为什么摄像头模块功耗和EMI需要求助SerDes？
本文来源：智车科技
/ 导读 /
3年前，新A8成为首款具备L3级自动驾驶功能的量产车，它搭载12个超声波传感器、5个摄像头、4个中程雷达、1个远程雷达、1个红外摄像头，还有激光雷达（LiDAR）。
2020年3月，长安汽车发布国内首个量产级L3自动驾驶系统，首次搭载于长安UNI-T车型。该系统采用5个毫米波雷达、6个摄像头、12个超声波雷达作为主要传感器。
事实上，目前国家还不允许发布L3，国家部委正在商量出台相关政策和认证标准。否则，各厂家自动驾驶标准不一样，车辆上路可能就出现安全风险。
不管怎样，这么多传感器都需要高速互联，催生了SerDes（Serializer/Deserializer，串行器/解串器）的车载应用。需求多了，厂商间的竞争自然也就空前激烈。
为什么要用SerDes？
SerDes是一种主流的时分多路复用（TDM）、点对点（P2P）高速串行通信技术。顾名思义，它是一种将并行数据转换成串行数据发送，将接收的串行数据转换成并行数据的器件（IC）。串行器先将数据转换为易于高速传输的形式（将并行总线转换为串行总线），解串器再将传输的数据转换为原格式（将串行总线转换为并行总线）。
SerDes数据转换
在SerDes流行之前，芯片之间是通过系统同步或源同步并行接口来传输数据的。
有了SerDes IC，就可以减少布线冲突（串行且无单独的时钟线，时钟嵌入在数据流中，从而解决了限制数据传输速率的信号时钟偏移问题）；同时具有抗噪声、抗干扰能力强（差分传输）；降低开关噪声；扩展能力强；更低的功耗和封装成本等优势。
车载SerDes的博弈
目前，高速SerDes主要用在传输摄像头和显示器的视频信号。这种被业界称作LVDS（Low Voltage Differential Signal）的接口具有高速率（Gbps级）、低延迟、低功耗的特点。传输数据的同时具备控制信号的反向信道（back channel），既传输了大数据又可实现双向控制。
从车载Serdes现状看，目前汽车应用中使用的SerDes解决方案本质上都是专用的，这意味着如果不是所有组件都采用同一芯片供应商的方案，则组件之间是不能搭配使用的。目前Serdes分案风生水起的厂商包括TI、Maxim、ROHM（罗姆）、APIX和Inova Semiconductors等几家。
SerDes IC的用途
随着未来毫米波雷达和激光雷达的配备，一辆车上使用的SerDes数量会越来越多，市场需求将越来越大。由于SerDes解决方案因厂商不同协议也不一样，主机厂一直希望制定一个统一的标准。2019年，宝马（BMW）联合几家公司成立了ASA（Automotive SerDes Alliance，汽车SerDes联盟），旨在解决上述问题，但目前还没有结果。
摄像头增加带来挑战
虽然L3未经许可，但ADAS（高级驾驶辅助系统）却是鼓励发展的，也是目前最现实的应用，已成为兵家必争之地和创新的制高点。
ADAS系统通过由激光雷达、声纳和摄像头等具有不同感测方式和感测距离的设备构成。其中，停车辅助系统等单元中的车载摄像头在消除附近盲区方面发挥着重要作用，因此，新推车型每辆车都配备了约10个摄像头。
随着ADAS的不断发展，摄像头使用数量也在进一步增加，对提高各种摄像头的性能也提出了更高的要求。另一方面，随着摄像头安装数量的增加，电池可供给的电量和安装摄像头的空间都会受限。因此，在车载摄像头模块中，对进一步缩小电路板尺寸和降低功耗的需求日益高涨。
车载摄像头要求小体积和低功耗
罗姆半导体（上海）有限公司技术中心副总经理李春华指出：“车载摄像头的趋势是越来越小型化，现在其模块尺寸已经能做到2×2×2cm大小。在这么小的空间里要容纳CMOS图像传感器、电源管理IC、电源、串行器等，对尺寸要求非常高。同时要很好解决功耗和散热问题。”
SerDes+电源管理一举两得
罗姆最近开发出一个SerDes IC+PMIC（电源管理IC）的解决方案，既可以满足ADAS车载摄像头模块的SerDes要求，又能降低ADAS的功耗和EMI（电磁干扰）。
用于ADAS车载摄像头模块的SerDes IC是BU18xMxx-C，摄像头用PMIC的BD86852MUF-C。两款产品不仅可以满足对于模块的小型化和低功耗的需求，而且都具有展频功能，因此EMI更低，有助于缩短客户EMI对策的设计工时。所谓展频是指不固定开关频率，而是使其在一定幅度内变动，从而将噪声能量扩散到一定宽度的频率上。通过降低噪声峰值可减轻EMI噪声。
用来传输影像的BU18xMxx-C具有以下特性：
·优化传输速率，降低车载摄像头模块功耗
普通SerDes IC为每个频段设置了固定的传输速率，由于这种方式无法更精细地设置传输速率，因此会产生功率损耗。BU18xMxx-C具备根据分辨率而非频段来优化传输速率的功能，可以实现比普通产品更精细的传输速率设置，工作效率更高，有助于进一步降低车载摄像头模块的功耗。将该器件安装在使用4个摄像头模块的应用中，与普通产品相比，可以将功耗降低约27％。
优化传输降低功耗
·内置传输速率优化和展频减少EMI对策设计工时
利用传输速率优化功能，通过微细改变各路径的传输速率，分散了EMI峰值，使EMI降低了10dB左右。另通过串行器和解串器两枚IC的展频功能，还可以使EMI再降低10dB左右。在车载应用设计中，EMI对策设计是一个主要负担，上述优势有助于减少EMI对策的设计工时。
降低EMI并缩短设计工时
·冻结检测功能有助于提高可靠性
该IC还具有冻结检测功能，除了通过比较从CMOS图像传感器到解串器的MIPI CRC值来确认图像是否准确传输的基本功能外，还可通过在串行器中始终对摄像头图像的数据帧CRC值与其前后的值进行比较，以监控图像冻结。如果数据帧CRC值持续一致，则可通过输出错误标志来通知后段的IC发生了图像冻结问题，从而提高整个ADAS系统的可靠性。
图像冻结检测
再看电源管理IC，用于摄像头的BD86852MUF-C可以为各主要制造商的CMOS图像传感器电源系统提供更好的管理功能。由于只通过一个IC即可进行电压设置和时序控制，因此可将安装面积减少约41％，有助于实现车载摄像头模块的小型化。
摄像头模块SerDes+PMIC
PMIC BD86852MUF-C具有以下的特点：
·针对CMOS图像传感器优化，电路板面积更小
制造商不同，CMOS图像传感器的驱动电压设置和时序控制也不同，且需要使用很多外置元件。BD86852MUF-C配备了可设置主要CMOS图像传感器驱动电压和时序控制的引脚，无需外置驱动电压设置和时序控制元件。与以往产品相比，元件数量和安装面积显著减少，有助于车载摄像头模块的小型化。
摄像头模块的小型化
·高转换效率降低功耗
通过外置LDO为CMOS图像传感器供电，可将集中在IC中的热量分散开，抑制整个电路的发热量，实现高达78.6％的转换效率，比普通产品提升约4％，有助于进一步降低车载摄像头模块的功耗。此外，还可以缩短CMOS图像传感器和LDO之间的距离，从而减少电源线干扰噪声，为CMOS图像传感器稳定供电。
BD86852MUF-C为CMOS图像传感器供电
·展频功能减少EMI对策的设计工时
内置的开关稳压器（DC/DC转换器）中配备了展频功能，可将开关带来的EMI噪声峰值降低约10dB，可以在不更换电路板的情况下降低噪声，有助于减少EMI对策的设计工时。
·内置电源系统确保高可靠性
内置的3个DC/DC转换器为摄像头模块提供电源。其各种保护功能除了可减少外置元件数量的时序控制外，还有用来监控电压状态的Power Good等诸多功能，在确保高可靠性的同时实现摄像头模块的低EMI和高效率的电源电路。
据李春华介绍，此次推出的车载摄像头模块用SerDes IC和PMIC均符合汽车电子产品可靠性标准AEC-Q100，可确保车载应用所需的可靠性。此外，符合更严格ISO 26262流程认证要求的新款PMIC正在开发当中，预计将在今年推出符合该标准ASIL-B安全等级的产品样品。