汽車(chē)芯片漫談之Serdes芯片與測(cè)試

車(chē)載Serdes芯片的重要性
 
       汽車(chē)智能駕駛時(shí)代，特別是輔助駕駛/自動(dòng)駕駛的普及，環(huán)境感知已成為汽車(chē)行業(yè)中一個(gè)新興的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，車(chē)載攝像頭的數(shù)量、分辨率快速增加；大量數(shù)據(jù)需要高速率、高寬帶的傳輸，使得高性能車(chē)載Serdes芯片成為核心零部件之一，如下圖是自動(dòng)駕駛架構(gòu)框圖，Serdes/MIPI A-PHY承擔(dān)了自動(dòng)駕駛ADAS芯片與攝像頭之間的高速數(shù)據(jù)互聯(lián)。

圖：ADAS系統(tǒng)與攝像頭互聯(lián)示意圖
       目前，從車(chē)載攝像頭到車(chē)載顯示器、ADAS域控制器、座艙域控制器等都在使用車(chē)載通信Serdes芯片，以實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。
 車(chē)載Serdes主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)概況
 
       目前車(chē)載Serdes的標(biāo)準(zhǔn)眾多，私有協(xié)議包括TI德州儀器的FPD-Link標(biāo)準(zhǔn)，ADI（美信）的GMSL，Inova Semiconductors的APIX，以及羅姆的Clockless Link等。
 
       公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)目前主要是3個(gè)，MIPI A-PHY和ASA，以及中國(guó)的HSMT標(biāo)準(zhǔn)。
 
        MIPI A-PHY的陣營(yíng)的參與者包括寶馬、豐田、博世、電裝、采埃孚、英特爾、微軟、松下、高通等。2018年，MIPI AWG（Automotive Working Group）成立，旨在引入名為MASS（MIPI Automotive SERDES Standard）的通用通信框架鋪平道路。2021年，MIPI聯(lián)盟最近發(fā)布了MIPI A-PHY v1.0，這是第一個(gè)汽車(chē)長(zhǎng)距離串行器/解串器（Serdes）物理層接口規(guī)范。
 
       目前MIPI A-PHY的最新標(biāo)準(zhǔn)版本是MIPI A-PHY® v1.1.1 (May 2023)。
 
MIPI A-PHY CTS V1.0標(biāo)準(zhǔn)解讀
 
       高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的首要目標(biāo)，是確保車(chē)內(nèi)駕乘人員和周邊行人的安全。只有在接收機(jī)以合格的比特誤碼率運(yùn)行時(shí)，子系統(tǒng)才能正常工作。值得注意的是，接收機(jī)測(cè)試已經(jīng)納入MIPI A-PHY所涉各種相關(guān)規(guī)范的合規(guī)性測(cè)試規(guī)范（CTS）。在測(cè)試Serdes物理層（PHY）信號(hào)時(shí)，了解它以什么方式發(fā)送消息，然后在另一端以什么方式接收消息至關(guān)重要?；谧钚碌腃TS v1.0，我們可以涵蓋整個(gè)物理層測(cè)試一致性測(cè)試，首先是信號(hào)完整性測(cè)試，目的是消除來(lái)自其他源頭的失真、反射、衰減和/或耦合噪聲。其次，要在更高層級(jí)驗(yàn)證被測(cè)器件（DUT）的功能以 及 PHY與 ECU之間的信號(hào)傳輸，了解信號(hào)傳輸是否劃分了正確的優(yōu)先級(jí)。最后，您需要將DUT放到一系列壓力環(huán)境中，并識(shí)別它在哪個(gè)階段發(fā)生故障，這對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試都至關(guān)重要。
 
Serdes/A-PHY 測(cè)試概覽與關(guān)鍵
 
        Serdes芯片的測(cè)試，一般可以歸納為：發(fā)射機(jī)測(cè)試，接收機(jī)測(cè)試與鏈路測(cè)試3類(lèi)，下面我們分別就幾類(lèi)測(cè)試與關(guān)鍵的測(cè)試點(diǎn)，做一個(gè)詳細(xì)的介紹。
 
Serdes/A-PHY發(fā)射機(jī)測(cè)試
 
       Serdes/A-PHY的發(fā)射機(jī)Tx測(cè)試，主要利用示波器配合是德科技的專(zhuān)有軟件完成，如下圖是一個(gè)典型的差分SMA連接的發(fā)射機(jī)測(cè)試框圖。
 
圖：差分連接的發(fā)射機(jī)Tx測(cè)試框圖
 
       采用UXR系列示波器作為信號(hào)接收，以得到優(yōu)異的底噪和抖動(dòng)性能，配合Keysight AE2010T 汽車(chē) Serdes 發(fā)射機(jī)測(cè)試應(yīng)用軟件，測(cè)試時(shí)能夠自動(dòng)配置示波器，并提供詳盡的測(cè)試結(jié)果，其中包含裕量和統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，一般的測(cè)試項(xiàng)如下：
 

圖：MIPI A-PHY 1.0 CTS 第 0.9 版測(cè)試項(xiàng)
 
 圖：ASA 1.1 CTS 第0.2版測(cè)試項(xiàng)

圖：GMSL2測(cè)試項(xiàng)
發(fā)射機(jī)測(cè)試關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)包括：
 
可以執(zhí)行基于Serdes協(xié)議（含 MIPI A-PHY和 ASA）的驗(yàn)證測(cè)試，以及如下的測(cè)試項(xiàng)
 
• 頻率
 
• 失真
 
• 抖動(dòng)
 
• 壓降
 
• MDI回波損耗
 
       詳細(xì)的內(nèi)容，可以參考文末的資料下載內(nèi)容，發(fā)射機(jī)測(cè)試部分。
 
Serdes/A-PHY接收機(jī)測(cè)試
       
       Serdes/A-PHY的接收機(jī)Rx測(cè)試，相對(duì)比較復(fù)雜，需要借助高速任意波形發(fā)生器來(lái)完成，測(cè)試項(xiàng)也相對(duì)較多，如下是一個(gè)典型的Rx測(cè)試框圖，借助M8195A任意波形發(fā)生器，產(chǎn)生帶壓力的信號(hào)，通過(guò)AE2090B夾具加噪聲，控制軟件AE2010R單獨(dú)在PC上運(yùn)行。
 
圖：接收機(jī)Rx測(cè)試框圖
 
關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)包括：
 
       接收機(jī)負(fù)責(zé)解碼通過(guò)鏈路發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后將其傳送給 ECU 或顯示設(shè)備做進(jìn)一步處理。接收機(jī)一旦出現(xiàn)誤碼，會(huì)導(dǎo)致來(lái)自安全關(guān)鍵型傳感器（如攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)）的數(shù)據(jù)丟失或損壞。
 
       傳統(tǒng)的接收機(jī)功能越來(lái)越不適應(yīng) PAM-4 等復(fù)雜的調(diào)制方案，特別是通過(guò)長(zhǎng)信道傳輸信號(hào)、受到多種噪聲源同時(shí)干擾的情況。為了表征接收機(jī)的性能，工程師必須測(cè)量其在受到多個(gè)噪聲源干擾時(shí)的誤碼水平，包括：
 
• 窄帶干擾
 
• 大電流注入
 
• 在線瞬變
 
• 線外串?dāng)_
 
       測(cè)量系統(tǒng)可以包括噪聲源、放大器和耦合電路，以便向有源 Serdes 鏈路注入精確的噪聲電平。接收機(jī)必須在受到噪聲干擾的情況下也能正確解釋符號(hào)。接收機(jī)測(cè)試的重點(diǎn)在于，確保接收機(jī)在受到干擾時(shí)仍能保持較低的比特誤碼率（BER）。
 
Serdes/A-PHY鏈路測(cè)試
 
        Serdes的鏈路測(cè)試包括了連接器，電纜，轉(zhuǎn)接頭等的測(cè)試，通常是用網(wǎng)絡(luò)分析儀配合一系列的轉(zhuǎn)接頭等來(lái)完成，下圖是典型的Serdes傳輸通道示意圖：
 
圖：Serdes/MIPI A-PHY傳輸通道示意圖
 
       可以看到，不同的ECU之間，通過(guò)高速的電纜連接，而不同廠家可以采用不同的轉(zhuǎn)接和電纜的標(biāo)準(zhǔn)，鏈路測(cè)試需要全面的評(píng)測(cè)端到端的鏈路性能，符合Serdes/MIPI A-PHY的標(biāo)準(zhǔn)要求。
 
       鏈路測(cè)試，可以采用AE2000L鏈路一致性測(cè)試系統(tǒng)來(lái)完成，可以根據(jù)需求來(lái)需求來(lái)選擇不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)儀，包括高性能的ENA系列，多端口的PXI模塊以及高性?xún)r(jià)比的USB網(wǎng)絡(luò)分析儀組建測(cè)試系統(tǒng)，配合AE2010L自動(dòng)化測(cè)試軟件，能夠很容易的完成鏈路測(cè)試從校準(zhǔn)到報(bào)告輸出的過(guò)程。
 
 
關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)包括：
 
       Serdes 鏈路的通道表征包括時(shí)域和頻域分析。工程師需要查看線纜連接系統(tǒng)、MDI、夾具和測(cè)試系統(tǒng)要求。目前還沒(méi)有針對(duì) MDI 連接器的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但已經(jīng)出臺(tái)了一些嚴(yán)格的規(guī)范，這有助于減少 MDI 和電纜之間的相互作用。
 
       我們?cè)谶M(jìn)行通道測(cè)試時(shí)，需要查看是否有以下錯(cuò)誤：
 
• 阻抗失配
 
• 信號(hào)失真或缺陷
 
• 電纜之間的串?dāng)_


文源：是德科技