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LVDS为汽车电子应用提供稳定视讯接口
 

【作者: Thomas Baumann】2007年05月23日 星期三

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目前汽车电子中成长最快的信号格式要算是视讯方面的应用,直到几年前,汽车中所使用的视讯显示还只是导航系统所使用的小型屏幕,豪华车种则配备能够在相同屏幕上显示的电视信号,不过视频信号却必须经过一段距离的传输才能由电视信号接收器传送到显示屏幕,其中影像信号所采用的格式为称作复合视讯基频带信号(Composite Video Baseband Signal)的模拟式视频信号。最近几年来的各项发展带来了各种视频信号源、显示器以及相关视讯传输线路的蓬勃发展,本文接着将针对部分发展来进行讨论。


导航显示屏幕一度在设计上采用与本身电子线路分离的方式,以便让它能够安装在更适合驾驶人观看的位置,这样的子系统分离方式需要额外的视讯传输线,目前在汽车内已经配备越来越多的显示屏,包括可以显示速度、转速、汽车状态等的电子仪表板,以及后座乘客用来观赏电视或DVD的多媒体显示屏幕,每个显示器都需要视讯传输线。


未来的汽车还可能配备可以协助驾驶人的各式摄影镜头,例如照后镜与后视镜等镜头、夜视镜头以及可以辨识道路标示的镜头,同样地,每个镜头也都必须配备视讯传输线以便将信号传送到显示屏幕。


而车辆中越来越多的传输线路,特别是单一线路越来越长的长度,已经为模拟CVBS信号的传输带来明显的问题,这个信号格式并不能够特别抵抗汽车中所常见的电磁干扰,另一方面,朝向更大显示屏幕与更高分辨率的发展更使得视频信号的干扰更加明显,其中一个主要的干扰来源为多路径效应。


一种能够将视讯讯信号干扰降到最低的方式是使用数字信号来取代模拟信号,不过必须记住的是,视频信号线本身并不是干扰的原因,低电压差动信号(Low Voltage Differential Signaling;LVDS)已经证明是数字式视讯传输最适合的接口,0.35V的低信号振幅以及差动式结构使得LVDS线路在电磁信号发射的最小化上拥有最佳的质量。


第一代LVDS组件,例如MAX9213与MAX9214目前已经出现在汽车电路中,提供连接导航显示屏幕与LVDS传送/接收组件的一个频率输出与三个数据输出,三个并列输出主要用来满足影像传输所需的数据率,频率输出则用来进行传输的同步动作。



《图一 第二代LVDS传送器/接收器拥有两个输出》 - BigPic:737x289
《图一 第二代LVDS传送器/接收器拥有两个输出》 - BigPic:737x289

第一代系统中一个重要的功能是提供对输出进行电容式去耦合的选择,不过这不一定会出现在LVDS系统中,这样的去耦合动作可以避免传输器与接收器间接地误差的问题,误差值可以达到数伏特(V),对直流耦合接口来说,这样的电位差可能会完全阻碍数据传输,甚至产生够大的电流来破坏电子模块。


在采用电容式去耦合时必须确保传送的数据不会对电容进行过长时间的充放电,这个情况发生在例如传送一长串的「1」信号时,像MAX9213或MAX9214这类组件采用了「直流平衡」的方式来避免这样的问题,它们会对所传送的数据进行监测来辨识是否有长时间的连续「0」或「1」出现,并在发送前将部份数据予以反向,当数据到达接收器时,再透过反向回复为原本信号,因此,为了避免电容器过度充电,发射器必须通知接收器数据是否为正常状态或经过反向处理。


第一代LVDS组件的一个缺点是需要四对绞线对,也就是八个输出才能达到所需的数据传输率,由于机械弹性的问题,八个输出在安装上较为困难,当然也比单一绞线对在成本上要高上许多,因此第二代的LVDS组件就提供了改善,例如(图一)中的MAX9217与MAX9218等芯片就使用单一绞线对来传送影像数据与频率。


《图二 采用展频技术可以降低EMI》
《图二 采用展频技术可以降低EMI》

在单一绞线对上以更高频率频率运作,这些组件可以达到的数据传输率要比第一代产品高上许多,市场上甚至即将推出以42MHz运作的组件,可以达到高达1.15Gbits的数据传输率,频率频率的提升同时也产生了更多的电磁发射信号,因此采用了如展频传输等技术来将EMI降到最低,展频技术将EMI能量透过较低频率抖动将它散布在较低的抖动频率上,由于整体能量依然相同,因此可以降低最高的EMI振幅,请见(图二)。


第二代组件主要针对连接大型显示屏幕所设计,但在汽车中连接多个镜头并不需要显示应用所需的高数据传输率,因此Maxim第三代的LVDS组件将包含以较低频率频率运作,并配备较低宽度并列总线的组件。


对主要用来连接摄影镜头,但也可以应用在显示屏幕上的第三代组件另一个要求为传输控制数据,这些数据主要应用在设定屏幕的亮度与对比,或者是摄影镜头的灵敏度上,目前的系统采用另一个独立接口,例如CAN、LIN或UART等,很明显地这代表了需要更多的组件、缆线、空间以及成本,Maxim的第三代LVDS组件将提供直接透过LVDS接口传输控制数据的可能,因此可以节省额外接口的需求。


---作者为Maxim美商美信公司资深应用工程师---


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