FPD-Link III：以較低成本實(shí)現(xiàn)更多功能

 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(yīng)用的接口，能進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)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(shù)字視頻傳輸和雙向控制通道。FPD-Link III 串行解串器經(jīng)過精心優(yōu)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(shù)發(fā)展和怎樣才能最充分地利用該技術(shù)。

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(shí)觀察車后距離的情況，而如今，即便在低成本經(jīng)濟(jì)型汽車中配備倒車攝像頭也不足為奇。隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，車輛中的攝像頭應(yīng)用將會(huì)-越來越豐富，同時(shí)攝像頭本身也將變得越來越復(fù)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(fā)展是全景可視系統(tǒng) (surround-view system) 。在典型的全景可視系統(tǒng)中，車上將安裝四個(gè)攝像頭，一個(gè)在車頭，一個(gè)在車尾保險(xiǎn)杠上，兩個(gè)分別位于車身兩-側(cè)，用于后視。每個(gè)攝像頭均采用魚眼鏡頭，這樣根據(jù)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(tǒng)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(jìn)行處理。

該處理器不僅可消除魚眼失真，調(diào)整可見視點(diǎn)，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(dāng)處理這些影像時(shí)，影像的特定部分會(huì)被放大，而其余部分則會(huì)被壓縮。為了保持高影像質(zhì)量，像素的密度應(yīng)高于標(biāo)準(zhǔn)肉眼觀察所要求的密度。當(dāng)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(yōu)化的全新串行解串器設(shè)計(jì)方案對汽車設(shè)計(jì)人員而言將指日可待。隨著這些影像器對數(shù)據(jù)速率提出更高要求，為之提供支持的新一代接口也將應(yīng)運(yùn)而生。

汽車視覺系統(tǒng)演進(jìn)發(fā)展的另一個(gè)方面是，業(yè)界正從使用倒車攝像頭等單攝像頭系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展到使用多個(gè)攝像頭。在使用多個(gè)攝像頭的情況下，影像生成器同步化已成為至關(guān)重要的特性。在全景可視應(yīng)用等應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)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(gè)攝像頭交替工作以創(chuàng)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(dòng)對象的準(zhǔn)確位置，也就是說甚至能判定從移動(dòng)車輛上看到的靜態(tài)對象的準(zhǔn)確位置。新一代系統(tǒng)將必須具備支持多個(gè)完全同步攝像頭的潛能。

在許多領(lǐng)域，為現(xiàn)有技術(shù)增添更多功能都會(huì)讓互聯(lián)更復(fù)雜、成本更高昂。例如，若要為家庭 DVD 播放機(jī)和視頻監(jiān)視器之間的鏈路添加寫保護(hù)，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(shí)現(xiàn)更好的畫質(zhì)，同時(shí)還能提供寫保護(hù)。但付出的代價(jià)是需要使用成本高得多的線纜/連接器生態(tài)系統(tǒng)，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(jīng)擴(kuò)展后，能夠使用相同的雙絞線線纜將來自藍(lán)光.播放器或服務(wù)-器的版權(quán)保護(hù)內(nèi)容傳輸至后座娛樂顯示屏。本技術(shù)規(guī)范能在不造成介質(zhì)成本增加的情況下實(shí)現(xiàn)這一功能，也不會(huì)縮短無版權(quán)保護(hù)能力的老式介質(zhì)的傳輸距離。圖 1 即為體現(xiàn)這種技術(shù)的芯片組。在這些器件中，過去通過獨(dú)立導(dǎo)體傳輸?shù)南嗤畔F(xiàn)在經(jīng)編碼后就可使用 FPD-Link III 方式傳輸，即與視頻內(nèi)容共享同一傳輸導(dǎo)體。

將視頻從攝像頭傳輸給處理器，或是將視頻從藍(lán)光播放器傳輸?shù)斤@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(fā)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(gè)方向傳輸視頻，同時(shí)還能提供共享同一導(dǎo)體的獨(dú)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(shè)備供電又能提供通信鏈路?

通過同軸線纜供電

同時(shí)使用同一線纜進(jìn)行供電和通信的關(guān)鍵在于需要思考線纜的頻域特征。FPD-Link III 上的視頻轉(zhuǎn)發(fā)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(gè)-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(gè)頻段中的任意一個(gè)。

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(gè)支路(圖 2)。其中一路負(fù)責(zé)傳輸用于POC 電路的 DC 電源，另一路負(fù)責(zé)傳輸無 DC 電源的信號。要實(shí)現(xiàn)這種效果，需要在信號路徑這一支路上布置一個(gè)元件，以便讓回傳和轉(zhuǎn)發(fā)通道的信號通過，但會(huì)阻斷 DC。簡單地使用一個(gè)電容器就可以達(dá)到這個(gè)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(jià)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(huì)有什么影響。要將 AC 信號與 DC 電源進(jìn)行分離，這一規(guī)格的電容可謂理想選擇。

對于另一個(gè)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(shù)據(jù)通道穿過的是阻抗受控制的傳輸線路，因而在整個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)通道的頻段內(nèi)，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(shù)據(jù)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(nèi)必須大于1KΩ。如果有理想的導(dǎo)體，就可用于這一應(yīng)用。

但令人遺憾的是，找到理想導(dǎo)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(huì)有寄生電容，會(huì)在頻率高于70MHz 時(shí)阻抗降至低于 1k.。因而它會(huì)干擾轉(zhuǎn)發(fā)通道。

圖 3 是一些不同導(dǎo)體的阻抗隨頻率變化的曲線圖。注意，阻抗會(huì)先上升到寄生電容占主導(dǎo)的特定點(diǎn)，然后下降。從圖上可以看出，100μH 的導(dǎo)體能夠良好地阻斷控制通道，因?yàn)槠渥杩箯?1MHz 到 5MHz 都是大約 1k.。但是，當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)通道為 150ΜHζ時(shí)，該阻抗下降到大約200.。解決方案是使用配備兩個(gè)串聯(lián)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(gè)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(shí)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(huì)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?shù)碾妷簛韺?shí)現(xiàn)。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(jié)論

視頻在現(xiàn)代汽車領(lǐng)域中扮演著日益重要的角色。FPD-Link III 是支持當(dāng)今和未來需求的理想技術(shù)，其可通過使用廉價(jià)的線纜實(shí)現(xiàn)更多功能，從而能最大限度地降低系統(tǒng)成本。此外，它也是一項(xiàng)能與時(shí)俱進(jìn)、隨時(shí)跟上未來發(fā)展的技術(shù)。