基于LVDS的SerDes芯片简化汽车应用中的视频互联

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近年来，随着CMOS成像传感器和Flash存储器等产品价格的日益下降，对于成像和视频技术感兴趣的消费者数量在不断增加。在不久的将来，视频将在汽车环境中的安全性应用方面创造价值，目的在于使我们行驶的路面和驾驶的汽车都更加安全。
　　
        豪华汽车中已经出现防撞系统，可以借助环绕在汽车周围的多角摄像机，监视预定范围内各种物体对车体的靠近情况。在恶劣的环境中，将这些远程摄像机与用于实时分析每个图片的集中视频处理器相连接，会产生非常实际的问题，尤其是在各个摄像机可能生成16位或更高的视频信息以及多个控制信号的情况下。很显然，多重平行总线占据了相当大的空间并产生了多余的重量负担；再严重一些，这大量的电线就会成为一个非常“有效”的天线，会将本地产生的高脉冲干扰引入系统的电子设备中。
　　
        汽车视频应用所要求的技术，突出了许多系统的设计者要面临的挑战，这些系统将带有中央显示器/控制系统的多重资源结合在一起。举例来说，一个具有代表性的车内系统结构，它包含导航帮助和娱乐子系统、摄像机等功能，可以扫描道路变化，监视靠近汽车的物体，同时还具有增强的夜视功能。
　　
        由于在工业应用中，比如CAN（控制器局域网），可能会传输监控信息，而子网络会转移视频信息。特别是在欧洲的客车上，这种子网络可能是基于MOST（面向媒体的系统传输）网络的光纤，它们中的一些任务可以获得有限的接受，如从远程DVD播放器到椅背屏幕的视频流。
　　
        LVDS支持
　　
        上面的任何一种方法都不适于将视频数据直接从其来源转移到目的地。消除宽数据总线的一种解决方案是借助LVDS（低压差分信号）这种高速物理层接口。这项电流环技术在发射器上采用一个H桥输出级，将大约3.5mA的电流驱入两条导线中的一条，将信号载到接收器，电流的相对方向决定信号的极性。
　　
        接收器上一个额定电阻值为100ohm的电阻器端接在总线，并将约350mV的差分电压加到一个独立于系统电源电压的1.25V的共模电压上。操作级特别适用于3.3V逻辑电源，但是由于接收器具有50mV?2.35V的共模电压范围，一个LVDS链接可以允许在3V及以下的电源上，在发射器与接收器间高达 1V的对地电压偏移。这将有助于在分布式系统中的通信，因为在这些系统中汽车的线束长度上将会产生相当大的直流偏移。最大短路电流为24mA。电阻值的范围可以定义在90?132Ω之间以适用于电缆的特征阻抗，而小电压摆动和电流环的平衡特性抑制了EMI的产生并减少共模电压噪声。其故障保护性确保接收器在故障状态下输出设定至逻辑‘1，其中包括传输信号丢损或接收器输入短路等状态。此特性使得系统设计者可以很容易地检测到硬件的连接错误。
　　
        至关重要的一点是，电流模式逻辑和小信号摆动允许极高速的运行，假设采用一个无损耗的传输媒体，理论上的最大运行值可接近2GHz。在实践中，有赖于互联系统，最大的传输距离大约为10m。这个标准使用户可以自由地选择互联方式，如PCB走线、灵活的PCS、带状电缆、双绞线缆和连接器，以适用于点到点链接或多支路拓扑。因此， LVDS 的应用范围包括：从电信支架背板到磁盘驱动接口，从互联图像处理器到笔记本电脑LCD屏幕。
　　
        SerDes 的简化
　　
        经过很小的修改，LVDS技术还可以完全适用于在短距离串行连接中进行音频数据传送，如在汽车内的应用。这种方案中的关键因素在于发送器和接收器，它们通过对视频信息进行串行或解串处理形成一种适用于串行连接的格式。Intersil公司基于其在专用串行器/解串器(SerDes)产品方面的丰富经验，现已开发出SerDes器件的首个样品，以简化在汽车、消费类和工业应用研究中的音频连接。器件ISL34340用一种类似于LVDS的格式传输数据，并整合了串行器/解串器的功能，从而允许在一个单独的低成本差分对上进行双向操作，如 Twinax 电缆或Cat5以太网双绞线。
　　
        Intersil 的ISL34320/340器件的一个独特方面在于执行了侧通道的特性。除了视频率正向通道，侧通道配置了额外的逻辑，允许控制信号与远程电缆端进行双向传输。在典型操作中，系统处理器通过处于从模式的一个标准的I 2 C接口与ISL34320/340进行通信，并可以重新获得例如电缆断开这样的故障信息。TDB（时分复用）电路可以允许I 2 C端口间高速的传输数据，否则I 2 C端口将会需要单独的传输介质。

        视频数据传输模块将成像数据封装进入主要数据流，而单独的侧通道接收从I2C端口发出的数据。这个辅助通道可以通过在视频垂直回扫期间，进行传输设置和控制。通过插入足够的换向周期来保证控制数据不会与数据流相冲突，在每个数据帧间隔的每个方向上，一对芯片可以转换高达224字节的数据。这就相当于在 60Hz帧率下，107kbp的原始数据吞吐量。
　　
        使用辅助传输机制，其中包括设置一个远程SerDes芯片的使用而无需单独的长距离I 2 C连接。在这种情况下，主处理器可以利用在本地(远程)SerDes器件内RAM，在起动一个向远程芯片的传输前汇集可配置数据。也可以在SerDes对之间，执行寄存器至寄存器的传输，利用I 2 C EEPROM变更数据或与传感器等I 2 C器件进行通信。