汽車系統(tǒng)設計之逆視頻通道數(shù)據(jù)方向驅動控制

在本博客的第 1 部分，我們解決了汽車系統(tǒng)設計人員在實施視覺安全系統(tǒng)時的部分設計挑戰(zhàn)。我們將在這個部分詳細討論逆視頻通道數(shù)據(jù)方向驅動控制數(shù)據(jù)的選項。

隨著汽車中所使用的顯示器、攝像頭和傳感器數(shù)量的倍增，這些模塊與主機設備之間所需的連接數(shù)量也在不斷增加。線束內每增加一條線纜，都會增加成本和重量，影響生產(chǎn)裝配成本與可靠性。然而還有個不太明顯的問題，那就是隨著視頻鏈路數(shù)量的增長，用于控制和更新攝像頭及顯示器的數(shù)據(jù)連接數(shù)量也在增加。例如，在初始化及工作過程中，主機設備經(jīng)常向攝像頭發(fā)送控制設置信息。駕駛室內基于駕駛員設置或傳感器的中央控制器可自動調整亮度和背景照明設置。

另一個實例是提供觸摸屏顯示器，其中的位置或多觸摸信息需要發(fā)送回中央單元。關鍵點在于控制數(shù)據(jù)傳輸方向與視頻數(shù)據(jù)流傳輸方向相反。

要實施這種控制通道，標準方法是分別運行與視頻鏈路并行的控制線路 — 從攝像頭到主機設備或從主機設備到顯示屏。設計挑戰(zhàn)在于如何更高效地利用已有線路及連接器充分滿足視頻、控制與數(shù)據(jù)信號的需求。

想象一下在高速公路上逆行開車而且不會撞到對面來車的這種情形。這并不是建議使用碰撞避免系統(tǒng)，而是一個比喻，用來形容提供數(shù)據(jù)流方向與主要高速視頻數(shù)據(jù)方向相反的控制路徑所面臨的挑戰(zhàn)。如前文所述，理想的解決方案是只使用現(xiàn)有配線提供這種控制通道，而且實際上可采用好幾種方法實施。

顯示器傾向于利用源自老 CRT 顯示器時代的視頻消隱期來發(fā)送非視頻數(shù)據(jù)。CRT 顯示器要求將消隱期添加到每個有源視頻線路和區(qū)域的末端，以實現(xiàn)波束的“反激”時間。經(jīng)過多年發(fā)展，創(chuàng)意視頻系統(tǒng)設計人員現(xiàn)已利用消隱期傳輸字幕文本或視頻時間代碼等信息。

圖 1.在視頻消隱期實施的控制通道

LCD 等較新的顯示技術一直保留著消隱期，盡管它們確實已不再需要了。圖 1 是利用視頻消隱期發(fā)送控制信息的方法，但是所傳輸數(shù)據(jù)的量局限于消隱期的長度和頻率。如果支持 30Hz 典型幀速率的系統(tǒng)只使用垂直消隱期，這就特別有局限性。此外，業(yè)界還有一種趨勢是大幅消除這一浪費的開銷，因為這將對功耗和像素時鐘速率產(chǎn)生直接影響。

這種方法的其它不足還在于控制數(shù)據(jù)必須排隊等待傳輸。所產(chǎn)生的延遲會導致無法確定的時延，這對很多應用來說是無法接受的，例如需要微秒級響應時間的碰撞避免系統(tǒng)。此外，這也會限制控制數(shù)據(jù)的精確定時具有相關性的應用。例如，要使用這種方法同步多攝像頭系統(tǒng)就是一個挑戰(zhàn)。

圖 2 使用視頻數(shù)據(jù)共模調制實施的控制通道

另一種方法利用的是主視頻通道中信號的差分屬性，如圖 2 所示?？刂茢?shù)據(jù)可作為數(shù)字化視頻信號的共模調制信號有效耦合在線纜中，但這可帶來基本的 EMI 問題。汽車應用還可實施非常嚴格的 EMC 標準，以避免電子子系統(tǒng)之間的干擾。還記得為最大限度降低 EMI 所做的良好工作（將差分信號發(fā)送與數(shù)據(jù)隨機化、解擾以及 DC 均衡配合使用，以避免任何殘留共模信號）嗎？故意引入作為傳輸控制數(shù)據(jù)方法的共模信號將大幅抵消所做的良好工作。因此這種方法顯然又是一個死胡同。

德州儀器 (TI) FPD-Link III 串行解串器芯片組可使用完全不同的方法克服以上方法的局限性。FPD-Link III 技術可通過單條線路對或同軸線纜同時傳輸高速視頻數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)。雙向控制通道可在傳輸視頻與音頻數(shù)據(jù)的同時繼續(xù)運行。串行器及解串器中的接收器可從反向傳輸（接收器至發(fā)送器）的較低速數(shù)據(jù)中將正向（發(fā)送器到接收器）通道數(shù)據(jù)分離出來。這種方法的實現(xiàn)主要基于所傳送數(shù)據(jù)與混合數(shù)據(jù)之間的相關性。點擊這里，了解有關串行解串器芯片組的更多詳情。