = 0) 时，30位串行数据包对应三个8b/10b符号，代表24位数据。经过奇偶校验和控制通道后，如果使用/不使用CRC，单模式下剩余16/22位视频数据，双模式下剩余8/11位视频数据。
• 27位高带宽模式：当 (BWS = 0) 且 (HIBW = 1) （高带宽模式）时，30位串行数据包代表三个9b/10b符号，代表27位数据。经过奇偶校验和控制通道后，如果使用/不使用CRC，单模式下剩余19/25位视频数据，双模式下剩余9/12位视频数据。
• 32位模式：当 (BWS = 1) 时，40位串行数据包对应四个8b/10b符号，代表32位数据。经过奇偶校验和控制通道后，如果使用/不使用CRC，单模式下剩余24/30位视频数据，双模式下剩余12/15位视频数据。

四、控制通道与寄存器编程

4.1 控制通道

控制通道通过串行链路传输信息，用于控制串行器、解串器和任何连接的外设。控制通道与视频通道可以同时存在，也可以独立使用。

4.2 前向控制通道

从串行器发送到解串器的控制数据通过前向控制通道传输。这些数据被编码为前向高速链路中的一个串行位。解串后，前向控制通道数据从串行链路中提取。前向控制通道的带宽超过了最大外部控制数据速率，所有在前向控制通道上发送的数据在传输延迟几个位时间后会出现在远程端。

4.3 反向控制通道

从解串器发送到串行器的控制数据通过反向控制通道传输。这些数据被编码为一系列1μs的脉冲，最大原始数据速率为1Mbps。高抗干扰模式可提高反向控制通道的鲁棒性，但会将原始比特率降低到500kbps。在表1中，设置 (REV_FAST) 位为1可将速率恢复到1Mbps。当输入数据速率（编码后）超过反向数据速率时，输入时钟会通过时钟拉伸来减慢外部时钟，以匹配内部比特率。

4.4 I2C接口

串行链路通过控制通道将串行器和解串器的I2C接口连接在一起。当I2C主设备向链路的一侧（本地端）发送命令时，控制通道会将该信息转发到链路的另一侧（远程端），从而允许单个微控制器配置串行器、解串器和外设。微控制器可以位于串行器侧（显示应用）或解串器侧（摄像头应用）。只要使用软件仲裁方法，就支持双微控制器操作。串行链路假设在任何给定时间只有一个微控制器进行通信。

4.5 远程端操作

当I2C主设备在本地从设备（直接连接到主设备的串行器/解串器）上发起通信时，远程端设备会作为主设备，发送从本地端设备转发的数据，并转发从连接到远程端设备的外设接收到的数据。该远程端主设备根据I2C主设备设置寄存器中的时序设置进行操作。需要将主设备设置与外部微控制器使用的时序设置相匹配。

4.6 时钟拉伸时序

I2C接口使用时钟拉伸来为数据通过串行链路转发提供时间。主微控制器以及任何连接的外设必须接受GMSL设备的时钟拉伸。

4.7 基于数据包的I2C

基于数据包的控制通道可用于增强控制通道的错误处理能力。这种控制通道方法可以处理同时进行的GPI/GPO和I2C传输，以及错误检测和重传。

4.8 数据包协议总结

基于数据包的控制通道使用同步的、基于符号的系统在控制通道上发送数据。要在控制通道上发送的数据被分割成符号并存储在发送队列中，然后通过链路发送。如果需要同时发送GPI和I2C数据（例如，当GPI在I2C传输期间发生转换时），两个命令的符号会在队列中合并。如果发送队列为空，会发送空闲数据包以保持控制通道的锁定。接收到的I2C数据包会根据微控制器的SCL速率（本地设备）或编程的主比特率（远程设备）输出。设备会将SCL拉低（时钟拉伸），直到从远程端设备接收到数据。

4.9 控制通道错误检测和数据包重传

使用基于数据包的控制通道时，所有数据包都会通过CRC进行错误检查。使用1、5或8位的CRC可以检测数据包中的1、3或4个随机位错误。当检测到错误时，发送器会重传数据包。如果重试次数超过编程的阈值，发送器会设置一个标志。接收器会过滤掉有错误的数据包。

4.10 GPO/GPI控制

串行器上的GPO会跟随解串器上的GPI转换。这种GPO/GPI功能可用于在环视摄像头系统中传输帧同步信号等。此外，GPO也可以通过寄存器位直接设置。

4.11 扩频

串行器包含可编程的扩频输出，通过将时钟频率峰值分布在一个频率频谱上，降低了发射水平。此外，串行器和解串器可以跟踪扩频输入时钟，无需多个扩频时钟。

4.12 电缆类型配置

驱动器输出可针对两种类型的电缆进行编程，即100Ω双绞线和50Ω同轴电缆（如需与75Ω电缆兼容的设备，请联系厂家）。在同轴模式下，将OUT +连接到解串器的IN +。将未使用的IN -引脚悬空，或通过50Ω电阻和电容接地，以提高电源抑制能力。将OUT -通过50Ω电阻连接到VDD。

4.13 交叉点开关

交叉点开关用于在并行输入/输出和SerDes之间路由数据。任意到任意的路由确保了视频源和目标之间的映射。对于每个交叉点输出（XBO_），输入多路复用器使用CROSSBAR寄存器位从可用的交叉点输入（XBI）中选择。多个交叉点输出可以使用相同的交叉点输入。默认情况下，同步信号与视频数据的最高有效位共享相同的输入。

4.14 视频时序发生器

串行器包含一个可编程的视频时序发生器，用于生成/重新定时输入的同步信号。该时序发生器可用于修改摄像头的输入时序，过滤同步信号中的毛刺，或减少所需的输入同步信号数量。每个同步信号可以单独重新定时或保持不变。几个寄存器决定了图18中所示的时序参数的长度（以PCLK周期为单位）。时序参数包括高/低周期长度、行数和与输入VS信号的延迟。时序发生器使用三种不同的触发模式：跟踪模式、单触发模式和自动运行模式。跟踪模式会观察输入的VSYNC信号，在接收到三个连续相同的VSYNC信号后锁定。然后，跟踪器会继续输出相同的信号，消除VSYNC上可能出现的毛刺。如果三个连续的输入波形与锁定的信号不匹配，跟踪器会尝试重新锁定到新的信号。单触发模式会为每个输入的VSYNC边缘生成一个生成的帧。自动运行模式会以VSYNC高/低周期确定的速率生成新的帧。如果在单触发或自动运行模式下，在一个帧完成之前出现新的VSYNC信号，会立即开始一个新的帧，从而截断前一个帧。

五、睡眠和关机模式

5.1 配置链路

当不需要高速视频链路或该链路不可用时，可以使用配置链路代替。在配置链路模式下，并行数字输入/输出被禁用，LOCK引脚保持低电平，串行链路内部生成自己的时钟，以允许控制通道（I2C和GPIO）的全面操作。

5.2 序列化禁用

当不需要串行链路时，例如当下游设备断电时，用户可以禁用序列化。在这种模式下，所有前向通信都会关闭。用户可以在本地或通过反向通道重新启用序列化。

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