汽車芯片漫談之Serdes芯片與測試

車載Serdes芯片的重要性
 
       汽車智能駕駛時代，特別是輔助駕駛/自動駕駛的普及，環(huán)境感知已成為汽車行業(yè)中一個新興的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，車載攝像頭的數(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，使得高性能車載Serdes芯片成為核心零部件之一，如下圖是自動駕駛架構(gòu)框圖，Serdes/MIPI A-PHY承擔了自動駕駛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，從車載攝像頭到車載顯示器、ADAS域控制器、座艙域控制器等都在使用車載通信Serdes芯片，以實現(xiàn)視頻信號和實時數(shù)據(jù)傳輸。
 車載Serdes主流技術(shù)標準概況
 
       目前車載Serdes的標準眾多，私有協(xié)議包括TI德州儀器的FPD-Link標準，ADI（美信）的GMSL，Inova Semiconductors的APIX，以及羅姆的Clockless Link等。
 
       公開標準目前主要是3個，MIPI A-PHY和ASA，以及中國的HSMT標準。
 
        MIPI A-PHY的陣營的參與者包括寶馬、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，這是第一個汽車長距離串行器/解串器（Serdes）物理層接口規(guī)范。
 
       目前MIPI A-PHY的最新標準版本是MIPI A-PHY® v1.1.1 (May 2023)。
 
MIPI A-PHY CTS V1.0標準解讀
 
       高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的首要目標，是確保車內(nèi)駕乘人員和周邊行人的安全。只有在接收機以合格的比特誤碼率運行時，子系統(tǒng)才能正常工作。值得注意的是，接收機測試已經(jīng)納入MIPI A-PHY所涉各種相關(guān)規(guī)范的合規(guī)性測試規(guī)范（CTS）。在測試Serdes物理層（PHY）信號時，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，我們可以涵蓋整個物理層測試一致性測試，首先是信號完整性測試，目的是消除來自其他源頭的失真、反射、衰減和/或耦合噪聲。其次，要在更高層級驗證被測器件（DUT）的功能以 及 PHY與 ECU之間的信號傳輸，了解信號傳輸是否劃分了正確的優(yōu)先級。最后，您需要將DUT放到一系列壓力環(huán)境中，并識別它在哪個階段發(fā)生故障，這對整個系統(tǒng)的測試都至關(guān)重要。
 
Serdes/A-PHY 測試概覽與關(guān)鍵
 
        Serdes芯片的測試，一般可以歸納為：發(fā)射機測試，接收機測試與鏈路測試3類，下面我們分別就幾類測試與關(guān)鍵的測試點，做一個詳細的介紹。
 
Serdes/A-PHY發(fā)射機測試
 
       Serdes/A-PHY的發(fā)射機Tx測試，主要利用示波器配合是德科技的專有軟件完成，如下圖是一個典型的差分SMA連接的發(fā)射機測試框圖。
 
圖：差分連接的發(fā)射機Tx測試框圖
 
       采用UXR系列示波器作為信號接收，以得到優(yōu)異的底噪和抖動性能，配合Keysight AE2010T 汽車 Serdes 發(fā)射機測試應(yīng)用軟件，測試時能夠自動配置示波器，并提供詳盡的測試結(jié)果，其中包含裕量和統(tǒng)計分析結(jié)果，一般的測試項如下：
 

圖：MIPI A-PHY 1.0 CTS 第 0.9 版測試項
 
 圖：ASA 1.1 CTS 第0.2版測試項

圖：GMSL2測試項
發(fā)射機測試關(guān)鍵測試點包括：
 
可以執(zhí)行基于Serdes協(xié)議（含 MIPI A-PHY和 ASA）的驗證測試，以及如下的測試項
 
• 頻率
 
• 失真
 
• 抖動
 
• 壓降
 
• MDI回波損耗
 
       詳細的內(nèi)容，可以參考文末的資料下載內(nèi)容，發(fā)射機測試部分。
 
Serdes/A-PHY接收機測試
       
       Serdes/A-PHY的接收機Rx測試，相對比較復(fù)雜，需要借助高速任意波形發(fā)生器來完成，測試項也相對較多，如下是一個典型的Rx測試框圖，借助M8195A任意波形發(fā)生器，產(chǎn)生帶壓力的信號，通過AE2090B夾具加噪聲，控制軟件AE2010R單獨在PC上運行。
 
圖：接收機Rx測試框圖
 
關(guān)鍵測試點包括：
 
       接收機負責解碼通過鏈路發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后將其傳送給 ECU 或顯示設(shè)備做進一步處理。接收機一旦出現(xiàn)誤碼，會導(dǎo)致來自安全關(guān)鍵型傳感器（如攝像頭、雷達和激光雷達）的數(shù)據(jù)丟失或損壞。
 
       傳統(tǒng)的接收機功能越來越不適應(yīng) PAM-4 等復(fù)雜的調(diào)制方案，特別是通過長信道傳輸信號、受到多種噪聲源同時干擾的情況。為了表征接收機的性能，工程師必須測量其在受到多個噪聲源干擾時的誤碼水平，包括：
 
• 窄帶干擾
 
• 大電流注入
 
• 在線瞬變
 
• 線外串擾
 
       測量系統(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。接收機必須在受到噪聲干擾的情況下也能正確解釋符號。接收機測試的重點在于，確保接收機在受到干擾時仍能保持較低的比特誤碼率（BER）。
 
Serdes/A-PHY鏈路測試
 
        Serdes的鏈路測試包括了連接器，電纜，轉(zhuǎn)接頭等的測試，通常是用網(wǎng)絡(luò)分析儀配合一系列的轉(zhuǎn)接頭等來完成，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)接和電纜的標準，鏈路測試需要全面的評測端到端的鏈路性能，符合Serdes/MIPI A-PHY的標準要求。
 
       鏈路測試，可以采用AE2000L鏈路一致性測試系統(tǒng)來完成，可以根據(jù)需求來需求來選擇不同類型的網(wǎng)絡(luò)儀，包括高性能的ENA系列，多端口的PXI模塊以及高性價比的USB網(wǎng)絡(luò)分析儀組建測試系統(tǒng)，配合AE2010L自動化測試軟件，能夠很容易的完成鏈路測試從校準到報告輸出的過程。
 
 
關(guān)鍵測試點包括：
 
       Serdes 鏈路的通道表征包括時域和頻域分析。工程師需要查看線纜連接系統(tǒng)、MDI、夾具和測試系統(tǒng)要求。目前還沒有針對 MDI 連接器的統(tǒng)一標準，但已經(jīng)出臺了一些嚴格的規(guī)范，這有助于減少 MDI 和電纜之間的相互作用。
 
       我們在進行通道測試時，需要查看是否有以下錯誤：
 
• 阻抗失配
 
• 信號失真或缺陷
 
• 電纜之間的串擾


文源：是德科技