在汽車行業,先進的駕駛輔助系統(ADAS)、互聯車載信息娛樂系統(IVI)和新興的自動駕駛系統(ADS)等功能比以往任何時候都更加重要,使車輛更加安全,并改善駕駛體驗。然而,他們也創造了新的需求,增加了復雜性,使產品開發更加昂貴和耗時。

汽車制造商面臨著包括最新功能的壓力,同時控制成本,最大限度地降低功耗,并確保電子系統在車輛壽命期間可靠、安全。滿足這些期望需要新的車內連接方法,特別是將傳感器和顯示器連接到相關電子控制單元(ECU)的物理層接口。

讓我們來看看這些趨勢,它們帶來的需求以及滿足這些需求的方法。

更多攝像頭、更多顯示器、更多數據

研究公司科納仕公司估計,2021年,在美國、歐洲、日本和中國等主要市場銷售的新車中,約有三分之一具有ADAS功能。它還預測,到2030年,路上行駛的所有汽車中有一半將啟用ADAS。

圖1:配有ADAS或ADS的車輛配備了各種各樣的攝像頭和傳感器,以實現360度視野,這為車內連接提出了新的要求。(來源:MIPI聯盟)

先進的ADAS平臺可以使用多達12個或更多的攝像頭,以及雷達、激光雷達和超聲波傳感器,以實現360度能見度、車道保持輔助、交通標志識別和自動緊急制動等安全功能。許多車輛也有內部攝像頭來監控駕駛員的警覺性。自動駕駛汽車配備了更多的傳感器,對分辨率和性能的要求也在全面增長。

新的電子功能也需要更多、更大和更高分辨率的顯示器。帶有電子儀表組的數字駕駛艙、平視顯示器和使用車外攝像頭的虛擬鏡子已經很普遍。中央儀表盤、乘客側和后座顯示器正在不斷改進,以利用不斷增長的基于云的娛樂、導航和本地信息來源。

研究公司IHS Markit預測,到2026年,34.1%的新乘用車將配備數字儀表組,41%的中央儀表盤顯示屏將達到9英寸或更大。IVI顯示器的尺寸通常超過12英寸,分辨率高達3840×2160像素,并且還在增加。

技術進步增加了要求

這些組件的激增引發了網絡性能、復雜性和安全性方面的問題。

將更多的部件連接到處理器——通過可能跨越整個車輛的鏈路——增加了網絡的復雜性。傳統上,每個傳感器或顯示單元都有自己的線路連接到相關的ECU,增加了線束的重量和制造成本。與此同時,圖像捕捉和顯示的分辨率和幀速率不斷提高,要求原始設備制造商在不增加布線的情況下,在每條鏈路上提供更多帶寬。

隨著安全關鍵用例的增長,汽車接口需要功能安全特性來滿足行業要求,例如符合ISO26262標準,以實現汽車安全完整性等級(ASIL)B到d。在車輛的整個生命周期中,車載傳感器和ECU之間的連接需要在任何情況下都受到保護,以防止錯誤或缺失的數據導致駕駛員或車輛出錯。從ECU到顯示器的鏈接也是如此,這些應用包括倒車和停車輔助攝像頭的視頻輸入。

標準化的力量

傳感器和顯示器連接的標準化方法可以幫助制造商滿足這些要求。它可以消除昂貴、耗時的專有解決方案集成和測試,這可能會延遲新功能的引入。基于標準接口的互操作性也允許更多的新玩家進入市場,讓原始設備制造商有更多的供應商可供選擇。

MIPI聯盟提供了這樣一種方法MIPI汽車SerDes解決方案(MASS),一個具有內置功能安全(以及正在開發中的安全性)的可靠、高性能鏈接的端到端框架。MASS允許原始設備制造商通過第一個標準化的非對稱長距離SerDes物理層接口A-PHY在全車范圍內實施通用汽車接口協議,從而降低了復雜性。

作為群眾框架的基礎,阿-PHY提供更高的性能和靈活性,以及安全關鍵型應用所需的可靠性和彈性。它的最大下行鏈路數據速率已經從A-PHY1.0版的16Gbps增加到今年早些時候推出的A-PHY1.1版的32Gbps,路線圖是64Gbps及更高。在1.1版中,最大上行數據速率也增加了一倍,從100Mbps增加到200Mbps。10的超低分組錯誤率-19和高抗噪性提供了貫穿車輛壽命的可靠通信。

像A-PHY這樣的標準化接口,最遠可達15米,可以簡化集成,降低各種架構的網絡成本和復雜性。它允許邊緣組件和車輛中任何位置的ECU之間的鏈接,消除了短程接口(如MIPIC-PHY或MIPID-PHY)和專有遠程接口之間的“橋接”處理器的需要。A-PHY還允許制造商通過一根電纜將多個設備菊花鏈連接到一個ECU。

PHY1.1版具有更大的靈活性

A-PHY通過適配層支持多種現有接口協議,并且可以在多種拓撲和配置中實現。PHY1.1版增加了這種靈活性,以支持更多類型的實現。

圖2:由于支持星形四芯(STQ)電纜,A-PHY1.1版增加了A-PHY的靈活性。有了三種新的配置選項,原始設備制造商有更多的方法來滿足連接要求。(來源MIPI聯盟)

在A-PHYv1.1中增加了對星形四芯(STQ)電纜的支持,這是一種具有兩個差分對的屏蔽電纜,允許三種新的配置:

雙下行鏈路配置使用STQ電纜上的兩對導線來創建32Gbps的下行鏈路速度。

非對稱選項具有16Gbps下行鏈路和4Gbps反向下行鏈路,支持雙向高速數據傳輸,因此一根電纜可以服務于多對設備,如共處一地的攝像機和顯示器。

對稱配置通過一根STQ電纜提供16Gbps下行鏈路和16Gbps反向下行鏈路。

A-PHY1.1版還允許制造商通過使PAM4編碼(支持低帶寬、低于1GHz的操作)可用于低速齒輪,在現有平臺上使用傳統電纜或在新平臺上使用低成本電纜類型遷移到A-PHY。

A-PHY有幾個內置的功能安全特性,包括循環冗余校驗(CRC),檢測數據包丟失的8位消息計數器和檢測通信丟失的超時監視器。此外,其獨特的重新傳輸方案(RTS)可恢復損壞的數據包以實現穩定的連接,從而提高抗噪能力并最大限度地減少數據包錯誤。MASS框架還在協議棧的上層中包括用于功能安全的附加特征。

MIPIA-PHY等標準化接口將繼續以更高的帶寬和更大的靈活性向前發展,使制造商能夠擁抱這些可能性,同時滿足未來互聯、自主、共享和電動汽車模型的新要求。