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  • 車載低頻LVDS國產化芯片應用如虎添翼

    發布時間:2022-04-08
    來源于-汽車電子產業聯盟《智駕電子》2022第3期 文/鄭小龍,牟奎霖



       
        現任職于天津瑞發科半導體技術有限公司系統部,負責公司視頻傳輸類芯片的應用系統設計、功能驗證以及客戶支持。作為資深硬件工程師,于2014年2月加入后,對于過各個芯片系列和應用都提供過全面的支持,發表多篇技術文章。曾有在國內知名數字視頻監控企業工作的經驗。


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        現任天津瑞發科半導體技術有限公司市場拓展總監,負責公司的集成電路芯片市場推廣及業務拓展。畢業于清華大學電子工程系,曾經在美國德州儀器(TI)中國公司工作十八年,在IC行業技術和市場積累了豐富的經驗。

    本刊發表的《國產車載視頻傳輸芯片為智能化汽車保駕護航》文章引起業界廣泛關注,文中談到車載高清視頻傳輸芯片市場長期被TI/Maxim等國外廠商所壟斷的局面已經改變,面向車載應用的低頻LVDS芯片組NS2520/2521成為高清車載視頻傳輸芯片國產化替代優選,所表現高清晰度、高可靠性、低延時等特點為更多的客戶認可并采用。于是,“自主、可控、保供、降本”要素在國產芯片提供商給與的全方位支持下得到滿足,智能化汽車廠商在新的一年中虎虎生威。文將從技術角度深入地闡述車載低頻LVDS國產化芯片的應用和范例。

    低頻LVDS技術及芯片組脫穎而出

    常見的車載視頻傳輸系統,一般使用LVDS接口的傳輸芯片,其工作方式是將Sensor/ISP輸出的數字信號編碼成串行的數據流,通過高速的Serdes傳輸至接收端,接收端解碼后恢復成并行數據發給主控SOC。串行通道上數據的碼率很高,對于720P30,大約是750Mbps,對于1080P60,將達到3Gbps。因此車載LVDS是典型的高頻傳輸系統,抗干擾性差,對線材品質的要求高,傳輸距離也受限。

       天津瑞發科半導體在2016年發布了具有自主知識產權的AVT系列高清視頻傳輸芯片,至今累計出貨超過百萬對,其核心的SerDes技術就屬于低頻LVDS。

       NS2520/2521芯片組的核心功能是在傳統車載高清LVDS系統中引入壓縮編解碼模塊,使用同樣的傳輸接口和傳輸線纜,但壓縮算法將線纜上的碼率降低至270Mbps(135MHz max),彌補了傳統LVDS傳輸芯片的上述不足,獲得行業內“車載低頻LVDS”的稱謂。

    NS2520作為發送端(Tx)芯片,內置的壓縮模塊基于瑞發科自主知識產權的壓縮算法,壓縮率2至30倍可配置,10倍壓縮率下圖像損失小于-40dB,遠小于ISP對圖像的影響,滿足ADAS視頻分析算法的要求。視頻壓縮方式為幀內壓縮,以60幀的視頻流為例,畫面延時低至1.6毫秒。如圖1所示為其內部框圖。

                                  圖1 NS2520芯片內部基本功能模塊

        NS2521作為接收端(Rx)芯片,不僅能夠實時把收到的串行壓縮數據流解碼成并行數據流發送給SOC,而且通過內置的自適應均衡器和RS糾錯模塊,保證傳輸可靠性。其中自適應均衡器在線材類型,線材長度,連接器,環境溫度、電壓等外部條件發生變化時,保障視頻質量不受影響。RS糾錯模塊可有效抑制電磁干擾導致的傳輸錯誤,2Kbits串行碼流中最高可糾正8位隨機錯誤及64位連續錯誤。如圖2所示為其內部框圖。


                                        圖2 NS2521芯片內部基本功能模塊

    此外,NS2520/2521還設有I2S/SPDIF音頻接口、I2C/UART控制接口、GPIO電平采樣接口,可用于雙向的音頻或控制數據傳輸,作為視頻傳輸的擴展。這些擴展數據與視頻數據復用傳輸線纜,不需要額外增加傳輸線。

    車載低頻LVDS技術方案與FPD Link或模擬高清方案相比,具有的獨特優勢如下表所示,因此更適合于車載高清視頻傳輸系統的應用。

    進一步而言,由于低頻LVDS很大程度降低了對線纜和連接器的性能要求,具體到產品上,就意味著系統成本的降低,這對當前車廠普遍面臨的國產化替代和降成本壓力,無疑是一種利好。

    車載低頻LVDS典型應用方案別具特色

       車載低頻LVDS系統業已在智能化汽車的應用中大放異彩,基于NS2520/2521的解決方案已經成功用于360度環視、流媒體后視鏡、DVR、DMS等系統,表現出穩定可靠的特性,并且由于采用低頻時鐘,因此有效簡化硬件設計。

    NS2520部署于攝像頭端,通過8bit-BT656/DVP或16bit-BT1120接口連接Sensor/ISP,LVDS輸出接口通過電容/變壓器(AC耦合)連接線纜。線纜可以采用車載產品中常用的同軸線或HSD線。NS2521部署于主機端,單片NS2521支持2通道LVDS輸入,可以同時連接2路攝像頭,并行視頻輸出接口為16bit位寬,可作為2路8bit-BT656使用或1路16bit-BT1120或1路8bit-DVP使用。如圖4所示為車載低頻LVDS系統典型結構

                                            圖4基于NS2520/2521的車載系統典型結構

    下面以通用的360°全景系統為例進行簡要說明,該系統如圖5所示,包括四個攝像頭,分別安裝于車體的前后左右四個方向,并且通過同軸線纜連接到主機端(ECU)。同軸線纜分別將攝像頭輸出的圖像傳給主機端,同時主機端也通過POC的方式反向給攝像頭供電。主機端需要采用兩片NS2521,分別通過8bit-BT656接口連接SOC。中間的同軸線可以是多段,以方便設備的安裝,其最大長度可以達到30米以上,四根線纜間的長度差異或者品牌型號的差異不會導致信號接收的問題,即NS2521使用相同的軟件配置,無需因為線間的差異做額外調整。

    圖5基于NS2520/2521的360度全景系統

    車載低頻LVDS系統效果實測盡如人意

    車載視頻傳輸系統中,清晰度、穩定性、實時性是三個核心指標,這些指標需要通過實測來確定和驗證。評估清晰度和實時性的影響,需要把經過壓縮模塊后的圖像和原始圖像作對比,使用的對比方法是把一個PC機顯卡的HDMI輸出端,通過視頻分配器分成兩路,一路直連顯示器A,另一路先通過HDMI_RX芯片轉為BT1120格式的圖像,再經過NS2520/2521芯片組做壓縮和解壓處理,處理后接入HDMI_TX芯片重新轉成HDMI圖像連接另一臺顯示器B。顯示器A、B使用相同品牌,并恢復至默認配置。PC機無論是運行專用的LCD_Test軟件、觀看高清電影,或是顯示靜態的系統桌面;通過肉眼觀看,均無法直接看出兩個視頻通道間的圖像效果差異。實時性測量需打開秒表,使用全局曝光的攝像機同時抓拍兩個屏幕,顯示的時間差即為延時,使用1080P60的視頻源,反復測試,延時均低于2ms,與1.6ms的設計理論值相符。由此可以驗證,視頻壓縮對清晰度和實時性的影響幾乎不可見,而穩定性的提升卻十分顯著。實際使用測試板做BCI測試如圖6所示。

                                               圖6 使用測試板做BCI測試

    高清視頻傳輸穩定性的提升主要體現在抗干擾性能和對線材的兼容性上,最直觀的檢驗方式就是EMC測試,車載產品的EMC測試項中,BCI大電流注入是一種相對比較強的干擾。為了保證足夠的設計余量,按照超出常規要求的標準設計測試項,使用了國產的后裝線材和連接器,線材為兩段式,總長8米,由于受場地限制,采用蛇形繞線多次轉折,有的地方彎折角度較大甚至形成銳角,被測設備不加金屬外殼,直接裸板測試。測試結果表明,使用全屏蔽的線纜,可以保證全頻段200mA的干擾下滿足等級Ⅱ的要求,完全符合車載系統的標準。

    后記:當前國內半導體產業的迅速發展和顯著進步為車載芯片的國產化替代打下堅實的基礎,更好地支持國產汽車智能化以及新能源智能汽車的不斷創新。瑞發科半導體作為自主研發具有自主知識產權數字高清視頻傳輸技術和芯片的領先者,業已居身國內車企供應鏈的優秀代表之一。憑借創新設計理念和優越性能的車載低頻LVDS技術,使得NS2520/2521芯片組得到越來越多車廠和Tier1的認可和采用,不少已進入前裝量產與前裝定點階段,正起到如虎添翼的效果?;贏VT技術新一代的低頻LVDS視頻傳輸芯片正在研發中,將以更卓越的性能創造新的輝煌。以國產化半導體芯片主導車載市場,中國智能汽車的未來可期!














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