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作者：Mark Sauerwald，汽車連接與以太網應用工程師 平板顯示器鏈路 III（也稱為 FPD-Link III）是一種可用于眾多汽車應用的接口，能進行點對點視頻傳輸。該接口可通過低成本線纜（雙絞線或同軸線纜）支持高清數字視頻傳輸和雙向控制通道。FPD-Link III 串行解串器經過精心優化，既適用于處理器與顯示器之間的鏈路，又適用于處理器與攝像頭之間的鏈路（圖 1）。本文將概括介紹這些鏈路，以及它們在不久的將來有望取得的技術發展和怎樣才能最充分地利用該技術。 
不久以前，攝像頭在汽車上還屬于新鮮事物，主要用于較大型車輛在倒車時觀察車后距離的情況，而如今，即便在低成本經濟型汽車中配備倒車攝像頭也不足為奇。隨著汽車技術的不斷發展，車輛中的攝像頭應用將會-越來越豐富，同時攝像頭本身也將變得越來越復雜精密。 倒車攝像頭有助于駕駛員直觀了解車后距離的情況，但若僅使用后視鏡，即便可以觀察，也頗為不方便。下一步的發展是全景可視系統 (surround-view system) 。在典型的全景可視系統中，車上將安裝四個攝像頭，一個在車頭，一個在車尾保險杠上，兩個分別位于車身兩-側，用于后視。每個攝像頭均采用魚眼鏡頭，這樣根據所生成的四幅影像，可以合成觀察車身四周狀況的完整影像。在全景可視系統中，可將四幅魚眼影像提供給德州儀器 (TI) DRA74x“Jacinto 6”等視頻影像處理器進行處理。 該處理器不僅可消除魚眼失真，調整可見視點，而且還可將四幅影像合并在一起，生成汽車的虛擬俯瞰視圖，從而有助于駕駛員清晰地查看車輛前后或左右的任何障礙物。 當處理這些影像時，影像的特定部分會被放大，而其余部分則會被壓縮。為了保持高影像質量，像素的密度應高于標準肉眼觀察所要求的密度。當前的汽車影像生成器可支持 1 百萬像素 (MP) 的影像，而 2MP 影像生成器也即將問世。為了支持新一代影像傳感器，專為 2MP 影像生成器精心優化的全新串行解串器設計方案對汽車設計人員而言將指日可待。隨著這些影像器對數據速率提出更高要求，為之提供支持的新一代接口也將應運而生。 汽車視覺系統演進發展的另一個方面是，業界正從使用倒車攝像頭等單攝像頭系統進一步發展到使用多個攝像頭。在使用多個攝像頭的情況下，影像生成器同步化已成為至關重要的特性。在全景可視應用等應用領域，實現所有影像器的同步可使影像處理輕松易行。但是，在-使用兩個攝像頭交替工作以創建車前3D 立體影像場景的情況下，也需要使用同步來判定移動對象的準確位置，也就是說甚至能判定從移動車輛上看到的靜態對象的準確位置。新一代系統將必須具備支持多個完全同步攝像頭的潛能。 在許多領域，為現有技術增添更多功能都會讓互聯更復雜、成本更高昂。例如，若要為家庭 DVD 播放機和視頻監視器之間的鏈路添加寫保護，就需要將模擬同軸線纜更換為 HDMI 線纜。這種全新的連接方法不僅可實現更好的畫質，同時還能提供寫保護。但付出的代價是需要使用成本高得多的線纜/連接器生態系統，而且也難以支-持較長距離的連接。 汽車中也存在類似的問題，EPD-LINK III 經擴展后，能夠使用相同的雙絞線線纜將來自藍光.播放器或服務-器的版權保護內容傳輸至后座娛樂顯示屏。本技術規范能在不造成介質成本增加的情況下實現這一功能，也不會縮短無版權保護能力的老式介質的傳輸距離。圖 1 即為體現這種技術的芯片組。在這些器件中，過去通過獨立導體傳輸的相同信息現在經編碼后就可使用 FPD-Link III 方式傳輸，即與視頻內容共享同一傳輸導體。 將視頻從攝像頭傳輸給處理器，或是將視頻從藍光播放器傳輸到顯示屏，只是處理工作的一部分。在這兩種情況下，都需要從相反的方向傳輸控制信號。具體就攝像頭而言，處理器需要配置影像生成器。對于后座娛樂顯示屏而言，用戶界面通常為觸摸屏，而且觸摸命令必須從屏幕發送回處理器。 FPD-Link III 可使用集成型返回通道處理該事物，這不僅允許使用同一條同軸線纜或雙絞線向一個方向傳輸視頻，同時還能提供共享同一導體的獨立雙向控制通道。這樣就能使用輕薄且靈活度高的低成本線纜。但還需要解決電源問題，攝像頭和顯示器都需要電源。 能否使用同一線纜既給設備供電又能提供通信鏈路？ 通過同軸線纜供電 同時使用同一線纜進行供電和通信的關鍵在于需要思考線纜的頻域特征。FPD-Link III 上的視頻轉發通道和雙向控制通道之所以能夠共享同一線纜，原因在于這兩個-信號在頻域中占用的空間不同。以 DS90UB913A-Q1 和DS90UB914A-Q1 為例，控制通道占用的頻域是從大約1MHz 到大約 5MHz 不等。視頻通道占用的頻域是從大約 70MHz 到大約 700MHz 不等。為同一線纜添加電力傳輸功能必須避免干擾上述兩個頻段中的任意一個。 對于同軸線纜供電 (POC) 而言，需要使用電路將輸入信號分為兩個支路（圖 2）。其中一路負責傳輸用于POC 電路的 DC 電源，另一路負責傳輸無 DC 電源的信號。要實現這種效果，需要在信號路徑這一支路上布置一個元件，以便讓回傳和轉發通道的信號通過，但會阻斷 DC。簡單地使用一個電容器就可以達到這個目的。
0.1μF 電容器從回傳通道頻段 1MHz 開始直到 700MHz 上限都具有非常低的阻抗。該電容器在市場上隨處有售且價格低廉。就 0.1μF 電容器的寄生電感而言，0603 電容器在 1nH 左右，就所使用的頻段來說不會有什么影響。要將 AC 信號與 DC 電源進行分離，這一規格的電容可謂理想選擇。 對于另一個支路，要做到既通過 DC 電源又避免干擾 AC 信號，難度較大。由于數據通道穿過的是阻抗受控制的傳輸線路，因而在整個轉發通道的頻段內，該低通電路的阻抗必須維持在較高水平。 要讓電源電路避免干擾數據通道，該電路的阻抗必須比線纜的特征阻抗高大約 20 倍。以 50Ω的同軸線纜為例，該阻抗在1MHz 到700MHz 范圍內必須大于1KΩ。如果有理想的導體，就可用于這一應用。 但令人遺憾的是，找到理想導體的難度比找到理想電容器的難度更大。要在回傳通道使用的 1MHz 較低頻段上得到 1k.以上的阻抗，需要 100μH 的電感器。但典型的 100μH 電感器都會有寄生電容，會在頻率高于70MHz 時阻抗降至低于 1k.。因而它會干擾轉發通道。 圖 3 是一些不同導體的阻抗隨頻率變化的曲線圖。注意，阻抗會先上升到寄生電容占主導的特定點，然后下降。從圖上可以看出，100μH 的導體能夠良好地阻斷控制通道，因為其阻抗從 1MHz 到 5MHz 都是大約 1k.。但是，當轉發通道為 150ΜHζ時，該阻抗下降到大約200.。解決方案是使用配備兩個串聯電感器的電路。其中 100μH 的電感器用于阻斷控制通道，而另一條較小的電感器則用于阻斷視頻通道。對于第二個電感器而言，大約 5μH 的電感就非常合適。
要求的物理特性決定了電感器的值（100 μH 和4.7μH），但實際尺寸由鐵芯維持磁場的能力決定。 從物理原理來說，尺寸較小的電感器會有較低的飽和電流。使用較小電感器的方法之一是降低電路的電流需求，這可以通過提高由同軸線纜傳輸的電壓來實現。如果攝像頭需要1.5W 的功率，且用同軸線纜傳輸5V 電壓，那么所需的電流就是 300mA 。所選用的 100μH 電感器可能是能夠容許的最小物理尺寸（7毫米 x 7毫米 x 4 毫米）。但是，如果使用 12V 供電，那么只需要125mA 的電流。支持這一較低電流的電感器在物理空間尺寸上比支持 300mA 的電感器小四分之三。 結論 視頻在現代汽車領域中扮演著日益重要的角色。FPD-Link III 是支持當今和未來需求的理想技術，其可通過使用廉價的線纜實現更多功能，從而能最大限度地降低系統成本。此外，它也是一項能與時俱進、隨時跟上未來發展的技術。 |
