Design-Tipps und Lösungen für die Datenübertragung in Fahrzeugsystemen

Jede Anwendung, die Langstreckenübertragungen mit hoher Datenrate beinhaltet, erfordert Tests, um eine gute Linkqualität sicherzustellen. Der MAX9259/MAX9260 Gigabit Multimedia Serial Link (GMSL) SerDes-Chipset von ADI kann Audio-/Videodaten mit Nutzlastraten von bis zu 2,5Gbps über ein einzelnes verdrilltes Kabel von bis zu 15 Metern Länge übertragen.   Einer der einfachsten Tests für die Linkqualität ist der Bit-Fehlerraten-Test (BER-Test). Der Sender überträgt ein bekanntes Datenmuster über den seriellen Link, und der Empfänger überprüft die eingehenden Daten auf Bitfehler. Ein weiterer Test ist das Auge-Diagramm, das die Linkqualität grafisch darstellt. Beide Tests erfordern die Generierung eines geeigneten Musters und die Übertragung über den seriellen Link. Während verschiedene Testmuster verfügbar sind, wird häufig die lange pseudozufällige Bitsequenz (PRBS) verwendet.   Das MAX9259/MAX9260-Chipset verfügt über einen internen PRBS-Generator und BER-Prüfer, was den Testprozess vereinfacht. Es werden lediglich eine Parallel-Taktung und ein UART-Port benötigt, um das Gerät zu programmieren. Der MAX9259 sendet ein 230 -- 1 (im 32-Bit-Modus) oder ein 222 -- 1 (im 24-Bit-Modus) PRBS-Datenmuster über den seriellen Link, und der MAX9260 überprüft die empfangenen Daten und protokolliert die Anzahl der Bitfehler.   Im Allgemeinen erfordert das Erzeugen der PRBS-Ausgabe durch den Serializer das Eingeben von Daten auf allen Eingängen, die serialisiert werden sollen. Für den MAX9259 bedeutet dies die Eingabe von Daten auf die Video-, Audio- und UART-Eingänge. Aufgrund der erheblichen Unterschiede in den Bitraten dieser drei Schnittstellen kann dies schnell sehr komplex werden. Der MAX9259 enthält einen internen PRBS-Generator, der über einen einzigen UART-Befehl gesteuert werden kann.   Um den PRBS-Modus für Tests zu aktivieren, können Sie das Schnellstart-Verfahren im MAX9259EVKIT/MAX9260EVKIT durchführen, um sicherzustellen, dass die Evaluierungsplatine, Software und Treiber korrekt installiert und aktiviert sind.   Der BER-Test ist eine einfache Methode, um die Linkqualität zu messen. Eine weitere Möglichkeit, die Systemleistung zu bewerten, besteht darin, die Öffnung des Auge-Diagramms zu analysieren. Dies bietet eine grafische Darstellung der Linkqualität und Einblicke in die Art der Kanalunregelmäßigkeiten. Ein hochbreitbandiges digitales Oszilloskop (im Modus unendliche Persistenz) kann verwendet werden, um das Auge-Diagramm des seriellen Links auf der Deserializer-Seite eines 15-Meter-STP-Kabels zu erfassen. Benutzer können durch die Analyse des Auge-Diagramms Impedanzabweichungen, Reflexionen, Taktvariationen und sogar Frequenzdämpfungsprobleme feststellen.

Serializer/Deserializer-Chipset für digitale Videogeräte

Für Anwendungen zur Datenübertragung im Fahrzeug hat ADI den Einzellink-Serializer/Deserializer-Chipsatz MAX9259/MAX9260 eingeführt, der einen Steuerkanal integriert und ideal für digitale Videogeräte ist. Diese Gigabit-Multimedia-Serial-Link(GMSL)-Chipsätze bieten eine Spread-Spectrum-Funktionalität und einen Vollduplex-Steuerkanal, der die GMSL-Technologie von Maxim nutzt. Der MAX9259-Serializer arbeitet in Kombination mit dem MAX9260-Deserializer, um eine vollständige digitale Serielle Verbindung zu bilden, die eine Hochgeschwindigkeitsübertragung von Video-, Audio- und Steuerdaten ermöglicht.   Der MAX9259/MAX9260 erlaubt eine maximale serielle Nutzdatenrate von 3,125 Gbps bei der Übertragung über ein 15-Meter-Abgeschirmtes-Twisted-Pair(STP)-Kabel. Der maximale Bus-Takt für die 24-Bit- und 32-Bit-Parallelschnittstellen kann 104 MHz bzw. 78 MHz erreichen. Der serielle Link unterstützt Displays im Bereich von QVGA (320 x 240) bis XGA (1280 x 768) oder Dual-Screen-WVGA (2 x 854 x 480).   Im 24-Bit- oder 32-Bit-Modus verarbeitet er 21-Bit- oder 29-Bit-Daten über I2S-Eingänge, die Audio-Wortbreiten von 4 bis 32 Bit und Abtastraten von 8 kHz bis 192 kHz unterstützen. Der integrierte Steuerkanal bildet einen Vollduplex-UART-Link mit einer Differenzialübertragung von 100 kbps bis 1 Mbps zwischen Serializer und Deserializer. Die Host-Elektronische-Steuerungseinheit (ECU) oder der Mikrocontroller (µC) kann auf der Seite des MAX9259 (für Videoanzeige) oder des MAX9260 (für Bilddetektion) platziert werden. Zusätzlich ermöglicht der Steuerkanal die Steuerung von entfernten Peripheriegeräten durch die ECU/µC via I2C (einfacher Modus) oder ein benutzerdefiniertes Vollduplex-UART-Format (Bypass-Modus).   Die Treiber-Pre-Emphasis des MAX9259-Serializers und die Kanalequalisierung des MAX9260 verbessern die Verbindungsreichweite und die Zuverlässigkeit der Verbindung. Der MAX9259/MAX9260 bietet außerdem eine Spread-Spectrum-Funktionalität zur Reduzierung von EMI auf seriellen und parallelen Ausgangsdaten. Der Differenzielle Link erfüllt die ESD-Schutzstandards nach ISO 10605 und IEC 61000-4-2.   Die Kernversorgungsspannungen des MAX9259/MAX9260 liegen bei 1,8 V bzw. 3,3 V. Beide Geräte arbeiten mit I/O-Versorgungen im Bereich von 1,8 V bis 3,3 V. Der MAX9259/MAX9260 ist in 64-Pin-TQFP(10mm x 10mm) sowie 56-Pin-TQFN(8mm x 8mm x 0,75mm) Gehäusen mit exponierter Fläche erhältlich. Ihre elektrische Leistung ist im Automobil-Temperaturbereich von -40°C bis +105°C garantiert.   ADI bietet außerdem das MAX9259-Evaluierungskit—MAX9259EVKIT—und das MAX9260-Evaluierungskit—MAX9260EVKIT, um bewährte Designs zur Evaluierung des MAX9259 und MAX9260 GMSL mit Spread-Spectrum und Vollduplex-Steuerkanälen bereitzustellen. Das Evaluierungskit beinhaltet zudem Windows®-kompatible Software, die eine benutzerfreundliche grafische Benutzeroberfläche (GUI) bereitstellt, um die Leistung des MAX9259 und MAX9260 zu evaluieren. Der MAX9259GCB/V+ und der MAX9260GCB/V+ sind auf jeder Platine vorinstalliert. Um das vollständige GMSL zu evaluieren, bestellen Sie das MAX9259-Evaluierungskit zusammen mit der dazugehörigen Platine, dem MAX9260-Evaluierungskit.

Einzellink-Serializer/Deserialisierer-Chipsatz mit HDCP-Unterstützung

Auf der anderen Seite hat ADI auch das MAX9263/MAX9264 Single-Link-Serializer/Deserializer-Chipset eingeführt, das einen Steuerkanal integriert und ideal für digitale Videogeräte ist. Diese HDCP Gigabit Multimedia Serial Link (GMSL) Serializer/Deserializer-Chipsets erweitern Maxims GMSL-Technologie, um High-Bandwidth Digital Content Protection (HDCP)-Verschlüsselung für DVD- und Blu-ray™-Video- und Audio-Datenschutz zu unterstützen. Der MAX9263 Serializer oder ein anderer HDCP-GMSL Serializer, kombiniert mit dem MAX9264 Deserializer oder einem anderen HDCP-GMSL Deserializer, bildet eine digitale serielle Verbindung zum Übertragen von Steuerdaten sowie HDCP-verschlüsselten Video- und Audiodaten. GMSL ist eine von Digital Content Protection (DCP), LLC zertifizierte HDCP-Technologie.   Die Signale der seriellen Verbindung sind AC-gekoppelte Current-Mode-Logic (CML) mit 8b/10b-Codierung. Um längere Kabel zu betreiben, bietet der Serializer programmierbare Pre-Emphasis/De-Emphasis, und der Deserializer bietet einen programmierbaren Kanalequalizer. GMSL-Geräte bieten eine programmierbare Spread-Spectrum-Funktionalität an seriellen (Serializer) und parallelen (Deserializer) Ausgängen. Die Ein- und Ausgänge der seriellen Verbindung erfüllen die ESD-Standards ISO 10605 und IEC 61000-4-2. Die Core-Versorgungsspannung des Serializers beträgt 1,8V; die Core-Versorgungsspannung des Deserializers beträgt 3,3V; und die I/O-Versorgungsspannung liegt zwischen 1,8V und 3,3V. Beide Geräte sind in 64-poligen TQFP-Gehäusen mit freiliegendem Pad verfügbar und arbeiten im automobilen Temperaturbereich von -40°C bis +105°C.

Serieller Link-Serializer/Deserialisierer mit LVDS-Systemschnittstelle

Die MAX9265/MAX9266 HDCP Gigabit Multimedia Serial Link (GMSL) Serializer/Deserializer mit LVDS-Systemschnittstelle von ADI integriert einen Steuerkanal und ist ideal für digitale Videosysteme. Der MAX9265 GMSL Serializer verfügt über eine LVDS-Systemschnittstelle und HDCP-Verschlüsselung zum Schutz von Inhalten wie DVD- und Blu-ray™-Video- und Audiodaten. Der Serializer kann mit jedem HDCP GMSL Deserializer kombiniert werden, um eine digitale serielle Verbindung für die Übertragung von Steuerdaten sowie HDCP-verschlüsselten Video- und Audiodaten zu bilden.   Die seriellen Verbindungs-Signale sind AC-gekoppelte CML mit 8b/10b Kodierung. Um längere Kabel anzutreiben, bietet der Serializer eine programmierbare Driver Pre-Emphasis/De-Emphasis-Funktion; zur Reduzierung von EMI bietet er eine programmierbare Spread-Spectrum-Funktionalität am seriellen Ausgang. Der serielle Ausgang erfüllt die ESD-Standards ISO 10605 und IEC 61000-4-2. Der Serializer/Deserializer arbeitet mit einer 1,8V Kernversorgung, einer 1,8V bis 3,3V I/O-Versorgung und einer 3,3V LVDS-Versorgung. Das Gerät ist in einem 48-Pin-TQFP-Gehäuse mit freiliegendem Pad erhältlich und arbeitet im Temperaturbereich für Automotive von -40°C bis +105°C.

Serieller Link-Deserializer mit LVDS-Systemschnittstelle und integriertem Steuerkanal

Der MAX9268 ist ein Gigabit Multimedia Serial Link (GMSL)-Deserialisierer mit einer LVDS-Systemschnittstelle und einem integrierten Steuerkanal, ideal für digitale Videoprodukte. Der MAX9268-Deserialisierer nutzt Maxims GMSL-Technologie und verfügt über eine LVDS-Systemschnittstelle, die die Anzahl der Pins und die Gehäusegröße effektiv reduziert. Das Gerät kann mit jedem GMSL-Serializer kombiniert werden, um eine vollständige digitale Serielle Verbindung zu bilden, die hochgeschwindigkeit Video-, Audio- und bidirektionalen Steuerdatentransport ermöglicht.   Der MAX9268 ermöglicht eine maximale serielle Nutzdatenrate von 2,5 Gbps bei der Übertragung über ein 15-Meter abgeschirmtes Twisted-Pair-Kabel (STP). Die maximale Ausgangstaktrate des Deserialisierers kann 104 MHz (3-Kanal-LVDS) oder 78 MHz (4-Kanal-LVDS) erreichen. Der serielle Link unterstützt 24-Bit-Farbdisplay-Panel von QVGA (320 x 240) bis WXGA (1280 x 800) und sogar höhere Auflösungen.   Im 3-Kanal-Modus gibt es ein LVDS-Taktsignal und drei Signalbahnen aus, die aus LVDS-Daten (21-Bit), UART-Steuersignalen und einem I2S-Audiokanal bestehen. Im 4-Kanal-Modus gibt es ein LVDS-Taktsignal und vier Signalbahnen aus, die aus LVDS-Daten (28-Bit), UART-Steuersignalen, einem I2S-Audiokanal und einem Hilfssteuerausgang bestehen.   Die standardmäßige I2S-Schnittstelle besteht aus drei Audioausgängen, die Abtastraten von 8 kHz bis 192 kHz und Audio-Wortlängen von 4 bis 32 Bit unterstützen. Der integrierte Steuerkanal bildet eine Vollduplex-differenzielle UART-Verbindung zwischen Serializer und Deserialisierer mit einer Geschwindigkeit von 100 kbps bis 1 Mbps. Die elektronische Steuereinheit (ECU) oder der Mikrocontroller (µC) können entweder auf der Serializer-Seite des Links (in der Regel für Videodisplays), auf der Seite des MAX9268 (typischerweise für Bildsensoren) oder auf beiden Seiten platziert werden.   Zusätzlich ermöglicht der Steuerkanal die ECU/µC-Steuerung von entfernten Peripheriegeräten wie Hintergrundbeleuchtung, Gamma-Korrektur, Kameramodulen und Touchscreens. Die Grundlage der Kommunikation mit Peripheriegeräten ist entweder das I2C- oder das GMSL-UART-Format. Der MAX9268 verfügt außerdem über einen Bypass-Modus, der ein benutzerdefiniertes UART-Format für Vollduplex-Kommunikation verwendet.   Die Treiber-Voreinstellung des GMSL-Serializers in Kombination mit dem Kanalequalizer des MAX9268 verlängert effektiv die Verbindungsreichweite und verbessert die Zuverlässigkeit der Verbindung. Die Spread-Spectrum-Funktionalität reduziert EMI an den LVDS-Ausgängen und Steuerungsausgängen des MAX9268. Der Serialeingang erfüllt die ISO 10605 und IEC 61000-4-2 ESD-Schutzstandards. Die Kernversorgung des MAX9268 beträgt 3,3 V, und die I/O-Versorgung liegt im Bereich von 1,8 V bis 3,3 V. Der MAX9268 ist in einem 48-Pin-TQFP-Gehäuse (7 mm x 7 mm) mit freiliegendem Pad erhältlich und arbeitet im Automobil-Temperaturbereich von -40°C bis +105°C.

Fazit

Das Design der Datenübertragung für fahrzeuginterne Automobilsysteme muss eine Balance zwischen hoher Geschwindigkeit, niedriger Latenz, Stabilität und Sicherheit finden. Da Fahrzeuge immer elektronischer und intelligenter werden, ist die Gewährleistung einer schnellen und präzisen Datenübertragung entscheidend. Schnellere und sicherere Datenübertragungslösungen werden intelligente Fahrzeuge weiter in Richtung Effizienz und Konnektivität vorantreiben. Die in diesem Artikel vorgestellten ADI Serializer/Deserializer-Lösungen erfüllen die strengen Anforderungen moderner Hochgeschwindigkeitssysteme und gewährleisten einen stabilen Betrieb von fahrzeuginternen Systemen.