颠覆车载SerDes，MIPI A-PHY能行吗？

随着智能驾驶技术和汽车电子系统的飞速发展，车内数据传输的需求不断攀升，传统的汽车总线技术已无法满足高带宽、低延迟和高可靠性方面的要求。因此，车载通信技术正在经历重大变革，推动着一系列新的解决方案走向前台，满足复杂的车内传感器、摄像头和雷达等设备的海量数据处理需求。

尤其是，伴随着区域架构的兴起，数据传输越来越重要，同时电车为了节约线束，节能减排，也需要变革汽车总线技术需要进行变革，

在这一背景下，MIPI A-PHY和10BASE-T1S等新兴通信技术正在成为车载数据传输的关键技术，展现出极大的发展潜力。

从 SerDes 谈起

SerDes（Serializer和Deserializer的缩写）是一种高速串行数据传输技术，其工作原理可以类比为书籍翻页：将一本厚厚的书按页拆分，逐页阅读并重新组合。SerDes将多个并行数据信号划分为较小的数据块，通过串行方式进行传输，再在接收端将其重新组合为完整的并行数据。

串行传输在某些场合比并行传输更优越，主要原因在于在并行传输中，多个信号线同时传输数据，容易产生信号干扰，尤其在高频率下，这种干扰问题会更明显。因为并行传输需要各条信号线保持严格的同步，信号线之间的电磁干扰（如串扰）会导致数据出错。相比之下，串行传输只使用一条信号线进行数据传输，因此不存在这种干扰问题，信号完整性也更容易得到保证。因此无论是在成本、复杂度、传输距离、功耗等方面，串行传输明显要好于并行传输。

并行传输需要多个信号同时到达接收端，数据位之间的同步必须非常精确。然而，在长距离传输中，由于信号线长度不一致，信号传输时间会有所差异，导致“时钟偏移”（skew）问题，影响同步性。串行传输则只需要处理单一信号线的时序，因此同步问题相对简单，尤其在长距离传输时更具优势。

SerDes技术具有多种架构协议，其中最常见的硬线接口是LVDS（低电压差分信号），该接口广泛应用于摄像头和显示视频信号的传输。LVDS因其高速率（可达Gbps级）、低延迟和低功耗的特性，广泛应用于电信、消费类电子产品、数据中心和云计算领域。

为什么 LVDS 经常用作视频传输 ？

尽管LVDS本质上是一种物理层信号传输标准，并不规定具体的数据类型（例如音频、视频、图像数据等），但由于其在视频传输中的广泛应用，尤其是在显示器和相机传感器中，LVDS常被视为视频接口。这种称呼的主要原因包括：

广泛用于显示面板： LVDS常用于LCD显示屏，用来传输视频数据，如从图像处理器或GPU到显示屏。这使得它成为笔记本电脑、平板电脑等设备中视频信号传输的理想选择。

高效的数据传输： LVDS的差分信号传输能够降低电磁干扰（EMI），并支持高速数据传输，非常适合高清视频信号的传输。

替代传统并行接口： LVDS逐步取代了传统的并行视频传输接口（如TTL），因其使用更少的信号线传输更多数据，已经成为笔记本和工业显示系统中的主流传输标准。

结合视频标准使用： 虽然LVDS不定义数据格式，但常用于传输符合如BT.601、BT.656等标准的视频信号。

低功耗设计： LVDS因其低功耗的特点，特别适合移动设备内的视频传输。

LVDS是早期最常用的高速硬线接口，SerDes是高速串行通信的架构协议。基于LVDS接口和SerDes产生了多种不同的解决方案，甚至新的高速方案已经不使用LVDS，但是由于LVDS是这个方案的最早和最典型的应用，也是其它硬件接口的基础，所以大家还是习惯于把这类高速的SerDes方案称为LVDS总线。

车载 SerDes 的应用与挑战

近年来，随着汽车摄像头的广泛应用，SerDes技术逐渐进入车载领域，用于长距离传输摄像头与ECU之间的数据。在SerDes技术出现之前，车载芯片之间通过系统同步或源同步并行接口传输数据。引入SerDes后，传输更加简洁高效，具有抗噪声能力强、低功耗、扩展性强等优势。

车载SerDes的应用主要包括将前置摄像头或雷达数据传输到主控芯片进行处理，或将主控芯片内容传输到车内显示屏。目前，车载SerDes的传输速率已达到2Gb/s以上，而通信领域的SerDes可达100-200Gb/s。

然而，车载SerDes面临一些新挑战：

抗干扰性能： 车载环境中存在大量电磁干扰源，SerDes需具备更强的抗干扰能力，以确保稳定的数据传输。

可靠性： 车载SerDes需应对复杂的环境条件，如温度变化、震动等，确保数据传输的可靠性。

低功耗： 降低功耗是车载SerDes的一大需求，以延长电池寿命。

延迟和带宽： 随着汽车电子系统的复杂性提升，SerDes需具备低延迟和高带宽的能力，满足自动驾驶对实时数据处理的需求。

灵活性和可扩展性： 车载SerDes需具备较强的灵活性和可配置性，以适应不同车型的需求。

车载SerDes芯片的现状

目前，车载SerDes芯片主要由TI和ADI主导，占据了全球95%的市场份额。国内车载SerDes起步较晚，但也正在迅速崛起中，包括瑞发科、慷智及景略等。

车载SerDes的一个重要挑战是各大厂商的方案相互不兼容，每个厂商都有自己的协议标准，导致未来平台更新时存在依赖性。

为了解决SerDes缺乏标准的状况，MIPI联盟宣布了最新的MIPI A-PHY标准，该接口协议将在汽车领域广泛用于将摄像头、传感器、显示器和其他组件连接到汽车SoC上。2020年9 月，MIPI联盟发布了 MIPI A-PHY SM v1.0，这是第一个非对称行业标准、长距离SerDes 物理层接口。

当今专有的长距离 SerDes 选项迫使供应商花费时间和资源来适应特定的供应商解决方案，这会减缓新架构的开发和生态系统的增长。标准化将使组件供应商、一级供应商和 OEM 能够专注于创新，同时也为他们在更大的生态系统中提供更多的选择、可扩展性和互操作性。

A-PHY 的两种应用——高分辨率、低延迟后备摄像头和用于车道保持的前置摄像头。其他潜在应用包括虚拟后视镜；360 度摄像头、激光雷达和雷达系统；以及高分辨率仪表、控制和娱乐显示器。

除了标准化的优势之外，A-PHY 还提供了前所未有的弹性和可靠性，并允许 OEM、一级供应商和组件供应商简化和精简摄像头、传感器和显示器集成。A-PHY 扩展了 CSI-2 和 DSI-2 以及其他上层协议在整个车辆中的使用，同时降低了成本、重量、复杂性和上市时间。

汽车摄像头、雷达、显示器甚至激光雷达传感器的数量都在不断增加，对当前解决方案的带宽要求也大幅提高。

也正因此，近期MIPI推出了2.0 版，将单通道上的最大可用下行链路数据速率从 16 Gbps 提高一倍至 32 Gbps，并增加了一个额外的上行链路设备，速度提高了八倍，最高支持 1.6 Gbps。这些增强功能旨在支持下一代汽车中分区和其他新兴架构的更高带宽要求。

10BASE-T也在兴起

随着汽车电子架构向集中化区域化方向发展，车载数据传输需求不断提升。汽车以太网是目前的主流选择，但SerDes也在一些特定应用中崭露头角，尤其是在多传感器数据连接中具有优势，而汽车以太网适用于其他网络通讯需求。

另外，在多传感器数据连接中，10Base-T也是一类新兴技术。

从20世纪90年代以来，汽车行业广泛采用了多种通信协议，主要包括CAN、CAN FD、LIN和FlexRay。这些协议通过菊花链的形式连接ECU，显著减少了电缆总长度和车辆的整体重量。在这些协议中，CAN、CAN FD和FlexRay使用非屏蔽的双绞线进行通信，而LIN则采用单根铜线，进一步减轻了重量。然而，这些传统协议的传输速率较低，比如LIN最大支持20 kb/s，CAN为1 Mb/s，CAN FD为5 Mb/s，FlexRay则为10 Mb/s。尽管这些速率在过去满足了车辆的基本通信需求，但随着汽车电子化的不断深化，尤其是先进驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶技术的快速发展，这些协议的带宽和速度已经不能满足新的需求。另外，CAN本身需要授权费，不收费的以太网就成了大家眼中香饽饽。

以太网曾是一种显而易见的选择，因为它在计算领域被广泛采用，带宽相对较高，成本合理。然而，它应用于汽车有一个显著的缺点，就是无法以时间敏感模式或确定性模式运行。这是由于以太网运行所固有的载波侦听多路访问/冲突检测 (CSMA/CD) 协议导致的。

为了使汽车行业能够利用以太网的优势，诞生了一种新的协议。这种汽车专用协议版本被称为10BASE-T1S，它用物理层冲突避免 (PLCA) 取代了 CSMA/CD，以实现对于线控驱动和先进驾驶辅助系统至关重要的确定性运行。

目前我们看到ADI、Microchip、NXP、Marvell、TI、瑞昱、瑞萨、博通、安森美等一大批芯片厂商在加大车载以太网方向的推进工作，并在车灯控制等场景中率先使用了10BASE-T1S。

写在最后

汽车总线技术的新趋势集中于高效的数据传输和系统集成，以应对现代汽车电子化和自动驾驶系统的需求。

无论是MIPI A-PHY还是10BASE-T1S，遵循的原则是在减少线束的情况下，尽可能提升数据的传输速率，从而适应更高集成度的区域控制器架构。同时，更加低门槛免授权的公开技术，也是汽车OEM们更容易接纳的模式，可确保更多的供应商及更稳定的供应链。

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